UG NX裝配約束及定位技巧

韋曉航，譚克誠

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州545616）

UG NX裝配約束及定位技巧

韋曉航，譚克誠

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州545616）

在運(yùn)用UG NX裝配仿真設(shè)計過程中，不同類型的零部件具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，裝配方法和技巧也相應(yīng)地也各具特點(diǎn)。軸套輪盤類零部件裝配規(guī)則較為簡單，通常選擇一至三組約束即可完成裝配定位；而箱體叉架類等位置關(guān)系較為復(fù)雜零部件的裝配，則需要靈活恰當(dāng)?shù)剡x擇判斷約束定位的方式和約束對象，采用多組約束甚至增加必要的輔助幾何要素，才能順利完成裝配。針對上述問題展開論述分析。

UG NX；裝配；約束；定位技巧

在UG NX機(jī)械設(shè)計過程中，通常三維設(shè)計采用的模式有自頂向下的設(shè)計和自底向上的設(shè)計兩種。三維機(jī)械設(shè)計一般包含零部件設(shè)計和裝配兩部分，只有通過裝配才能完整呈現(xiàn)機(jī)械設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)和零部件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而裝配通常有自頂向下的裝配和自底向上的裝配兩種方式。自頂向下裝配是指在裝配級中創(chuàng)建與其它零部件相關(guān)的部件模型，是在裝配部件的頂級向下產(chǎn)生子裝配和部件（即零件）的裝配方法；自底向上裝配則是先創(chuàng)建零部件幾何模型，再組合成子裝配，最后生成裝配部件的裝配方法[1]。在運(yùn)用NX進(jìn)行機(jī)械設(shè)計過程中，若要想完美的呈現(xiàn)整個機(jī)器或者機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案，模擬機(jī)構(gòu)裝配時，有技巧地利用約束條件進(jìn)行各級裝配約束及定位非常重要。

UG NX裝配仿真通?？蓹z驗(yàn)進(jìn)入裝配的零配件形狀尺寸以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，檢驗(yàn)裝配的機(jī)構(gòu)零部件間是否產(chǎn)生干涉。裝配模型和進(jìn)入裝配的零件設(shè)計雙向相關(guān)，零件設(shè)計修改后裝配模型中的零件會自動更新，同時還可在裝配環(huán)境下直接修改零配件設(shè)計[2]。通常，一般的回轉(zhuǎn)體零件及形狀對稱規(guī)則的零件構(gòu)建裝配模型操作較為簡單，而具有特殊結(jié)構(gòu)形狀和復(fù)雜位置關(guān)系的機(jī)構(gòu)裝配則需要靈活的技巧。本文主要針對自底向上的裝配方式分析UG NX裝配約束技巧。

1 UG NX裝配約束及定位一般技巧

UG NX裝配約束定位一般應(yīng)遵循以下基本規(guī)則：

（1）根據(jù)配合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析判斷需要約束的幾何要素；

（2）選擇恰當(dāng)?shù)募s束方式施加約束；

（3）選擇兩個裝配對象的幾何要素時，必須首先選擇目標(biāo)件的幾何要素，再選擇進(jìn)入裝配的組件的相應(yīng)幾何要素。

在實(shí)際裝配運(yùn)用中，若現(xiàn)有的幾何圖形要素不滿足約束定位條件，可適當(dāng)增加輔助幾何圖形要素，需要根據(jù)各類零部件裝配的復(fù)雜程度及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)判斷增加何種輔助幾何圖形要素。

1.1 軸套輪盤類回轉(zhuǎn)體零部件裝配

軸套類零部件裝配是機(jī)構(gòu)裝配中最為簡單的一類，通常以機(jī)座或者活動套筒上的孔為基礎(chǔ)件，根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有時也可以軸作為裝配基礎(chǔ)件。此類零部件裝配時，一般采用“通過約束”定位方式，在裝配約束類型選項(xiàng)中選擇“接觸對齊”，在“要約束的幾何體”方位選項(xiàng)中，大多選擇采用“自動判斷中心/軸”、“接觸”、“對齊”等約束方式，即可實(shí)現(xiàn)軸套類回轉(zhuǎn)體零部件裝配的軸向及徑向自由度的約束，完成裝配。

