基于UDF的轨道车辆快速加工设计系统的开发及应用

郭玉亮，李 颖，母印亨，李 蕊，张恒智

（唐山轨道客车有限责任公司，唐山 063035）

基于UDF的轨道车辆快速加工设计系统的开发及应用

郭玉亮，李 颖，母印亨，李 蕊，张恒智

（唐山轨道客车有限责任公司，唐山 063035）

本文介绍了轨道车辆快速加工设计系统开发方案及实际应用情况。该系统是通过重点分析轨道车辆零部件的结构形式和加工特点，遵循参数化设计理念，在Pro/ENGINEER软件基础上通过二次程序开发建立起来的。轨道车辆快速加工设计系统实现了零部件三维模型加工特征的快速设计，有效缩短了产品研发周期，增强了企业的市场反应能力。

参数化；加工特征；Pro/ENGINEER；UDF；INI

企业产品大多是定型的，具有系列化、通用化或标准化的特点，多数新产品的开发只需对很少一部分零部件进行全新设计，绝大部分零部件都可以得到重用[1]。轨道车辆产品设计现状也是如此，许多新产品都可以基于固有产品通过变形设计完成，也就是说不同产品间存在相同或者相似的结构特征，同一产品不同子系统也有许多相同或者相似的特征，尤其是加工特征，比如线缆线槽的长圆孔特征、侧柱翼面切口特征、弧形端部马蹄特征等，如图1所示。使用Pro/ ENGINEER软件提供的用户自定义特征（UDF，User-defined Feature）功能，设计人员可以将常用的特征定义成准确规范的标准特征数据模板，在后续设计中，根据需要调用相关的UDF特征快速完成新零部件的加工特征设计，效率显著提升，且符合设计标准化的要求。

图1 马蹄特征

1 系统设计与建立

1.1 系统结构

轨道车辆快速加工设计系统基于参数化思想进行开发，包括两个主要部分：人机交互界面和加工设计系统数据库。加工设计系统数据库位为服务器端，用于存储标准加工特征数据模板及参数列表等，由专业人员进行统一管控和数据模板扩充。设计人员通过人机交互界面调用标准特征数据模板，在遵循原设计意图的情况下通过修改关键参数来改变几何形状，快速变形生成新产品零件的加工特征模型数据，其架构为C/S架构。

由于本企业三维设计环为Pro/ENGINEER软件，为实现与快速加工设计系统的集成，并且保证二者的兼容性，本系统所有的二次开发全部调用了Pro/Toolkit开发包中的Pro/ENGINEER底层API函数，其程序架构如图2所示。

图2 程序架构图

1.2 系统数据库

轨道车辆快速加工设计系统数据库按照层级的方式由若干个按零件名称命名的文件夹组成，且级别可以根据要求进行快速配置，便于分类和检索。每个文件夹对应一个标准加工特征数据模板，包括标准加工设计UDF特征和参数表。其中参数表中记录着UDF特征名称、参数代号、缺省参数值和参数说明。标准加工特征数据模板均可通过网络被客户端设计人员高效便捷地使用，比如上传、下载或者修改等。

为了保证标准加工特征数据模板的准确性和可用性，对系统数据库的管理设置了相关权限。新增、修改或者删除模板必须经过严格的审核，经确认后，由管理员统一操作，确保数据源统一性和规范性。其系统架构如图3所示。

1.3 人机界面

轨道车辆快速加工设计系统的前台界面是体验快速加工特征设计的第一关。因此，简洁、易用、美观的用户界面是界面设计者与用户的共同需求[2]。快速加工设计系统的界面如图4所示。

