基于UG的车床夹具模块库设计

摘 要： 在机械加工过程当中利用着大批的夹具来用以装夹加工工件，使其有准确的位置，以确保工件的加工质量。本设计基于UG绘图环境，采用了参数化的设计方法，以车床加工的拨叉工件夹具为例，介绍基于UG的车床夹具模块库的设计过程，绘制出的不同类型的车床夹具，不仅方便后期绘图操作的修改，而且可以提高出图的效率和准确性，并能对其进行干涉检查与运动仿真，为我们配置合理的加工工艺提供了方便。

关键词：UG设计软件 车床夹具模块库 效率 拨叉工件夹具 参数化设计 运动仿真

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）07-0210-02

导言

传统的CAD技术手段大部分是用稳固已有的尺寸值来定义几何元素，输入的每个几何元素都有它们精确的位置，若要修正设计的内容，唯有删除原来存在的几何元素后再重新进行设计。而设计过程当中不可避免的要多次重复修改，如此给设计人员带来大批沉重而又枯燥的事务性工作，极大的影响了设计效率。UG系统采用参数化设计的方式，提供了非常强大的基于特征的参数化造型设计的功能，使得产品的设计可以通过改善一些尺寸结构和使用环境来改正，从而非常的方便设计进程。

一、基于UG的三维参数化模块库的创建目标

我们所设立的基于UG的车床夹具三维参数化模块库要实现的目标如下：

1.具有系列化、标准化的模块

模块库中零部件种类和数量的多少，是衡量模块化实用化程度的一个重要指标。因此，模块库的建立必须尽可能的宽、完整。此处仅以车床加工拨叉零件夹具为例，说明模块库的设计方法。

2.具有良好的人-机交互界面

人机交互通常用于用户开发的GRIP应用程序。此外，在开发过程中，形成定制的人机对话菜单，这是一个非常普遍的要求。用户界面是用户与模块库交互的窗口，如要选择的模块的类型、输入模块主要参数，以及在读取UG的实体的属性时，要指定被取值的实体等。所设计的人机交互界面与UG风格统一，其交互过程符合UG的习惯；通过适当的操作，引导用户逐步完成模块的调用，并对操作过程的每一步，提供相应的项目选择模块，用户可以通过调用模块进行参考，不需要查阅模块设计手册。上述近似的功用，全都能够在GRIP程序中用人-机交互来实现。

3.快速生成三维模型

模块模型经过适当的简化，只保留代表其主要特征的结构和尺寸，并采用参数化技术进行建立，保证尺寸参数值与尺寸变量每每相互对应，并创建零件尺寸之间的函数关系，以减少模块尺寸的数量。当从数据库中调用尺寸參数来驱动模块的生成时，就能提高模型重建的速度，快速生成用户所需的模块。

二、创建模板零件库

本文是针对一种加工拨叉零件的车床夹具设计的模块库，所以在这简单的介绍了一下如何创建拨叉零件库的操作。这样也可以节省绘图人员的时间，提高效率。模块库是通过确定一组设计参数来掌控模型的外形，在三维参数化的基础上而建立的，并选择不同的尺寸，可以驱动实现参数化模型。因此在建立模块库的过程中，模板零件的好坏直接影响着调用的模块能否成功生成。如果创建的模板零件发生错误，所需的模块就不能成功的生成，那么就无法进行尺寸驱动。如果要判断模板零件的成功必须满足：当给定一组合理的尺寸值时，可以得到一套相同结构和不同尺寸的零件。模板零件库的建立过程如图1所示。

在建立车床夹具加工的拨叉工件三维参数化模板零件库的过程中，首先进行形体分析，适当地简化模型，并确定设计变量其结构和尺寸参数，如图2所示。确定好参数和建模策略后，建立参数化模型，如图3所示。利用UG中的部件族提取参数化模型的主要参数到Execl工作表中（里面显示的就是模型的尺寸，标注的每一个尺寸它都会自己生成一个P+的尺寸，这里设置的是表达式如图4所示，并可以在Execl工作表中填写一些数据如图5所示。表中第一行为各个设计变量，以下每一行为一个记录，可以填写零件的另一种参数。这个数据形式能够直接和UG链接，从而完成零件的三维参数化模型。输入的参数可以进行验证，来保证参数的合理性，能够生成另一个模型。最后保存各个参数即可。

