陳小軍

（航空工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心，江蘇 南京211106）

0 引言

基于模型的NX平臺(tái)工藝裝備設(shè)計(jì)旨在快速直觀，在沒有合理的運(yùn)用相應(yīng)設(shè)計(jì)工具，很多時(shí)候都是簡(jiǎn)單重復(fù)性勞動(dòng)，復(fù)制結(jié)構(gòu)類似的夾具然后逐項(xiàng)修改，不但低效而且容易遺漏出錯(cuò)。在NX平臺(tái)需要一個(gè)可以存儲(chǔ)知識(shí)的平臺(tái)工具，將優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案固化。而NX平臺(tái)的PTS工具正好可以滿足這些需求，通過簡(jiǎn)單的設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)十分強(qiáng)大的功能，關(guān)鍵是不需要其他諸如編程等能力，普通機(jī)械設(shè)計(jì)人員就能輕松實(shí)現(xiàn)，給設(shè)計(jì)工作帶來極大的便捷。

1 PTS應(yīng)用場(chǎng)景與優(yōu)勢(shì)

1.1 需求與應(yīng)用場(chǎng)景

一般在工藝裝備（簡(jiǎn)稱工裝）設(shè)計(jì)過程中，存在大量形狀和結(jié)構(gòu)類似，只有部分關(guān)鍵尺寸有差別的零部件需要設(shè)計(jì)專用工裝。如每次都全新設(shè)計(jì)建模，將面臨大量重復(fù)性工作，特別是許多設(shè)計(jì)工作在二維環(huán)境下更是如此，效率十分低下。因此需將工裝三維模型參數(shù)化，此后設(shè)計(jì)時(shí)只需輸入工裝模型的幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，在NX中尺寸驅(qū)動(dòng)構(gòu)建所需夾具的三維模型，對(duì)應(yīng)自動(dòng)化生成二維工程圖實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。

1.2 工裝快速設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

目前常見的NX快速設(shè)計(jì)功能模塊大致有：各類NX外掛（模具設(shè)計(jì)外掛、電極外掛等），或者是專業(yè)定制的國(guó)家標(biāo)件或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件。這些經(jīng)過二次開發(fā)的專業(yè)模塊都能很好的解決工裝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)構(gòu)架所需的標(biāo)準(zhǔn)模塊，方便快捷。但是其依賴于基于二次開發(fā)專業(yè)定制，其擴(kuò)展性和維護(hù)性就顯得比較薄弱，需要專業(yè)團(tuán)隊(duì)維護(hù)。同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)存有大量免費(fèi)共享的各類二次開發(fā)的快速設(shè)計(jì)專業(yè)模塊和外掛系統(tǒng)，其準(zhǔn)確性權(quán)威性就很難甄別，只能用于業(yè)余愛好使用，一旦應(yīng)用于工廠生產(chǎn)容易適得其反。

1.3 同平臺(tái)其它工具對(duì)比（優(yōu)勢(shì)）

模塊化（參數(shù)化）設(shè)計(jì)在NX里有幾種常見方法，一是利用部件族的方法，但該方法一般只用來定義系列化（一一對(duì)應(yīng)關(guān)系）的零部件，例如常見國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件；第二是可重用庫(kù)（非標(biāo)庫(kù)），常用來管理簡(jiǎn)單的復(fù)用零件，對(duì)可變形的零部件設(shè)計(jì)起來有些不是很直觀，缺乏可視化設(shè)計(jì)界面；第三是二次開發(fā)定制的工具條，功能強(qiáng)大但是涉及知識(shí)面廣，普通工程技術(shù)人員很難完成，如外包給專業(yè)公司定制則費(fèi)用較高，一般小型公司很難承受。而產(chǎn)品模塊工作室，既有二次開發(fā)般的友好的可視化交互界面，又有許多實(shí)用的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能模塊，是普通設(shè)計(jì)人員知識(shí)積累的利器。

2 PTS啟動(dòng)方法與設(shè)計(jì)流程

2.1 開啟方法

在NX10中開啟PTS有2種方法，區(qū)別于8.5以前的版本只有一種開啟方法[1]。本文主要介紹新的開啟方法，啟動(dòng)NX10——新建模型——啟動(dòng)——PTS Author，就直接進(jìn)入到PTS環(huán)境，左側(cè)是功能區(qū)，新建模板對(duì)話框就是以后使用的界面，可以直接往其中添加組和各類控件。NX8.5版本以前則是在NX工具——產(chǎn)品模塊工作室，特別提示需要正確配置JAVA系統(tǒng)環(huán)境才能正常啟動(dòng)PTS功能模塊，新版本NX中不建議該啟動(dòng)方式。

