基于UG平台的机床专用夹具设计VIP

收稿日期 2009 10 28 作者简介 吴禄慎 1953 男 教授 博士生导师 文章编号 1006 0456 2010 01 0095 04 基于UG平台的机床专用夹具设计 吴禄慎 1 蔡厚道 1 2 1 南昌大学 机电工程学院 江西 南昌330031 2 江西蓝天学院 江西 南昌330098 摘要 介绍了基于UG软件设计平台建立机床专用夹具设计模块的方法和关键技术 选择VC UG OPEN 二次开发夹具参数化元件 组件及非标准模型库 利用机床虚拟装配仿真再现夹具装配过程 设计了系统的核心 模块 通过运行实例验证 该方法可高效快捷的设计夹具 提高企业的生产准备能力 加强夹具设计的标准化 系 列化 关键词 机床夹具设计 虚拟装配 UG OPEN 二次开发 中图分类号 TP391 72 文献标识码 A Design of Fixtures forMachi ne Tool Based on UG WU Lu2shen 1 CA IHou2dao 1 2 1 School ofMechanical and Electrical Engineering NanchangUniversity Nanchang 330031 China 2 JiangxiBlue SkyUniversity Nanchang 330098 China Abstract This paper introduces the methods and key technologies underUG exploitation of the design software of the fixtures formachine tool UsingVC orUG OPEN we have realized the secondary development of para2 metric components modules and non standard model library of fixtures Virtual assembly si mulation of machine tool is used to reproduce the fixture assembly process We have designed the coremodule of the system It has been proved by experi ment that thismethod would make the design of fixtures faster and more efficient improve the set2 ting abilities and enhance the standardization and serialization of fixture design KeyW ords fixture design formachine trool virtual assembly UG OPEN secondary development 在机械加工中 零件的尺寸 几何形状和表面间 相对位置的形成 归根结底就是取决于工件和刀具 在切削运动过程中相互位置的关系 夹具是联系机 床 工件与刀具的关键环节 机床夹具的主要作用是 保证加工精度 提高劳动生产率 扩大机床的使用范 围和保证生产安全 因此 机床夹具在机械制造中占 有很重要的地位 机床专用夹具是依据零件在机加工过程中的某 一道工序而设计 能使工件在机床上实现定位和夹 紧的工艺装置 在产品生产过程中使用的夹具种类 繁多 结构复杂 需要具有丰富设计经验的技术人 员 考虑的因素很多 因此 专门用于夹具设计的软 件甚少 目前还没有一种软件系统能够将夹具设计 完全数字化 1 现有的夹具设计方法通常使用二 维CAD技术 只能完成一些二维绘图 简单三维建 模等方面的工作 2 3 设计人员无法观测其三维结 构 检验干涉误差 设计周期长 自动化程度不高 这对夹具设计质量和效率 装配与加工均有不利的 影响 1 机床专用夹具设计系统的界面及核 心模块 系统针对机床专用夹具设计过程 采用了三维 参数化驱动 模块化及虚拟仿真技术对系统整体进 行规划 系统的核心模块为专用夹具设计平台的子 模块 每个子模块都能实现一定的设计功能 该系 统不仅能够方便快速地生成一种夹具的不同尺寸系 列的产品 而且能够在机床上直观形象地仿真实际 