三、基于UG的三维车床夹具模块库运行实例

基于UG的三维车床夹具模块库与UG的装配环境无缝连接，从模块库中调用的模块能够用于装配。用户插入模块后，完全按照UG系统的规定选择插入点，系统提供了各种捕捉方式来快速和准确地确定模块的插入基点和插入方向，使得装配操作更加方便快捷。

首先我们要利用UG二次开发的编写程序在UG界面显示出模块库这个标题栏，在Windows记事本中输入以下命令，并保存为扩展名为*.men的菜单文件：

VERSION 120

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

BEFORE UG_HELP

CASCADE_BUTTON menu_name_1

LABEL 车床夹具模块库

END_OF_BEFORE

MENU menu_name_1

BUTTON menu_name_21

LABEL 拨叉成组模块

ACTIONS action1.dlg

CASCADE_BUTTON menu_name_22

LABEL 多件装夹模块

然后将这个编写好的文件放在用户开发目录下创建的启动文件夹中。当UG启动时，菜单脚本文件会自动加载，结果如图6所示：

1.多件装夹车床夹具

这个夹具用于卧式车床上车削拨叉断面及圆弧面，工件材料为灰铸铁HT200，生产工艺简单，铸造性能好，而且该夹具可以两件同时装夹，操作方便。工件以Φ32 0+0.02mm孔和R42mm圆弧面作为定位基准，定位由支撑板、支承套、定位销和固定V形架定位。这个夹具可以两件同时装夹，用螺母来夹紧，并由夹紧块对两个工件实现侧向夹紧。如图7所示装夹完成后的多件装夹车床夹具。如果想要修改夹具的尺寸，那么可以在零件图中修改，然后保存一下，再打开装配图，自己想要的尺寸夹具就生成了。

2.拨叉成组车床夹具

该夹具用于加工拨叉零件的端面。工件以内孔与侧面在心轴、侧面与支承及挡销实现定位，通过旋转转套，拉动拉杆，其末端的圆锥使弹性套变形，定心夹紧工件。可调元件为心轴、支承、拉杆和螺母。其中心轴直径可根据拨叉孔径调整。如图8所示拨叉成组车床夹具装配图。

模块库中的每个夹具的零件都有它的作用，如果用一次画一次非常麻烦，而且也会增加错误率，做这个模块库的目的就是增快制图人员制图的速度，可以随时调用，提高工作效率。模块库中不同类型的车床夹具，可以根据以上设计过程继续添加。

3.运动仿真

进行运动仿真的目的，不仅是让运动机构运动起来，而且还要确保运动机构的合理性。在UG系统中打开需要的文件，单击菜单栏【开始】→【运动仿真】按钮，右键装配体→新建仿真，出来一个环境对话框（可以修改名称），点击确定即可，进入运动仿真模块。按照界面内容对各零件进行特性创建和运动副创建，随后建立驱动，添加解算方案，右键单击装配体文件夹，选择解算方案，进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制，UG的运动分析类型有两类：静态分析和动力学分析。在这个设计里，选用动力学分析，如图9，设置时间与步数，点击确定，弹出如图10对话框，随后即可看仿真运行。运动仿真完成后，即可进行运动分析，点击功能菜单区运动分析模块中的生成图表按钮 ，可生成时间与位移的图表。

四、结束语

基于UG的车床夹具模块库所包含的夹具零件，可以在设计中直接调用，避免了重复绘制，工作效率大大提高，值得广泛推广。

参考文献

[1]UG NX 8.5数控加工入门与实例精讲/陈平等编著.—2版.—北京：机械工业出版社，2014.10

[2]陈国甫.车床夹具[J].机械工人.冷加工，2000（12）.

[3]金属切削机床夹具设计手册.机械工业出版社，1984.

[4]吴拓.现代机床夹具设计及實例.--北京：化学工业出版社，2015.10.

[5]薛源顺.机床夹具设计.--2版.--北京：机械工业出版社，2015.10.

作者简介：孙丽丽（1976-），女，山东青岛人，讲师，本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。