图3 系统架构图

图4 系统界面

界面说明如下：

（1）标准加工设计UDF特征参照选择步骤及尺寸示意；（2）标准加工设计UDF特征选取和尺寸显示及编辑；（3）标准加工设计UDF特征操作。

2 标准加工特征数据模板建立

整个模板数据需要提供的内容包括：UDF文件、提示图片、后台配置文件，其建立流程如图5所示。

图5 模板建立流程

2.1 分析特征需求

根据实际设计需求确定特征的定形尺寸和定位尺寸，孔特征定形尺寸包括孔长度、孔宽度、孔深度，定位尺寸包括离两侧边的距离尺寸，变化规律为以上尺寸都应具有可编辑性。

2.2 特征创建

为了保证数据模板的通用性、特征的参照创建一般采用平板形式，建模草绘尺寸依据实际大小标注，特征和参照要分步骤创建，孔特征实例模型及草绘图纸的效果如图6所示。

图6 孔特征实例模型及草绘

2.3 UDF创建

UDF可以是从属，也可独立，区别如下[3]：

从属UDF：在运行时，从属的UDF直接从原始模型获得其值，因此要使从属UDF有效，原始模型必须存在。如果在原始模型中改变尺寸值，它们会自动反映到UDF中。

独立UDF：独立的UDF将所有原始模型信息复制到UDF文件中。因此，独立的UDF比从属的UDF需要更多的存储空间。如果改变参照模型，这些变化不会反映到UDF中。

考虑到快速加工设计工具的通用性，且确保不影响原始模型数据，本系统采用独立UDF技术创建快速加工设计UDF特征。

（1）特征添加。选择“工具”→“UDF库”→ “创建”，建立新的UDF，命名为“changyuankong”，在“UDF选项”中选择“单一的”，点击“完成”，在弹出“是否选择参照零件”对话框中选择“否”，在新弹出的窗口中，选择“添加”→ “选取”，选择已创建的孔特征，完成特征添加。

（2）参照面添加。分别为每一个选中的参照输入提示语：放置面输入“surface1”，上侧定位面输入“surface2”，左侧定位面输入“surface3”。

（3）可变尺寸添加。选择“可变尺寸项”→ “定义”，根据实际情况选择需要设置变化的尺寸，由于本例中所有尺寸都需要实现可编辑性，所以选择“选取全部”项，为每一个可变尺寸输入提示语，点击“确定”，完成UDF创建。

（4）提示图创建。合理的图示设计易于设计人员理解，从而避免操作错误，顺利完成设计。如图7所示。

图7 提示图

（5）后台配置。为准确定义UDF特征及参数表的关联关系，系统采用INI文件存储特征参数，包括UDF特征名称、参数代号、缺省参数值和参数说明等，孔特征INI文件配置参数如图8所示。

图8 INI配置

说明如下：

“[长圆孔]”为类别名称；

“udf_file =”为UDF名称；

“pic_file =”为提示图片名称

“Var_Dim_list =” 为尺寸代号；

“Var_Dim_Value_list =” 为尺寸默认值；

“Pic_Display_list =” 为行为参数代号；

“Remark_list =” 为行为参数说明。

3 系统应用

对于设计人员来说，轨道车辆快速加工设计系统的应用非常简单，不用关心后台数据模板是如何配置的，直接调用即可。目前，本公司已应用本系统进行多个轨道车辆产品的开发，涉及高速动车组、地铁、普通碳钢客车等系列。下面以线缆线槽长圆孔加工特征设计为例简单说明。

（1）打开Pro/ENGINEER，建立线槽基础模型，打开快速加工设计系统，根据需求选择长圆孔加工特征，如图9所示。

（2）根据图示，输入长圆孔的定形尺寸和定位尺寸，单击“确定”，选择放置面、上侧定位面和左侧定位面，即完成单个孔加工特征生成，如图10所示。

图9 长圆孔加工特征选择

图10 单个孔设计

（3）选中单个孔特征，单击“阵列”，分别选择x轴和y轴方向，输入数量完成线槽多孔特征设计。如图11所示。

图11 多孔特征设计

4 结束语

本系统使设计人员减少草绘、标注、约束等繁琐的重复性操作，实现了加工特征设计的参数化，且有利于设计时相同、相似特征的统一化和标准化。随着标准加工特征数据模板的持续丰富，应用本系统设计成规模化，真正体现实用性价值。

[1]张 氢.基于知识的产品级参数化虚拟设计的可重用性研究[J].中国机械工程，2003，14（20）：1753-1756.

[2] 黄艳群，黎 旭，李荣丽.设计•人机界面[M].北京：北京理工大学出版，2007.

[3] 王奇亮，李方信.Pro/ENGINEER中UDF的创建和使用[J].机械，2003，30（6）：55.

责任编辑 徐侃春

Development and application of Rapid Machining Design System for rail vehicles based on UDF

GUO Yuliang, LI Ying, MU Yinheng, LI Rui, ZHANG Hengzhi
( Tangshan Railway Vehicle Co., Ltd, Tangshan 063035, China )

The paper introduced the development scheme of Rapid Machining Design System for rail vehicle and its practical applications. The System was designed through analyzing the structure of the vehicle parts and the machining features, followed the parametric design ideas, founded by redevelopment of program based on Pro/ENGINEER. The System implemented the rapid design of three-dimensional model machining features, shortened the product development cycle effectively, enhanced the market reaction ability of enterprise.

parameterization; machining feature; Pro/ENGINEER; UDF; INI

U270.8∶TP39

A

1005-8451（2014）10-0053-04

2014-04-04

唐山轨道客车有限责任公司科技研究开发项目（2014TCX074）。

郭玉亮，工程师；李 颖，工程师。