用UG實(shí)現(xiàn)飛機(jī)操縱桿零件的加工

1、 教你用UG實(shí)現(xiàn)飛機(jī)操縱系統(tǒng)零件 參數(shù)化設(shè)計(jì) 想學(xué)習(xí)ug mastercam 加工中心 宏程序 等等都可以加 法蘭克有問必答 QQ群：7749406與虛擬裝配自動(dòng)化李福海，劉 毅南京航空航天大學(xué) 航空宇航學(xué)院,江蘇 南京210016摘要在對(duì)飛機(jī)硬式機(jī)械操縱系統(tǒng)組件功能和構(gòu)造特點(diǎn)分析以及零件實(shí)體造型和參數(shù)化模型建立的基礎(chǔ)上，采用UG二次開發(fā)工具UG/Open編程，通過編輯不同類型零件參數(shù)化模型的幾何特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)；針對(duì)UG交互方式進(jìn)行大型復(fù)雜系統(tǒng)虛擬裝配存在的操作過程煩瑣和重復(fù)性差等不足，基于已建立的零部件裝配用方位參照信息開發(fā)實(shí)現(xiàn)裝配過程中的零部件自動(dòng)坐標(biāo)定位并對(duì)虛擬裝配過程加以記

2、錄，實(shí)現(xiàn)虛擬裝配自動(dòng)化。關(guān)鍵詞二次開發(fā)；參數(shù)化設(shè)計(jì)；虛擬裝配；UG；操縱系統(tǒng)THE PARAMETRIC DESIGN AND THE AUTOMATIZATION OF THE VIRTUAL ASSEMBLY BASED ON THE SECONDARY DEVELOPMENT OF UGLI Fu-hai, LIU YiCollege of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics, Nanjing Jiangsu 210016, ChinaAbstract The secondary

3、 development process is introduced to access the parameterized parts with UG/Open API to accomplish the parts' parametric design based on the analysis of the component functions and structural features of the aircraft hard mechanical control system. To overcome the disadvantages during manually

4、assembling complicated systems, such as the trivialities of the operation and the weakness of the repeat property, a method is proposed to assemble the system by automatically placing the parts on the appropriate positions by means of transforming the matrix of the parts' coordinates and record

5、the procedure of the virtual assembly in order to accomplish the automatization of the virtual assembly.Key words secondary development; parametric design; virtual assembly; UG; control system作者簡(jiǎn)介 李福海(1976-)，男，黑龍江牡丹江人，碩士研究生，主要研究方向：計(jì)算機(jī)輔助飛行器設(shè)計(jì)； 劉毅(1965-)，男，四川綿陽人，副教授，主要研究方向：飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助飛行器設(shè)計(jì)。11引言在通用CAD

6、、CAE等環(huán)境下開發(fā)集成專用軟件是通用軟件很好的發(fā)展方向和取得實(shí)效的途徑 1?；诘投薈AD軟件的開發(fā)與集成在國(guó)內(nèi)外已有多年研究，取得了許多成功的應(yīng)用并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，而基于高端CAD軟件的開發(fā)與集成，國(guó)內(nèi)迄今為止感興趣的人多，研究的人少，研究尚處于起步和探索階段，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也少，更缺乏成熟的實(shí)用成果。飛機(jī)操縱系統(tǒng)是飛機(jī)系統(tǒng)中十分復(fù)雜的子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素較多，不僅需要考慮功能方面的要求，還需考慮強(qiáng)度、剛度等方面的要求，從而導(dǎo)致其設(shè)計(jì)難度較大。飛機(jī)使用實(shí)踐表明：使用過程中出現(xiàn)的許多問題都因設(shè)計(jì)考慮不周所致，對(duì)操縱系統(tǒng)也同樣如此?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)主要要求在于已有設(shè)計(jì)的可再使用性，所

7、以解決該問題的有效方法之一就是采用知識(shí)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案,建立先進(jìn)的飛機(jī)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)。這不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研制周期，降低設(shè)計(jì)成本，而且對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度也是十分有益的。UG是集CAD/CAE/CAM于一體的通用軟件，具有強(qiáng)大的CAD、CAM功能，基于完全的三維實(shí)體復(fù)合建模、特征建模和裝配建模技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)出復(fù)雜的產(chǎn)品模型，可用于整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程；同時(shí) UG又具有良好的開放性，為用戶提供了功能強(qiáng)大的二次開發(fā)工具，包括供用戶定制菜單的UG/Open Menu Script，供用戶構(gòu)造UG風(fēng)格對(duì)話框的用戶界面設(shè)計(jì)模塊UG/Open UIStyler，供用戶進(jìn)行功能開發(fā)的UG/Open2。利用這

