基于UG机夹车刀装配体参数化建模

冉龙姣 李晓晓 敬正彪 李 旭 陈佳琪

（1.成都大学 机械工程学院，成都 610106；2.成都工业职业技术学院，成都 610218）

在智能制造信息化和工业化深度融合的推进中，切削刀具是制造性能高效发挥的重要影响因素之一[1]。用CAD方法开发机夹车刀时，刀片、刀垫、刀柄以及夹紧结构各零件之间配合尺寸存在关联性。对具有配合关系的各零部件进行参数化建模，以保证尺寸一致性，使零件造型精确[2-3]，可为下一步采用优化算法寻找最佳刀具尺寸奠定基础。本文主要在UG平台下机夹车刀三维参数化建模，通过使用部件间的表达式技术，实现装配体中各零部件尺寸的联动。

1 UG软件介绍

UG是全球主流MCAD系统，是计算机辅助设计、制造、工程和产品数据管理一体化软件系统之一[4-5]。UG强大的产品设计应用模块和机械产品设计制图功能，使得制造设计更具灵活性。

2 机夹车刀装配体参数化建模

机夹车刀参数建模需要用表达式和电子表格的方法建立零件的尺寸约束和工程约束。表达式用来控制单一零件建模特征参数和装配体中各零件之间特征参数的相互关联，还可以通过修改某个特定参数达到修改零件模型外形设计的目的。通过表达式对话框查看零件中所有的尺寸表达式及尺寸关系，并对表达式进行命名，做到见名知意，可方便车刀装配时的尺寸驱动。

2.1 零部件参数化建模

UG提供了特征建模和草图参数化建模两种建模方式。草图参数化建模在草绘过程中和草绘结束模型生成后可发现错误信息，以便随时修改参数，不必重新绘制，绘图效率高。本文以机夹车刀十字沉头螺钉零件（如图1所示）的建模来阐述草图建模型的设计方法。

图1 十字沉头螺钉零件

第一，确定十字沉头螺钉的零件结构。该螺钉主要由回转体和凹下去的十字槽两部分构成。第二，创建草图。选择XY面为待建草图的基准面。用直线命令绘制回转体截面的形状（忽略倒角和圆角）。用几何和尺寸约束使草图完全固定，完成草图的绘制，如图2所示。

图2 十字沉头螺钉回转体草图的形状

草图中约束条件发生改变，模型的形状也将发生同步变化。第三，回转体的生成。选择绘制好的草图为扫描截面线串，选择Y轴为旋转轴，采用旋转命令生成回转体。第四，以十字沉头螺钉上表面XZ基准面创建草图，生成十字沟槽。第五，打开UG工具-表达式，形成控制参数表达式，并对十字沉头螺钉中与后面具有装配关系的关键表达式进行命名，如表1所示。

表1 十字沉头螺钉零件参数化建模控制参数表

2.2 装配零部件间尺寸关联

UG装配模块提供了自底向上和自顶向下两种装配方式。前者先完成各零部件的绘制，后按照产品结构通过堆积木的方式添加部件，完成产品装配。后者先总体设计后详细设计，局部服从总体，支持在装配环境中进行零件设计，同时结合使用部件间表达式实现关联部件之间尺寸的联动。下面详细阐述部件间表达式技术在装配过程中的使用。

零件间关联表达式是用于将装配零件之间的参数进行算术或条件等式的关联，使得装配体中各零件之间尺寸相互关联，以实现同步变化。表达式由设计者根据设计意图建立，形式为：

式中，P2X为零件2的某尺寸参数；P1X为零件1的某尺寸参数；part1是零件1的名称；f(part1:P1X)将零件1中的参数P1X赋予零件2的参数相关联。通过关联表达式，零部件之间就构成了特定的函数关系。如果修改零件1的参数，零件2的参数值就会按照设定好的函数关系发生同步变动。

具体操作方法为在工具-表达式中选取要关联的变量。选取创建/编辑部件间的表达式按钮，在Select Part表中选取关联目标文件，在弹出的表达式列表中找到关联目标。例如，在十字沉头螺钉与刀片的装配中，采用部件间表达式技术设置十字沉头螺钉关键变量Screw_radius和Sinker_radius（如图3（a）所示），设置刀片关键变量blade_sinker_diamter1，和 blade_screw_diamter2（如图3（b）所示）。

令：

按部件间表达式技术实现十字沉头螺钉直径参数和刀片孔径参数之间零件的关联。

当改变关键变量十字沉头螺钉Sinker_radius和Screw_radius的值时，刀片blade-sinker_diamter1和blade-screw_diamter2的值也随之改变，从而解决设计修改中两者基本尺寸不一致的问题，实现部件间尺寸的联动。

2.3 基于草图的装配

基于草图的装配是将草图作为装配中间量，直接在零件和草图之间建立关联变量与位置约束，定位各装配零件。装配草图中所有的参数变量均可体现出来，只需驱动装配草图里的参数变量。各零部件的大小和位置均可发生改变。本文采用基于草图的装配，先新建刀杆草图，通过拉伸-布尔减去-孔命令建立车刀杆（body）零件模型，后按不同的装配约束条件约束刀片（blade）和十字沉头螺钉（Screw），最终完成总体装配。机夹车刀总体装配效果如图4所示。

图3 十字沉头螺钉与刀片有配合关系的部件间的表达式变量

图4 车刀总体装配效果

3 装配效果对比

如图5所示，将车刀片（blade）零件中关键变量刀片主切削刃（Cutting_Edge0）表达式的值从12 mm改为18 mm，可以观测到在整体装配体中与之配合的刀杆上刀片槽的长度同步发生了改变。

图5 主切削刃口部件间尺寸联动效果

如图6所示，将车刀片刀尖角（Point_Angle）值从55°改变为30°，可以观测到在整体装配体中与之配合的刀杆上刀片槽里刀尖角部分的参数同步发生了变化。通过这两次验证，说明通过基于草图装配的参数化建模实现了机夹车刀装配体中尺寸的联动。

图6 机夹车刀参数建模部件间尺寸联动效果

4 结语

合理运用UG软件中零/部件间关联表达式对机夹车刀装配进行设计能避免重复操作，提升装配设计效率，实现机夹车刀零部件之间的协同联动，在参数化建模的基础上有利于有限元分析的优化设计。