下面以蝸桿與圓錐滾子軸承的裝配為例，分析軸套類回轉(zhuǎn)體零部件基本裝配技巧。蝸桿及圓錐滾子軸承如圖1、2所示。

圖1 蝸桿

圖2 圓錐滾子軸承

選擇蝸桿作為裝配基礎(chǔ)件，將兩個圓錐滾子軸承作為裝配組件裝入蝸桿軸承位，以蝸桿作為裝配基礎(chǔ)件，在放置面板的定位選項(xiàng)中選擇“絕對原點(diǎn)”，NX將按照絕對定位方式確定各零部件在裝配中的位置。軸承與蝸桿的裝配設(shè)計要求二者回轉(zhuǎn)中心線重合且軸承要按照規(guī)定方向裝入蝸桿上的軸承位，軸承內(nèi)圈側(cè)定位面應(yīng)分別與蝸桿軸承位的軸肩接觸對齊。根據(jù)此要求，裝配約束類型選擇“接觸對齊”，而后采用“自動判斷中心/軸”和“接觸”約束方式進(jìn)行裝配定位。添加軸承為組件后，首先在“自動判斷中心/軸”約束方式下選擇目標(biāo)對象蝸桿回轉(zhuǎn)中心線，再選擇組件軸承的回轉(zhuǎn)中心線，使二者對齊，繼而選擇蝸桿軸承位軸肩表面，再選擇軸承內(nèi)圈側(cè)要靠齊的表面，確定后即完成一側(cè)軸承裝配；繼續(xù)添加組件軸承，以同樣的方法在蝸桿的另一端軸承位裝配軸承，結(jié)果如下圖3所示。

圖3 蝸桿與圓錐滾子軸承的裝配

常規(guī)的輪盤類回轉(zhuǎn)體零部件裝配方法與軸套類相似。

1.2 箱體叉架類及非對稱結(jié)構(gòu)零部件裝配

箱體叉架類零部件大多為不完全對稱結(jié)構(gòu)或不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形狀，在UG NX裝配過程中，為保證裝配結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確定位，通常需要在裝配前分析進(jìn)入裝配的組件需要約束哪些自由度才能完全定位。按照結(jié)構(gòu)裝配的特點(diǎn)，箱體叉架類零件大致可分為回轉(zhuǎn)零部件裝配和非回轉(zhuǎn)及非完全回轉(zhuǎn)零部件裝配?；剞D(zhuǎn)類裝配與軸套輪盤類零件裝配方法相似，而非回轉(zhuǎn)類的裝配約束的方式則通常有配合零部件面與面接觸靠齊、配合表面對稱接觸、配合表面接觸或不接觸且保持一定距離、配合表面保持一定的角度或垂直、配合表面平行等，裝配時，必須根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀和裝配位置關(guān)系判斷需要對其中的2~3組甚至更多組位置關(guān)系進(jìn)行約束，才能保證裝配準(zhǔn)確到位。

