黃碧輝

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900）

UG在在線修復(fù)項(xiàng)目中的應(yīng)用

黃碧輝

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900）

在線修復(fù)在鋼鐵行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)檢修中應(yīng)用廣泛，在項(xiàng)目實(shí)施前對(duì)整個(gè)加工環(huán)境進(jìn)行模擬，具有重要的意義，它有助于提高加工設(shè)備選型效率，了解加工干涉位置，確定各部件的尺寸參數(shù)等，本文基于UG軟件，運(yùn)用參數(shù)化建模、自頂向下及自底向上的裝配方法對(duì)整個(gè)在線加工環(huán)境進(jìn)行裝配模擬。

在線修復(fù)；UG；參數(shù)化；自頂向下

寶鋼機(jī)械的在線修復(fù)技術(shù)[1]是利用移動(dòng)鏜銑設(shè)備，在鋼鐵生產(chǎn)線上，對(duì)大型軋機(jī)等設(shè)備進(jìn)行原地改造和修復(fù)的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。對(duì)于現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)，在設(shè)備檢修時(shí)，對(duì)于關(guān)鍵部位的局部維修上，例如最典型的軋機(jī)機(jī)架牌坊窗口修復(fù)，考慮到整個(gè)生產(chǎn)線的基準(zhǔn)，離線維修拆、裝所產(chǎn)生的巨大費(fèi)用及過長的維修周期等因素，多采用在線加工修復(fù)的方法進(jìn)行修復(fù)，這種方法既節(jié)約了維修時(shí)間和維修費(fèi)用又確保了維修后設(shè)備運(yùn)行的精度，為用戶創(chuàng)造巨大的價(jià)值。而在該類項(xiàng)目的技術(shù)準(zhǔn)備期間，對(duì)項(xiàng)目的加工環(huán)境進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，可以快速提高移動(dòng)設(shè)備選型的效率，加快對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加工環(huán)境的熟悉，整體了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的干涉位置，確定工作平臺(tái)及輔助支撐等部件的尺寸參數(shù)，可以為后續(xù)制定詳細(xì)的技術(shù)方案及施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文基于UG，將其建模、裝配等技術(shù)綜合應(yīng)用于在線修復(fù)項(xiàng)目中。

1 UG建模技術(shù)

1.1 參數(shù)化建模[2]

運(yùn)用UG建模模塊，通過草圖、插入各種設(shè)計(jì)特征等手段，直接建立所需要的模型，這個(gè)方法具有比較清晰地設(shè)計(jì)流程，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，但是這類模型的各個(gè)特征參數(shù)都是相互孤立的，如果需要對(duì)模型進(jìn)行修改或改進(jìn)，就需要逐個(gè)修改相關(guān)特征參數(shù)或者重新建立模型。而對(duì)于在線修復(fù)項(xiàng)目來說，每個(gè)項(xiàng)目的加工設(shè)備、加工環(huán)境等模型都是比較類似的，如果重復(fù)建模，將會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，而參數(shù)化建模就能有效地繼承已有設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，提高建模速度，給圖形元素賦予相應(yīng)的變量，而不需要確定具體的數(shù)值，當(dāng)變化一個(gè)參數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)改變或者建立所有相關(guān)的尺寸。

本文將尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模方法運(yùn)用在在線修復(fù)項(xiàng)目中，使用UG的“表達(dá)式”功能賦予各特征參數(shù)一個(gè)變量值，同時(shí)在各個(gè)變量值之間通過表達(dá)式建立數(shù)學(xué)關(guān)系，最后可以通過控制變量來實(shí)現(xiàn)模型的設(shè)計(jì)與修改。

1.2 應(yīng)用

在線修復(fù)項(xiàng)目中，軋機(jī)牌坊是主要的加工對(duì)象，所以牌坊的模型會(huì)多次用到，如果每個(gè)項(xiàng)目都要重新建立牌坊模型，就非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以可以應(yīng)用UG的表達(dá)式功能，為牌坊的主要特征參數(shù)設(shè)置變量，通過改變變量的值就能實(shí)現(xiàn)對(duì)牌坊模型的修改。