8、些工具，用戶就可針對(duì)其具體要求，如行業(yè)的特殊需要，對(duì)UG進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。2零件參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的目的是存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，從而設(shè)計(jì)出一族而不是單一的產(chǎn)品模型3。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，不同型號(hào)的產(chǎn)品往往只是尺寸不同而結(jié)構(gòu)相同，映射到幾何模型中，就是幾何信息不同而拓?fù)湫畔⑾嗤?。因此，在?duì)零件進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)歸類的基礎(chǔ)上建立參數(shù)化模型，保證設(shè)計(jì)過程中幾何拓?fù)潢P(guān)系一致，同時(shí)提取幾何特征參數(shù)并進(jìn)行用戶化命名，建立幾何信息和參數(shù)的對(duì)應(yīng)機(jī)制,通過編輯參數(shù)值直接或間接修改幾何實(shí)體，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。UG環(huán)境下，可通過UG/Open提供的相應(yīng)功能函數(shù)編輯零件參數(shù)表達(dá)式(Expression)，即修改

9、參數(shù)值，從而編輯幾何實(shí)體，來實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。為確保裝配程序?qū)α悴考恼_調(diào)用，實(shí)現(xiàn)裝配過程中的自動(dòng)坐標(biāo)定位，在參數(shù)化模型中還應(yīng)加入裝配用方位參照信息。2.1硬式機(jī)械操縱系統(tǒng)主要構(gòu)件幾何參數(shù)分析飛機(jī)機(jī)械操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為軟式、硬式和混合式三種。其中硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由搖臂和傳動(dòng)桿等構(gòu)件所組成4。搖臂搖臂主要用來傳遞力、位移或改變它們的大小和方向，有的僅作支持用。結(jié)構(gòu)形式通常包括單搖臂、雙搖臂和復(fù)合式搖臂。 其中單搖臂提取5個(gè)特征參數(shù)，雙搖臂提取9個(gè)幾何特征參數(shù)，復(fù)合式搖臂要具體分析。搖臂參數(shù)主要包括搖臂臂長(zhǎng)、搖臂間夾角等。圖1為雙搖臂幾何特征參數(shù)定義。22.1.2傳動(dòng)桿傳動(dòng)桿又稱拉桿，由兩

10、端耳片接頭和管材組成。通常把一端或兩端耳片接頭設(shè)計(jì)成螺紋連接，便于微調(diào)桿長(zhǎng)，進(jìn)行系統(tǒng)裝配。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提取兩個(gè)幾何特征參數(shù)，一個(gè)是兩端耳片接頭轉(zhuǎn)軸矢量之間的角度，另一個(gè)是桿長(zhǎng)，即傳動(dòng)桿兩端耳片接頭轉(zhuǎn)軸中心之間的距離。2.2基于UG二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)下面以雙搖臂為例說明實(shí)現(xiàn)過程。利用UG/Open UIStyler定制雙搖臂對(duì)話框，如圖1所示。定制完成后，生成的三個(gè)文件分別為DR.h，DR_template.c和DR.dlg。按具體要求對(duì)DR_template.c進(jìn)行編碼，即可實(shí)現(xiàn)雙搖臂參數(shù)化設(shè)計(jì)，流程描述如下，其中Parameter_Information控件的功能為顯示特征參數(shù)信

11、息，Apply控件的功能為編輯特征參數(shù)信息。Parameter_Information()/顯示特征參數(shù)信息UF初始化，獲取UG/Open API License；根據(jù)控件ID獲取所要訪問的零件特征參數(shù)；if(所要訪問的特征參數(shù)存在)顯示特征參數(shù)信息；else提示用戶，并給出可能原因；UF終止，歸還占用的License；Apply()/編輯特征參數(shù)信息 UF初始化，獲取UG/Open API License；根據(jù)控件ID獲取所要訪問的零件特征參數(shù)；if(所要訪問的特征參數(shù)存在)獲取所要訪問特征參數(shù)的新值；if（參數(shù)新值在允許范圍之內(nèi)）修改特征參數(shù)值；else提示用戶重新賦值；else提示用戶，