箱體叉架類零件裝配結(jié)構(gòu)配合部分為回轉(zhuǎn)體的，采用的約束類型和約束方式與軸套輪盤類回轉(zhuǎn)體零部件裝配基本相同。比如柱塞泵裝配中壓蓋與泵體的裝配，如圖4所示。裝配時，要求壓蓋中心線要與泵體的孔中心線重合、壓蓋法蘭面與泵體法蘭面接觸對齊并保證兩側(cè)螺栓孔對正。按照常規(guī)，這樣的裝配結(jié)構(gòu)以泵體為裝配基礎(chǔ)件，采用絕對定位方式，同樣選擇“接觸對齊”約束類型，在“自動判斷中心/軸”約束方式下分別選擇泵體上孔中心線和壓蓋上孔中心線使二者重合，在“接觸”約束方式下分別選擇泵體上一側(cè)法蘭表面和壓蓋上對應(yīng)側(cè)的法蘭表面使二者接觸靠齊，即可完成裝配。但在實(shí)際裝配操作過程中，結(jié)果有可能出現(xiàn)壓蓋法蘭面與泵體法蘭面雖然相互接觸但兩側(cè)螺栓孔無法對正的情形，即繞泵體孔中心線的旋轉(zhuǎn)自由度未被限制，如圖5所示。因此，為確保裝配結(jié)果完全符合裝配要求，應(yīng)增加第三組約束，再次選擇“自動判斷中心/軸”約束方式，依次選擇泵體法蘭上小孔中心線和壓蓋對應(yīng)側(cè)小孔中心線使之對齊，從而完成泵體與壓蓋裝配。若此類裝配結(jié)構(gòu)中兩裝配組件的某些表面需保持一定的距離，則繼續(xù)選擇裝配約束類型為“距離”，依次選擇要約束的目標(biāo)表面和進(jìn)入裝配的組件相應(yīng)表面，輸入距離值，即可完成裝配組件間距離的約束。

圖4 柱塞泵泵體與壓蓋的裝配

圖5 柱塞泵泵體與壓蓋螺栓孔不對齊

裝配結(jié)構(gòu)配合部分為非回轉(zhuǎn)體或非完全回轉(zhuǎn)體的，如機(jī)械臂的裝配，如圖6所示，通常采用“接觸對齊”和“平行”約束類型和“自動判斷中心/軸”和“接觸”、“對齊”等約束方式。

圖6 機(jī)械臂的裝配

裝配時，要求圖1~6所示搖臂的左端孔軸線與機(jī)座上方兩平行孔軸線重合，搖臂的左端前平面或后平面與機(jī)座上方支承孔的左側(cè)面或者右側(cè)面靠齊；為保證搖臂左端頭能裝入機(jī)座水平極限位置，還要求機(jī)座上方支承位的下底面與搖臂左端頭下底面平行或接觸靠齊。在此裝配過程中，需要選擇“自動判斷中心/軸”約束方式、“接觸”約束方式、“平行”約束類型分別對上述三對位置關(guān)系進(jìn)行約束定位，選擇相應(yīng)的約束表面，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂處于水平極限位置的裝配。為保證裝配可靠到位，在選擇判斷存在約束關(guān)系的表面時，要特別注意分析判斷兩裝配件之間的各對應(yīng)方位關(guān)系，對應(yīng)方位判斷錯誤是造成裝配錯誤的常見原因之一。

2復(fù)雜位置關(guān)系的裝配約束及定位技巧

在實(shí)際機(jī)構(gòu)裝配過程中，除了要考慮直接進(jìn)入配合的兩配合件之間的位置關(guān)系外，通常還可能出現(xiàn)裝配組件裝配后與整個機(jī)構(gòu)的其它表面必須保持平行、垂直或成角度等情形，此時通常需要三組以上甚至更多組約束才能完成裝配定位。如圖7所示柱塞泵的閥體與泵體裝配后，就要求閥體回轉(zhuǎn)中心應(yīng)與泵體的回轉(zhuǎn)中心保持垂直關(guān)系，閥體下閥口與泵體底座平面平行。

圖7 柱塞泵泵體與閥體的裝配

根據(jù)需要配合裝配部分的結(jié)構(gòu)特征，在上述裝配過程中，首先要讓閥體的外螺紋孔與泵體的內(nèi)螺紋按照常規(guī)的軸套類零部件裝配方法進(jìn)行裝配，施加兩組約束保證配合的內(nèi)外螺紋孔中心線相互重合，接觸面靠齊，若僅僅施加這兩組約束即完成裝配，則其裝配結(jié)果有可能出現(xiàn)圖8所類似的裝配后閥體無法與泵體保持豎直垂直的情形。因此，為保證閥體回轉(zhuǎn)中心應(yīng)與泵體的回轉(zhuǎn)中心保持垂直關(guān)系，還要在原有約束基礎(chǔ)上，繼續(xù)添加約束類型“垂直”，分別選擇泵體的回轉(zhuǎn)中心線和閥體的回轉(zhuǎn)中心線進(jìn)行約束，或者采用約束類型“平行”，分別選擇泵體底座平面和閥體下部孔平面，之后再添加一個“距離”約束，距離值根據(jù)設(shè)計要求的數(shù)據(jù)推算出來，即可保證圖7所示柱塞泵的閥體與泵體裝配準(zhǔn)確到位。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配中，需要注意的是已經(jīng)裝配好的組件結(jié)構(gòu)可看作高一級裝配的子裝配[3]，與新進(jìn)入組件構(gòu)成配合關(guān)系，子裝配中的各組件在新一級的裝配中都被視為“同一配合件”，因而在高一級的裝配中子裝配的所有結(jié)構(gòu)平面及圖元均可作為裝配“目標(biāo)”對象被選擇。

