基于UG/OPEN GRIP的系列化钢板弹簧参数化建模
| （贵州省遵义市遵义钛厂机械设备公司，贵州 遵义 563004） 摘 要：针对钢板弹簧的三维参数化建模，研究基于UG的参数化零件库的开发方法，介绍UG/Open Grip程序开发的过程。通过分析生成钢板弹簧所需的主要参数，编写程序实现系列化钢板弹簧的三维参数化模型，简化了钢板弹簧的建模过程，提高效率。 关键词：UG/Open Grip；钢板弹簧；参数化设计 钢板弹簧是一种常用的弹性元件，广泛应用于非独立悬挂的汽车悬架装置中。它传递作用在车轮与车身之间的一切力和力矩，并缓和由不平路面传给车身的冲击载荷，衰减由冲击载荷引起的振动，保证车辆正常行驶。钢板弹簧还可在悬架中兼做导向机构，从而简化悬架结构，也使得保养维修方便，制造成本降低[1]。 在钢板弹簧设计过程中，系列产品的开发占有相当大的比例，对于同一系列的钢板弹簧具有结构相同而尺寸不同，或结构类似只是某些特征有所不同的特点。用传统的设计方法重复劳动多，人力、时间耗费大，从而严重影响到新产品开发的速度和成本。随着CAD技术的不断发展，特征建模和参数化设计技术为弥补传统设计方法的上述不足创造了良好的条件。 对钢板弹簧进行参数化建模，快速、准确地创建可用于指导分析和制造的三维数学模型有很大的应用价值。目前，用于三维建模的软件很多，如UG、Pro／E、Ideas、Solidwork等。其中，Unigraphics(简称UG)是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID／CAD，CAE／CAM高端软件。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，使用户能够数字化地创建和获取三维产品定义，是世界上最优秀的三维建模软件。所以本文以UG为软件平台，针对钢板弹簧在自由状态下的三维尺寸、曲率半径和自由弧高，对每一簧片进行参数化建模，也就是编写Unigraphics 的二次开发程序，从而大大简化了模型建立过程中的繁琐程序，为以后的仿真研究提供了方便。 1 UG/OPEN GRIP的二次开发技术 Unigraphics(简称UG)在CAD/CAM上表现出了强大的功能，但UG为通用支撑软件系统，仅具有CAD/CAM的基本功能，没有提供专用产品所需要的完整计算机辅助设计/制造功能。由于机械产品的千变万化，需要针对具体对象在选用的CAM软件平台上进行二次开发，来设计出界面友好、功能强大和使用方便的专用产品的CAD/CAM系统。本文介绍的UG/OPEN GRIP的二次开发工具是一个类似APT的UG内部开发语言，利用该工具用户可生成NC自动化或自动建模等用户的特殊应用[2]。 GRIP(Graphics Interactive Programming)是一种专用的图形交互编程语言，开发者可以用GRIP编程的方法自动实现在UG下进行的绝大部分操作。GRIP命令很像英语单词，语法与BASIC和FORTRAN相似，有某些情况下对于一些高级操作，用GRIP编程的方法比用UG交互的方法更有效，在UG交互环境下可以实现的功能用GRIP几乎全都可以实现。UG提供了一个名叫UG/Open GRIP的GRIP语言编辑器，用这个工具可以编辑、修改、编译、连接程序。GRIP语言与一般的通用语言一样，有其自身的语法结构，程序结构内部函数以及与其他通用语言程序相互调用的接口。一个GRIP语句是由一个或几个GRIP命令组成，GRIP命令是GRIP语言的基本组成部分。GRIP命令有三种表示格式：A）陈述格式。主要用于生成和编辑实体。Ｂ）GPA符号格式。GPA是全局参数存取(Global Parameter Access)的缩写，用于访问UG系统中各种对象的状态和参数。Ｃ）EDA符号格式。EDA是实体数据存取(Entity Data Access)的缩写，用于访问UG数据，能够访问各种对象的功能性数据。例如在属性、绘图和尺寸标注以及几何体等领域与UG进行交互操作时，其参数可用EDA格式的命令取得[3][4]。而建立GRIP程序，需要4个步骤。如图1所示。 GRIP编程语言是面向工程师的语言，具有简单、易学、易用的特点，使工程师们通过编程能够把公司的专业知识与UG系统融合在一起，更好的发挥UG软件的功能[2]。 2 钢板弹簧的参数化设计建模 2.1参数化设计建模的思路 参数化是一种基于特征、尺寸约束、数据相关、尺寸驱动设计修改的技术。程序开发的目的是为了节省建模时间，程序越智能化，就会越使设计人员尽可能少的参与其中，效率就越高。 参数化设计的目的是：通过编程，输入板簧的参数程序即可自动生成钢板弹簧。本文利用UG/OPEN Grip进行参数化编程。 要设计自己所需要的钢板弹簧，必须输入簧片的基本参数。通过建立由簧片的类型、中心螺栓距、自由半径、自由弧高和左右弧长、卷耳半径，截面参数B0、B1、B2这些参数之间的几何关系式即可得到簧片的三维模型[5]。由此，可以确定人机交互窗口。 2.2人机交互窗口及模型的生成 本次参数化编程设计采用交互式的参数输入，用户可以任意输入预先定义好的各种参数，得出自己需要的具体形状。数据输入主要分为两个部分，首先选定簧片的类型，自由状态下簧片的类型有三种：双卷耳、单卷耳和无卷耳。由于卷耳和包耳的三维形状类似，在三维建模过程中不再具体区分；第二步是输入簧片的具体尺寸数据，输入的参数包括中心螺栓距、自由半径、自由弧高和左右弧长、卷耳半径，其中B0、B1、B2是簧片的截面参数，当选择不同的簧片类型时，可分别弹出簧片尺寸数据对话框。 完成参数的设置后，即可生成所需的钢板弹簧，分别如图2所示。通过参数化建模，可以快速生成多个不同尺寸的三维模型，用户只需把生成的簧片模型利用UG自带的装配菜单进行装配，则可得到的用户所需的钢板弹簧装配总成。装配图如图3。 参数化建模的优点在于可以通过设置不同的参数，简单，快递地建立不同尺寸或类型的三维模型[6]。本次设计的程序不仅可以对变截面钢板弹簧进行参数化建模，而且还可以对等截面钢板弹簧进行参数化建模，具体可以通过对簧片的具体尺寸数据对话框中B0、B1、B2参数的设置来获取需要的模型，当B0、B1、B2取相等的值时即为等截面钢板弹簧的建模。 3结论 1) 利用程序实现钢板弹簧的参数化建模的方法，在编程阶段较为复杂。但程序完成以后，新簧片的设计非常简单直观，图形生成快，即使对UG环境不是十分熟悉的用户也能运用自如，特别适合钢板弹簧的系列化产品开发设计。 2) 本文的程序设计只是在UG／OpenGRIP模块下对等截面与简单变截面进行的一个简单应用示例，作为一种思路和方法，通过对程序的进一步改进，可以运用于复杂的钢板弹簧三维模型系统，如复合钢板弹簧。 3) 使用OpenGrip程序语言编制了实用的二次开发程序，实现了仅输入钢板弹簧的基本参数即可建模的目标，为以后的运动学分析、力学等CAE分析奠定良好基础，具有较高的实用价值。 参考文献 [1] 陈家瑞.汽车构造[M].第三版人民交通出版社，1993:11-20. |