2.2 PTS單件模塊設(shè)計(jì)流程

工欲善其事，必先利其器，首先在NX建立目標(biāo)零件模型，利用表達(dá)式將其參數(shù)化，再進(jìn)入PTS模塊構(gòu)建可視化的零件調(diào)用界面，如圖1所示左側(cè)是PTS里參數(shù)化制作模塊，右側(cè)是調(diào)用模塊圖，簡(jiǎn)單設(shè)置即可建立如系統(tǒng)集成重用庫(kù)中國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)件般的模型。通過拖入或添加左側(cè)的表達(dá)式到相應(yīng)需要控制的參數(shù)欄，選擇參數(shù)的類型一般有輸入、列表、測(cè)量值等，即可生成相應(yīng)的對(duì)話框來控制參數(shù)，另在PTS中添加可視化規(guī)則可實(shí)現(xiàn)部件族沒有的可控的參數(shù)設(shè)計(jì)。例如圖1中的菱形銷，在（9

圖1 NX10中PTS操作界面（上圖）和調(diào)用方法（下圖）

2.3 PTS組件模塊設(shè)計(jì)流程

PTS不僅僅可以建立系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)件般的單個(gè)零件，還可以建立組件。例如在工裝設(shè)計(jì)開發(fā)過程中常用的壓緊組件（螺栓壓板等機(jī)構(gòu)），還有常用組合定位機(jī)構(gòu)（例如手拉定位器等）等。建好組件裝配模型后將各個(gè)子模型都保存到同一個(gè)文件夾下，按照自己的工作需求規(guī)范化命名，命名一定要能充分表達(dá)參數(shù)化設(shè)計(jì)特征，方便管理和檢索。

一整套工裝在NX里本質(zhì)上是一套功能齊全的裝配組件，構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的裝配組件來展示PTS組件設(shè)計(jì)功能。工藝裝備設(shè)計(jì)一般是自頂向下設(shè)計(jì)，即是先建立一個(gè)裝配模型，添加工件模型作為子組件，在此基礎(chǔ)上逐步搭建工裝所需的各零部件。建立通過正確約束的裝配模型時(shí)，通過表達(dá)式的部件間參數(shù)鏈接來逐級(jí)傳遞參數(shù)。例如：在PTS定義輸入量來定義零件的尺寸，先要求輸入一個(gè)定位尺寸直徑D，再將D值通過部件間的表達(dá)式來傳遞給定位銷。定位銷根據(jù)傳遞過來的D值，選擇合適的大小直徑d1，再將定位銷的直徑d1傳遞給夾具的基體底板，用于定義底板安裝孔，逐級(jí)傳遞裝配參數(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)夾具的快速搭建的PTS模型。具體操作如圖2所示。

圖2 參數(shù)逐級(jí)傳遞圖（部件間連接）

再到PTS模塊將裝配組件做成PTS模塊，定義輸入量D（設(shè)定工件定位尺寸），方法同2.2中介紹。完成這些操作后保存退出，新建裝配文檔，調(diào)入工件零件模型，在殼體模型上右鍵調(diào)出編輯可重用組件，就出現(xiàn)下圖的模板瀏覽器，雙擊后輸入定位尺寸D（D可以是測(cè)量加工的工件尺寸）即可實(shí)時(shí)得到我們想要的裝配組件（夾具），這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單零件的工裝的快速設(shè)計(jì)。而且可以在PTS模塊中一并完成二維工程圖的工作，通過簡(jiǎn)單的幾部操作就設(shè)計(jì)出復(fù)雜的成套工裝，直接輸出工程圖下達(dá)到下游制造環(huán)節(jié)。只需工件（被加工零件）模型相似，即便非專業(yè)人員（例如工藝技術(shù)人員，組合夾具搭建人員）也能快速設(shè)計(jì)出合格夾具。詳細(xì)步驟如圖3所示。

圖3 組件搭建和庫(kù)的調(diào)用

2.4 PTS模塊快速設(shè)計(jì)全過程實(shí)例

首先構(gòu)建整套夾具裝配模型，建立被加工零件相關(guān)參數(shù)表達(dá)式，自頂向下逐級(jí)傳遞到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件。再通過PTS模塊功能建立快速設(shè)計(jì)夾具模型，放置到分類庫(kù)中。設(shè)計(jì)該類零件夾具時(shí)根據(jù)實(shí)際零件的相關(guān)參數(shù)輸入或者直接在零件模型中測(cè)量值填入PTS快速設(shè)計(jì)模塊中，如圖4左側(cè)對(duì)話框。通過左側(cè)的輸入零件（殼體零件）相關(guān)參數(shù)：零件的輪廓尺寸：長(zhǎng)度、寬度，零件中心孔直徑，角向定位孔直徑，還有2孔的距離等關(guān)鍵尺寸，就能快速設(shè)計(jì)一套完全定位的銑夾具，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中只需按需要添加壓緊組件即可。在構(gòu)建裝配模型時(shí)可以附帶建立相應(yīng)的工程圖，修改相關(guān)定位參數(shù)后可以自動(dòng)更新至工程圖中。