圖8 柱塞泵泵體與閥體的裝配

在一些不規(guī)則平面或者特殊結(jié)構(gòu)的裝配中，為方便約束定位，常常還可采用增加輔助平面、線或點(diǎn)等幾何要素的方法來輔助完成配合件的裝配。如圖9所示止退圓錐銷與螺桿的裝配。

圖9 止退圓錐銷與螺桿的裝配

在裝配過程中有時會遇到難以選擇裝配參照目標(biāo)的情形，此時可考慮在建模環(huán)境中給裝配組件增加必要的輔助平面或者輔助直線或點(diǎn)。在進(jìn)行裝配的時候，為保證這些輔助幾何要素能夠顯示，需將“Reference Set”（參考集）設(shè)置選擇為“整個部件”。在圖9的裝配中，通過選擇“自動判斷中心/軸”約束方式，分別選擇銷孔與銷軸的回轉(zhuǎn)中心線，再選擇“距離”約束銷軸一端面到輔助平面的距離，即可完成裝配。

3結(jié)束語

在以上裝配實(shí)例中，裝配方法并不是唯一的，裝配的順序也可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。無論是簡單結(jié)構(gòu)件的裝配還是復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的裝配，裝配過程中均需準(zhǔn)確判斷通過哪些約束定位方式和需要多少個約束才可能將裝配組件準(zhǔn)確裝配到位。而運(yùn)用輔助幾何要素進(jìn)行裝配約束的方法則比較巧妙簡單地解決了復(fù)雜位置關(guān)系的裝配定位這一難點(diǎn)問題。要做到能夠快速準(zhǔn)確地完成UG NX裝配，是一個熟能生巧的過程。

[1]李長春.UGNX4.0基礎(chǔ)教程[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[2]郭利軍.中文版UG NX7.0高級案例教程[M].北京：中國時代經(jīng)濟(jì)出版社，2013.

UG NX Assembly Constraints and Positioning Techniques

WEIXiao-hang，TAN Ke-cheng
（Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou Guangxi 545616，China）

In the process of using UG NX assembly simulation design，due to the different types of parts with different structural features，assembly methods and techniques also have their own characteristics.The wheel sleeve parts assembly rule is simple，usually choose one to three sets of constraints to complete the assembly location.And the assembly of complex parts and components，such as fork and box parts，in order to successfully complete the assembly，you need to choose and judge the way of the position and constraint and the constraint object flexibly，even using multiple sets of constraints and even increasing the necessary auxiliary geometric elements.In this paper，the above problems are discussed and analyzed.

UG NX；assembly；constraints；positioning technique

TH133

A

1672-545X（2016）12-0078-03

2016-09-06

項(xiàng)目來源：柳汽重卡軸間差速器加工工序卡創(chuàng)新設(shè)計的研究與應(yīng)用（編號：桂教科研〔2016〕3號－KY2016YB765）

韋曉航（1967-），女，廣西柳州人，教研室主任，機(jī)械制造與自動化專業(yè)帶頭人，副教授；主要研究方向：機(jī)械制造自動化，計算機(jī)輔助設(shè)計與制造；譚克誠（1974-），男，廣西象州人，副教授，碩士，從事車輛工程與汽車維修技術(shù)研究與教學(xué)。