加工过程 检查夹具与零件的干涉情况 使其更接近 于生产实际 其功能模块如图1所示 第32卷第1期 2010年3月 南昌大学学报 工科版 Journal ofNanchangUniversity Engineering 机床装配仿真测 试及性能评价 系统操作菜单界面采用UG OPEN MenuScript 技术进行开发 通过编辑纯文本的菜单脚本文件 3 men 创建 修改UG的主菜单及下拉菜单 如 图2所示 图2 系统的模块菜单 Fig 2 System M dule menu 2 夹具零件参数化设计 参数化设计是指在零件或部件形状的基础上 用一组尺寸参数和约束定义该几何的形状 通过对 已有的三维模型零件设计参数的检索和修改驱动零 件的变化 达到设计的目的 系统参数化设计利用 UG Open API进行二次开发 主要是采用三维模型 与VC 程序控制相结合的方式 三维模型通过 UG创建 根据部件设计建立一组可以完全控制三 维模型形状 大小的设计参数 然后利用参数化程序 对其进行修改 根据新的参数值更新模型实现变更 现以连接螺母的参数化设计为例具体说明实现 过程 1 创建三维模型 在UG平台上 通过拉伸 孔 倒角 旋转切除和镜像建立连接螺母实体模型 命名 为ljlm part 存放在D ljl m part 目录下 并建立生 成相应的表达式 2 设定开发环境 在操作系统中创建用户环境 变量UGII USER D IR D ljlm 在此目录下 创建application和startup两 个文件夹 application用来存放对话框文件 3 dlg 和位图 3 bmp startup用来存放菜单文件 3 men 和动态链接库文件 3 dll 3 创建用户菜单 使用记事本创建应用程序的 菜单文件 3 men存放到startup文件夹 4 创建用户对话框 如图3所示 用户可以通 过此界面输入参数 执行操作 应用程序通过回调函 数来响应用户事件并输出处理结果 保存对话框时 生成3个文件 3 dlg 3 h 3 temple c 用户通 过修改 3 temple C的编码可实现调节螺母的参 数化设计 图3 连接螺母参数化对话框 Fig 3 Connecting nut parameter dialog 5 创建UG OPEN API应用程序 使用VC 6 0 根据UgOpen v19 awx应 用程序向导 新建工程项目ljlm 添加UG OPEN U IStyler生成的 3 temple c 69 南昌大学学报 工科版 2010年 修改扩展名为 cpp 和 3 h至工程 编辑 3 temple cpp文件 根据用户程序功 能要求创建及修改回调函数 编译 链接 将生成 3 dll文件复制到用户目录下完成 3 非标准模型库的设计 在夹具设计过程中 需要设计一些非标准零件 如各种夹具体 定位盘 钻模板等 非标准件的设计 要充分考虑夹具的具体使用情况 灵活进行设计 如夹具体的设计就要综合考虑被加工零件的结构 使用的机床 夹具上定位元件 夹紧装置 对刀装置 导向装置 分度装置等的布置 夹具体使用的材料 加工过程中的排屑方法等等 4 5 因为非标准零件 的形状 结构和尺寸很难统一 不能像标准零件那样 建立参数化的模型库 而应对非标准件逐个建立三 维模型 并存入个性化的非标准模型库中 在进行非标准零件设计时 首先根据零件结构 主参数进行参数化绘图 用户可以通过修改主参数 得到不同尺寸的主结构 然后通过辅助参数对主结 构进一步进行详细设计 以达到设计目的 从而加快 个性化非标准模型库的建立 本文利用UG软件构建了非标准件的个性化模 型库 如图4所示为非标准零件钻夹具体的三维实 体模型 图4 钻夹具体的三维实体模型 Fig 4 Drill fixture body three2di mensional solid model 4 转向节臂虚拟装配仿真设计 夹具虚拟装配是采用计算机仿真与虚拟现实技 术 通过仿真模型 在计算机上仿真夹具装配全过 程 实现产品的工艺规划 加工制造 装配和调试 它和CAD技术相结合 可以解决装配对象在设计和 研制过程中难以实现的动态性能 考察在装配 拆卸 过程中可能出现的问题 及早地加以修改 使产品在 设计阶段就能检验其零部件的可装配性 这对缩短 产品开发周期 提高设计质量 提高企业的生产准备 能力具有重要意义 UG采用 部件链接关系建立装配 的虚拟装配 模式 