選擇UG建模模塊，在工具-表達(dá)式對(duì)話框內(nèi)輸入牌坊平面草圖的所有表達(dá)式：

選擇草圖命令，草繪牌坊平面，并使用表達(dá)式中的變量來定義草圖中各特征尺寸，如圖1所示。草圖完成后，就要對(duì)平面進(jìn)行拉伸形成WS側(cè)（操作側(cè)）牌坊的實(shí)體模型，同時(shí)通過鏡像，建立DS側(cè)（驅(qū)動(dòng)側(cè)）牌坊的實(shí)體模型，在表達(dá)式對(duì)話框內(nèi)輸入表達(dá)式：

圖1 牌坊平面草圖

圖2 拉伸及鏡像前表達(dá)式的定義

使用實(shí)體拉伸命令及鏡像命令，并用表達(dá)式定義相關(guān)尺寸，最后實(shí)現(xiàn)WS側(cè)及DS側(cè)牌坊模型的建立。如圖2及圖3所示。

圖3 模型建立

圖4 模型修改

在其它相關(guān)軋機(jī)牌坊模型的創(chuàng)建過程中，就可以在本模型的基礎(chǔ)上，通過修改草圖中的表達(dá)式、拉伸及鏡像中的表達(dá)式來快速修改軋機(jī)牌坊的外形尺寸及WS側(cè)牌坊與DS側(cè)牌坊的相對(duì)位置，大大提高了建模效率。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以再通過建模模塊去修改該牌坊獨(dú)有的特征，如圖4，通過表達(dá)式快速建立基本模型的基礎(chǔ)上，增加該牌坊模型的壓上孔、壓下孔及滑道槽的特征。

在移動(dòng)加工設(shè)備的建模中，也合理運(yùn)用了參數(shù)化建模技術(shù)，給移動(dòng)機(jī)床的床身長度設(shè)置變量machine_tool_length，移動(dòng)機(jī)床立柱高度設(shè)置變量machine_tool_height，功陽銑頭各尺寸設(shè)置相應(yīng)變量，為最后建立各種規(guī)格的機(jī)床模型帶來極大便利，如圖5和圖6為已經(jīng)裝配完成的3400移動(dòng)鏜銑機(jī)與4400移動(dòng)鏜銑機(jī)。

圖5 3400移動(dòng)鏜銑機(jī)

圖6 4400移動(dòng)鏜銑機(jī)

2 UG裝配技術(shù)

2.1 自底向上與自頂向下裝配方法

模擬在線修復(fù)項(xiàng)目的加工環(huán)境，就需要將加工對(duì)象、加工設(shè)備、輔助平臺(tái)及其它附件結(jié)合起來，本文運(yùn)用了UG自底向上及自頂向下[3]相結(jié)合的裝配技術(shù)，創(chuàng)建虛擬加工環(huán)境。

所謂自底向上就是在生成單個(gè)零件的基礎(chǔ)上，通過給定相配合零件之間的配對(duì)約束關(guān)系，得到裝配體的過程。而自頂向下就是在裝配部件的頂級(jí)向下產(chǎn)生轉(zhuǎn)配和零件的裝配設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用UG的WAVE[4]技術(shù)，先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，然后根據(jù)裝配情況對(duì)零件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并在各個(gè)零部件之間建立鏈接關(guān)系。兩種裝配設(shè)計(jì)方法各有特點(diǎn)，對(duì)于配合關(guān)系較少的零件來說，它的裝配約束較少，不容易與其它裝配件發(fā)生約束錯(cuò)誤或干涉，使用自底向上的方法進(jìn)行裝配比較方便，而對(duì)于配合關(guān)系較多的零件，由于與其它構(gòu)件的配合比較多，容易出現(xiàn)裝配約束不當(dāng)或者約束出錯(cuò)的情況，運(yùn)用自頂向下的方法，可以在定義零件的幾何對(duì)象時(shí)引用裝配件中其它零件的幾何對(duì)象，當(dāng)修改零件模型后，裝配件可以自動(dòng)更新。