12、并給出可能原因；UF終止，歸還占用的License；創(chuàng)建UG菜單文件DR.men，內(nèi)容如下：VERSION 170 EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR /編輯主菜單BEFORE UG_HELP /將第一級(jí)菜單置于Help之前CASCADE_BUTTON UISTYLER_DLG /菜單類型為下拉式3LABEL Para&meter /定義菜單標(biāo)題及快捷鍵END_OF_BEFORE /結(jié)束第一級(jí)菜單的編輯MENU UISTYLER_DLG /編輯第二級(jí)菜單BUTTON DOUBLEROCKERS_BTN /第二級(jí)菜單IDLABEL Double Rockers. /

13、定義菜單標(biāo)題ACTIONS DR.dlg /運(yùn)行DR.dlgEND_OF_MENU /結(jié)束第二級(jí)菜單的編輯2.3配置開發(fā)環(huán)境在UG根目錄$UGII_BASE_DIR下創(chuàng)建二次開發(fā)用文件夾，如USER，在此文件夾內(nèi)創(chuàng)建文件夾startup，application和udo5，并將DR.dlg放到application下，DR.dll和DR.men放到startup下，udo用來存放動(dòng)態(tài)連接庫。去除UG環(huán)境變量文件ugii_env.dat中語句#UGII_USER_DIR=$HOME前的“#”號(hào)以使該語句有效，同時(shí)將$HOME改為$UGII_BASE_DIRUSER。添加如下系統(tǒng)環(huán)境變量：變量名：U

14、GII_CUSTOM_DIRECTORY_FILE變量值：$UGII_BASE_DIRUSER完成上述任務(wù)后啟動(dòng)UG，則會(huì)在菜單欄中菜單Help前增加新菜單Parameter，如圖2所示。 (a) 修改前 (b) 修改后圖2新菜單Parameter 圖3雙搖臂特征參數(shù)修改參照?qǐng)D1修改一雙搖臂特征參數(shù)，結(jié)果如圖3所示，其中特征參數(shù)angle0的新值為150度。3虛擬裝配自動(dòng)化UG采用“利用部件鏈接關(guān)系建立裝配”的虛擬裝配模式。這種模式可檢查目標(biāo)裝配體自身靜態(tài)干涉、模仿產(chǎn)品的裝配過程、定義拆裝路徑，并可仿真機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能，從而分析產(chǎn)品及其裝配元件的可裝配性，衡量裝配設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)

15、果的好壞6。而上述功能只能在人機(jī)交互方式下實(shí)現(xiàn)，當(dāng)目標(biāo)裝配體為大型復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，存在操作過程煩瑣、操作者易疲勞和重復(fù)性差等諸多不足。針對(duì)這種情況，提出虛擬裝配自動(dòng)化解決方案，描述如下：從文件讀入或自定制界面輸入零部件在裝配圖中的目標(biāo)方位，通過裝配程序?qū)ρb配用方位參照信息（坐標(biāo)矩陣）進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)零部件自動(dòng)坐標(biāo)定位。變高強(qiáng)度的人機(jī)交互操作為命令式操作，使重復(fù)、煩瑣的手工操作程序化，從而自動(dòng)完成虛擬裝配，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。為能在飛機(jī)操縱系統(tǒng)裝配后順利進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)干涉檢查等后續(xù)工作，需要在每次鏈接零部件、導(dǎo)入零件事件（part occurrences）之后，對(duì)零件事件進(jìn)行ID標(biāo)識(shí)，使之成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。操縱系統(tǒng)虛擬裝配自動(dòng)化流程如下：4Assemble() /虛擬裝配自動(dòng)化 獲取預(yù)裝配零部件的裝配用方位參照信息；獲取零部件在裝配件圖中的方位；鏈接零部件，導(dǎo)入零件事件；空間方位轉(zhuǎn)換；標(biāo)識(shí)零件事件，使之成為節(jié)點(diǎn)；基于上述方法實(shí)現(xiàn)的飛機(jī)操縱系統(tǒng)的典型組件裝配圖、全系統(tǒng)裝配圖分別見圖4、圖5。 圖4典型組件裝配圖 圖5飛機(jī)操縱系統(tǒng)全系統(tǒng)裝配圖4結(jié)束語二次開發(fā)UG實(shí)現(xiàn)飛機(jī)操縱系統(tǒng)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)與虛擬裝配自動(dòng)化方案在很大程度上解決了工廠技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度問題，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本。本研究是飛機(jī)硬式機(jī)械操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心技術(shù)