这种模式可以检查目标装配体自身静态干涉 模仿产品的装配过程 定义拆装路线 并可仿真机构 运动 分析机构的运动性能 从而分析产品及装配元 件的可装配性 衡量装配设计阶段产品设计结果的 好坏 6 如图5所示 利用UG软件建立机床装配结构 实现在UG环境下 调用机床专用夹具设计模块对 转向节臂铣夹具在机床模型上进行虚拟仿真装配设 计 1 虚拟机床模型的建立 到现场实际量取机床主要组件的数据 利用 UGNX6 0建模 机床组件模型尺寸与实际机床组 件误差控制在0 5 cm以内 装配生成虚拟机床模 型 如图5所示 图5 转向节臂铣夹具机床虚拟装配仿真设计 Fig 5 Knuckle arm m illi ng machine fixture virtual assembly si mulation design 2 夹具三维虚拟装配步骤 运行UG NX6 0进入机床专用夹具设计系统 模块 根据转向节臂铣夹具设计CAD信息 主要包 括螺母 垫片 内六角螺钉 定位心轴 可调支承等 查找夹具元件模型 找出符合要求的夹具元件 如果 找不到 则调出最接近的一种夹具 通过修改或调整 参数驱动生产新的夹具元件 直到获得满足要求的 夹具为止 然后将它们保存起来以备虚拟装配调用 从非标准模型库中调用满足要求的夹具元 件 如果找不到 则建立该夹具所需非标准模型 并 将其添加到库中 正好也取到了对非标准模型库的 更新和补充 进入UG NX6 0装配模块 装配模型依自底 向上方法对拖拉机转向节臂铣夹具进行虚拟装配仿 真设计 最后 检查目标装配体自身静态干涉 模仿产 品的装配过程 定义拆装路线 生产爆炸视图 分析 79 第1期 吴禄慎 等 基于UG平台的机床专用夹具设计 产品及装配元件的可装配性 对设计过程作出评价 5 夹具性能评价 机械制造企业为了提高加工精度和生产效率 降低废品率往往不惜花费大工艺成本来设计专用夹 具 如果在夹具设计出来以后能及时地对其进行性 能评价 综合考虑多方面影响因素 得出评价结果 可能会在初期解决很多问题 夹具性能评价主要考虑功能性 结构工艺性和 技术经济性 7 功能性评价主要指方案评价 精度 评价 效率评价等 结构工艺性评价主要指可加工 性 可装配性 可维修性等 技术经济性评价主要指 寿命 成本等 本文根据生产企业实际情况 运应模糊数学分 析评价 将因素集定为 U u1 功能性 u 2 结构工 艺性 u 3 技术经济性 评价集定为 V v1 很 好 v 2 好 v 3 一般 v 4 差 v 5 很差 请相关专 家 工程技术人员 制造维修人员 一线操作技术人 员等参加评价 首先采用单因素作一级综合评价 以功能性评 价为例 根据表1所示夹具功能性评价因素指标数 据 得到评价矩阵R1 考虑功能性指标的权重分配 值A1 得到一级综合评价矩阵B1 表1 夹具功能性评价因素指标数据 Tab 1 Functional evaluation factors of fixture data 功能性因素 隶属度 很好好一般差很差 定位方案0 40 30 10 10 夹紧方案0 30 30 20 150 05 定位精度0 250 40 20 150 B1 A1R1 0 4 0 3 0 3 0 40 30 10 10 0 30 30 20 150 05 0 250 40 20 150 0 325 0 33 00 16 0 13 0 015 类似地 可以得出结构工艺性综合评价矩阵B2 和技术经济性指标B3 然后利用一级评价矩阵R B1 B2 B3 作二级 综合评价 根据企业生产要求 偏重转向节臂铣夹具 的功能性 权重分配值取A 得到最终评价矩阵B B A B1 B2 B3 0 6 0 2 0 2 0 3250 330 160 130 015 0 330 320 160 150 2 0 30 340 180 040 2 0 351 0 33 0 164 0 116 0 089 根据最大隶属度原则 对转向节臂铣夹具的综 合评价为好 6 结束语 本文借助UG平台 利用三维参数化驱动 模块 化及虚拟装配仿真技术 选择VC UG Open作 为开发工具 建立了机床专用夹具设计核心模块 利 用机床虚拟装配仿真再现夹具装配过程 该方法的使 用 有利于实现夹具设计知识的共享与科学化管理 提高了夹具设计质量和企业的生产准备能力 加强了 夹具设计的标准化 系列化 具有普遍的应用价值 参考文献 1 殷国富 机床夹具设计手册 M 北