2.2 應(yīng)用

對(duì)于比較普遍的軋機(jī)牌坊的在線修復(fù)項(xiàng)目中，仿真環(huán)境的裝配順序?yàn)椋瑒?chuàng)建主裝配文件-新建牌坊組件-新建平臺(tái)組件-新建輔助支撐組件-添加移動(dòng)鏜銑機(jī)裝配組件，創(chuàng)建過程框架如圖7所示，UG系統(tǒng)內(nèi)裝配結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 創(chuàng)建過程框架圖

圖8 UG裝配導(dǎo)航結(jié)構(gòu)

以平臺(tái)組件為例，將plat設(shè)為工作部件，使用WAVE鏈接器鏈接mill中的窗口復(fù)合曲線，如圖9所示。在plat中創(chuàng)建平臺(tái)模型時(shí)，可以定義平臺(tái)與牌坊窗口的位置尺寸，如圖10所示。

圖9 WAVE幾何鏈接

圖10 平臺(tái)與牌坊位置尺寸圖

當(dāng)在mill中變化牌坊窗口尺寸時(shí)，平臺(tái)與牌坊窗口的位置尺寸不變，plat中平臺(tái)的大小尺寸會(huì)自動(dòng)更新，assembly中整個(gè)裝配件也隨之更新。

而移動(dòng)鏜銑機(jī)以自底向上的方式進(jìn)行裝配，通過裝配約束將其各零部件裝配成組件，并將該組件裝配至assembly中，如圖11所示。

圖11 移動(dòng)鏜銑機(jī)裝配

3 總結(jié)與展望

將UG中的參數(shù)化建模、自頂向下及自底而上的裝配方法運(yùn)用到在線修復(fù)項(xiàng)目當(dāng)中，整個(gè)模型依靠參數(shù)化及WAVE技術(shù)，創(chuàng)建快速且容易修改，以更直觀的方式模擬整個(gè)加工環(huán)境，為加工設(shè)備的選型、現(xiàn)場(chǎng)干涉位置的確定都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在以后的項(xiàng)目研究過程中，可以考慮對(duì)UG進(jìn)行二次開發(fā)，建立基于UG的軋機(jī)牌坊參數(shù)化建模系統(tǒng)，使整個(gè)建模過程更加快捷，使用高級(jí)仿真模塊，對(duì)施工平臺(tái)及其它結(jié)構(gòu)件進(jìn)行受力分析[5]，確定最優(yōu)的零件尺寸，運(yùn)用UG運(yùn)動(dòng)仿真模塊，對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。

[1]黃玉龍，楊建武.網(wǎng)絡(luò)制造與開放式數(shù)控技術(shù)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2002，24(10)：8-10.

[2]龍志偉，曹際龍.基于UG表達(dá)式功能的參數(shù)化建模方法[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，24(5)：93-95.

[3]溫莉娜，王雷剛，黃 瑤.基于UG/WAVE技術(shù)的自頂向下產(chǎn)品建模[J].模具技術(shù)，2006，（6）,49-52.

[4]王曉英，李 森.基于UGNX的模具三維建模與裝配設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2007，3，78-81.

[5]胡仁喜.Autodesk Inventor Professional2012中文版從入門到精通[M].康士廷，劉昌麗.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012，384-396.

The App lication of the UG in the Online Projects

HUANGBi-hui
(BaoSteel Engineering&Technology Group Co.，Ltd.，Shanghai201900，China)

Online repair iswidely used in the steel industry,the simulation of entire processing environmentbefore the implementation of the project is of great significance,it helps to improve the efficiency of the equipment selection,understanding the processing interference position,determine the size of the parameters of the various components.The paper based on the UG,using the parametric modeling,top-down and bottom-up assemblymethods to simulate the entire online processing environment.

online repair；UG；parameterization；top-down

U472

A

1672-545X（2013）05-0278-03

2013-02-03

黃碧輝(1984—)，男，浙江寧波人，碩士學(xué)位，寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司。