圖4 銑夾具快速設(shè)計(jì)實(shí)例

3 PTS模型庫(kù)管理和設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

3.1 PTS模型庫(kù)管理

如將每套工裝都單獨(dú)保存在文件夾下，調(diào)用時(shí)可能會(huì)改動(dòng)源文件，不利于重復(fù)使用，故常采用NX自身的可重用庫(kù)來管理模型。建立如圖3右側(cè)的可重用庫(kù)，將完成的PTS裝配文件子組件等全部放入各自的重用庫(kù)源文件夾里。對(duì)于有完善的teamceter協(xié)同平臺(tái)的用戶，可以利用在線資源庫(kù)統(tǒng)一管理，無需單獨(dú)配置本地庫(kù)。功能豐富的工裝設(shè)計(jì)PTS模塊庫(kù)常由多人協(xié)同完成，每個(gè)角色設(shè)計(jì)的模塊如果按統(tǒng)一規(guī)范操作。如有開發(fā)能力和條件亦可以采用參考文獻(xiàn)[2]中的庫(kù)管理方法。我單位采用的是圖5的開發(fā)和管理模塊流程，分角色任務(wù)和角色權(quán)限來維護(hù)PTS模塊庫(kù)，采用統(tǒng)一的規(guī)范制作模塊歸檔入庫(kù)，確保設(shè)計(jì)方案正確，工程圖完備。而規(guī)范統(tǒng)一的命名規(guī)則是快速檢索的基礎(chǔ)，這些操作規(guī)范和命名規(guī)范都需要做頂層設(shè)計(jì)全局考量，滿足日后快速調(diào)用。如有條件亦可定制一套專用的管理庫(kù)類似參考文獻(xiàn)[2]。

3.2 基于三維模型的工裝快速設(shè)計(jì)優(yōu)化

隨著PTS工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊庫(kù)不斷完善，工裝設(shè)計(jì)流程也隨之發(fā)生改變?nèi)鐖D5、圖6按規(guī)則檢索成為設(shè)計(jì)的一個(gè)開端，而庫(kù)的層級(jí)和分類對(duì)于搜索效率至關(guān)重要，一定要盡可能涵蓋所有類別，分類盡量細(xì)化，在TC中能提供結(jié)構(gòu)化預(yù)覽對(duì)于選用效率也尤為重要。對(duì)于庫(kù)中已有模塊直接調(diào)用，如不包含則根據(jù)需求（工裝是否多次被借用）是否有必要建立PTS重用模型庫(kù)，從而使整個(gè)設(shè)計(jì)流程更簡(jiǎn)化、高效。對(duì)于二維工藝，可以人工讀取相關(guān)參數(shù)快速設(shè)計(jì)，而相應(yīng)工序有三維模型（基于三維工藝）的工裝設(shè)計(jì)則顯得更為直觀快速。

圖5 開發(fā)管理流程圖

圖6 工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化流程圖

3.3 局限性和發(fā)展趨勢(shì)

利用PTS模塊搭建的組件模型時(shí)，每次調(diào)用模型雖然不會(huì)改動(dòng)源文件，但是每次都會(huì)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)尺寸的模型，放置于主裝配模型所在文件夾。對(duì)于有大量標(biāo)準(zhǔn)件的裝配組件顯得有些冗余，而對(duì)于專用件生成單獨(dú)模型則是十分符合需求。故構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)件亦可采用部件族引用單獨(dú)實(shí)例來表達(dá)，在裝配中至少反映引用關(guān)系，而不會(huì)生成獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)件模型。個(gè)人建議標(biāo)準(zhǔn)零件，特別是有確定參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)件一般還是采用類似系統(tǒng)集成的GB件之類的，或者部件族一類的方法構(gòu)建。而參數(shù)是范圍值的可變形專用件和成套夾具則比較適合采用PTS模塊制作。

對(duì)于快速智能化裝配目前PTS功能相對(duì)薄弱，逐步出現(xiàn)采用二次開發(fā)的基于模型驅(qū)動(dòng)和基于裝配特征的快速裝配技術(shù)也是未來發(fā)展方向，可變形組件也變得越來越智能化，操作越發(fā)簡(jiǎn)易化。

4 結(jié)語

通過介紹PTS模塊功能，從參數(shù)化模型構(gòu)建到快速設(shè)計(jì)思路，展示了NX平臺(tái)中工裝設(shè)計(jì)的一種知識(shí)重用工具。同時(shí)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)模塊的管理也做了積極探索，希望對(duì)同行有所幫助，受限于篇幅難免有些介紹不全面，同時(shí)也歡迎同行專家批評(píng)指正。