浅谈UG的工装设计

摘　要：本文介绍了UG的参数化造型功能，同时介绍了基于参数化造型功能下的模块化设计、可视化设计、虚拟装配在工装设计中的应用。

关键词：参数化造型；模块化；可视化；虚拟装配

　　一、 引言
　　在产品研制和生产过程中，一般采用专用工装的设计制造模式，工装设计大多采用AutoCAD绘制平面图，工装设计的合理性及工人的可操作性在早期无法验证，设计质量无法得到有效保证，只有在投入使用时才可能发现问题，造成许多不必要的工装返修或重新设计、制造，不仅拖延了周期，而且加大了制造成本；另外，工装设计结果虽经过归档管理，但由于技术交流渠道不太通畅，使许多优秀的设计成果无法得以借鉴与推广，造成工装设计工作的重复工作量加大，工装设计水平未必提高。
　　随着科学技术及计算机软、硬件的发展，三维CAD软件已逐步在机械行业得到广泛应用。，改变现有的工装设计方法是很必要的。我们将CAD/CAM领域的三维CAD设计软件UG引入到工装的设计中，充分利用其专用模块的功能，为工装设计实现完全的数字化做了一些探索。
　　二、 UG的参数化造型的功能
　　三维参数化造型技术的实质是实现人机交互式的智能化设计。参数化造型设计的主要内容是在不同的集合元素或特征信息之间建立尺寸关联或集合特征约束关系，特别适合于通用零件或机器的设计。用参数化技术在创建3D模型时，通过两种方法进行参数化造型：
　　尺寸驱动(Dimension-Driven)技术：是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或修改已定义好的零件参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。可使设计人员从繁琐的绘图工作中解脱出来有效提高设计速度，并减少信息的存储量。它以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图设计，勾画出设计轮廓，然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。设计参数可以驱动设计结果。
　　参数化几何约束技术：是将构成模型的各要素间建立二维或三维的函数约束关系。为使设计结果准确易于修改，常常把上面这两种参数化造型方法合并使用。
　　我们使用EDS公司的UG系统，它绘图的基本单元是参数化的几何特征，如长方体、圆柱体、圆锥体、球体、管道、倒角、键槽、沟槽等，而不是通常 CAD系统所用的点、线、面等要素。它在草图绘制的过程中自动生成约束。用户可随时修改约束。约束类型是3D的，而且可用来控制参数曲面。除了提供参数化的特征造型手段，系统还在基于约束的造型环境中支持各种传统的造型方法(布尔操作、平扫、曲面缝合等)。用户可查询和显示所有类型的约束。系统能完善地处理各种类型的视图，一旦设计模型发生了变化，各视图会得到自动更新。
　　三、 在工装设计中的应用
　　利用UG的参数化造型功能，我们在三个方面对工装的设计做了尝试，同时收到了很好的效果，设计出了数个系列的通用和专用工装。为产品批量生产提供了有利的保障。
　　1. 工装的模块化设计(Modular Design)：
　　模块化设计是一种现代化设计方法，其实质是与现代化生产的柔性化、敏捷化、集成化、智能化相适应的，并且有利于并行工程等先进管理思想在生产中得到应用。在工装设计中，利用UG的参数化造型的功能，引入模块化设计的思想和方法，可以很大程度提高工装设计制造效率，节约成本，更有利于提高工装设计水平。
　　目前，企业的生产产品种类繁多，但其对应的很多工装的零部件是可以通用的，我们不需要为每一种产品重新设计一种工装，而是将一些公用的核心部件作成标准模型库，设计人员只需要针对自己的具体产品，更改相应模型的参数，这样可以非常好的继承一些优秀的设计成果，避免大量的重复性工作。一些新产品的模型，在研究开发阶段就可以通过产品设计人员直接传递下来，而无需生产单位重新按照图纸进行建模，在工装设计时，还可以对产品设计模型提出修改完善意见，实现了真正的并行设计制造。
　　2. 工装的可视化设计(Visualization Design)：
　　由于很多工装的改进和优化设计来源于生产一线的操作人员，他们在生产实践中积累了很多有用的经验，但将这些经验转换为实物工装还是有一定距离的。利用传统的设计方法，操作者不得不抽出大量的时间进行试制和实验，不断完善改进，直到可以用在产品批量生产中，这个过程的时间和费用投入是很大的，照成生产资源的浪费。现在我们工艺人员若用UG按操作人员的想法建立起大致的三维模型，然后和操作人员照着三维模型来修改设计，再利用UG的装配、布线、运动仿真功能来完善设计，既节约了时间又降低了生产成本。
　　3. 虚拟装配(Virtual Assembly)：
　　虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。虚拟装配技术是一种将 CAD技术、可视化技术、仿真技术、决策理论及装配和制造过程研究在虚拟设计环境下，完成对产品的总体设计进程控制并进行具体模型定义与分析的过程。
　　对一些要求精度比较高的工装，我们可以通过UG的虚拟装配功能进行配合精度的检查，防止出现在生产出实物时才发现工装设计不合理，造成工装返修或重新设计、制造，这样不仅耽误了时间而且增加了生产成本。以烧结机头部弯轨为例，要保证台车车轮很顺畅的通过对弯轨，弯轨上下面间距和弯轨弧度要求较高，很容易造成误差导致台车不能很好的通过。现在我们通过三维进行模拟装配，然后利用UG的干涉检查功能进行配合间隙检查，在装配图中进行修改和完善。
　　四、 小结
　　与传统的工装设计方法相比，采用这些先进的设计制造方法和技术对提高工作效率、降低生产成本以及提高工装设计的合理性都有非常重要的意义。因此这种方法值得在生产企业进一步完善和推广。

参考文献：
熊光楞,徐文胜等著.并行工程的理论及实践，清华大学出版社.
岳宁,钟星海等著.UG NX5.0（中文版）零件设计技术指导，电子工业出版社.
严隽琪著.虚拟制造理论、技术基础与实践，上海交通大学出版社.