劉紅軍，李 帥，周 鳴

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110168）

0 引言

UG（Unigraphics）是美國(guó)EDS公司推出的當(dāng)今世界上最先進(jìn)的CAD/CAM/CAE高端軟件平臺(tái)之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、汽車、船舶、模具和家用電器領(lǐng)域，不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、參數(shù)化造型、裝配和工程圖創(chuàng)建等功能，還提供了功能強(qiáng)大的二次開發(fā)工具UG/OPEN。用戶或第三方可以使用該開發(fā)工具，開發(fā)出基于UG系統(tǒng)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)與UG系統(tǒng)與人無縫集成，從而滿足用戶的特殊需求。

當(dāng)今，不同型號(hào)和不同規(guī)格的電器元件手工裝配是非常繁雜的過程，工作量巨大，電器元件的型號(hào)種類繁多，而一個(gè)完整的PCB電路板需要電器元件相互作用和連接才能啟到預(yù)期的作用，細(xì)微的疏忽可能導(dǎo)致電路系統(tǒng)的失效。本實(shí)例利用UG的二次開發(fā)工具UG/OPEN API對(duì)PCB電路板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配，裝配后可通過相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行仿真和分析，能有效及時(shí)的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，修改相關(guān)方案，達(dá)到預(yù)期效果為止，避免可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，從而大大減少工作時(shí)間，提高了工作的效率。

1 電路板自動(dòng)裝配的設(shè)計(jì)原理

UG裝配是以樹形的結(jié)構(gòu)組織相關(guān)部件的，一個(gè)裝配體僅有一棵裝配樹，一個(gè)根節(jié)點(diǎn)。圖1為PCB電路板的裝配樹。

圖1 PCB板裝配樹

圖中5是總裝配體即一個(gè)完整的PCB板，1是電路板(沒有安裝電器元件) 2、3、4分別代表了集成芯片、電阻和三極管等電器元件。

1）OCC為部件事件：是在裝配環(huán)境下對(duì)實(shí)際存在的部件模型的一種引用，部件事件也可以理解為指向部件原型的指針。

2）PRO為部件原型：是真實(shí)存在的部件模型，它記錄了模型所需的所有數(shù)據(jù)。

3）Ins為部件實(shí)例：是裝配節(jié)點(diǎn)的每個(gè)事件的標(biāo)識(shí)，且是唯一的，用來記錄子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)之間的裝配關(guān)系的，能清晰的劃分出實(shí)例之間的層次關(guān)系，部件實(shí)例也可以理解為一種指針，有下級(jí)部件事件指向上級(jí)部件事件，不同的裝配節(jié)點(diǎn)可能具有相同的裝配關(guān)系。

2 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配的相關(guān)工具及關(guān)鍵技術(shù)

本實(shí)例采用的是UG/OPEN API作為開發(fā)工具的，UG/OPEN API是UG最常用的開發(fā)工具，幾乎能實(shí)現(xiàn)UG系統(tǒng)的所有功能。它是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，是UG/OPEN提供一系列函數(shù)的過程的集合。

2.1 UG/OPEN API的開發(fā)模式

根據(jù)程序的運(yùn)行環(huán)境的不同，UG/OPEN API程序可分為兩種模式。

2.1.1 外部程序模式

UG/OPEN API程序的運(yùn)行于UG環(huán)境無關(guān)，只能在UG壞境外運(yùn)行程序，在操作系統(tǒng)下單獨(dú)運(yùn)行，它是一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行程序，即：一個(gè)“exe”文件，不能與UG圖形界面進(jìn)行交互。在調(diào)用它的函數(shù)前要先打開prt文件（UG部件后綴）。

2.1.2 內(nèi)部程序模式

UG/OPEN API程序的運(yùn)行于UG環(huán)境有關(guān)，只能在UG中運(yùn)行程序，可以通過編程軟件如VC++等對(duì)其進(jìn)行編譯、連接后形成“dll”文件，可以在UG菜單中顯示，可以與用戶進(jìn)行相互交互，方便快捷。

本實(shí)例所采用的模式為內(nèi)部模式，需要配合UG自定義菜單和程序配套進(jìn)行使用。

2.2 UG自動(dòng)裝配的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 裝配信息的提取

這是進(jìn)行自動(dòng)裝配的第一步，目的是讀取PCB板上所有電器元件的相關(guān)數(shù)據(jù)和坐標(biāo)位置。步驟如下：

1）用UG/OPEN API實(shí)現(xiàn)電路板的自動(dòng)生成，得到一個(gè)有關(guān)PCB板的brd文件。

2）用VC++ 6.0對(duì)參數(shù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和提取，形成一個(gè)“dll”文件，要有標(biāo)準(zhǔn)元器件庫(kù)，里面包含裝配所需所有電器元件，便于裝配過程中對(duì)元器件的調(diào)用。

3）編寫UG自定義菜單文件，用于調(diào)用VC++6.0對(duì)于PCB板所解析的數(shù)據(jù)，即調(diào)出“dll”文件。

2.2.2 坐標(biāo)系

在UG/OPEN API 中，坐標(biāo)系矩陣和變換矩陣決定了裝配件之間的位置。函數(shù)UF_ASSEM_ask_transform_of_occ( )和UF_ASSEM_ask_component_data( )用于獲取組件的裝配空間。本實(shí)例中，每一個(gè)電器元件在PCB板上的位置對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)矩陣，通過坐標(biāo)系矩陣的變換可以用來改變電器元件相對(duì)于電路板的坐標(biāo)位置。

坐標(biāo)系矩陣包括6個(gè)實(shí)數(shù)，組件的坐標(biāo)原點(diǎn)包括3個(gè)實(shí)數(shù)。在向PCB板上增加電器元件的時(shí)候需要使用坐標(biāo)系矩陣，以指定組件的X軸和Y軸向量。Z軸向量可以利用X軸和Y軸向量叉乘得到。

2.2.3 部件的載入

一個(gè)完整的裝配體是由若干部件裝配在一起形成的。

部件的載入主要由函數(shù)UF_ASSEM_add_part_to_assembly( )來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)例主要應(yīng)用是在PCB板中加入電子元器件。

語法如下：

載入的效果可以參考圖2。

2.2.4 裝配配合的創(chuàng)建和編輯

裝配中各部件的配合是由部件之間的約束決定的，不同的約束條件決定不同的配合關(guān)系。UG提供的裝配約束關(guān)系包括Mate（配對(duì)）、Align（對(duì)齊）、Angle（角度）、Center（中心）、Distance（距離）、Parallel（平行）和Tangent（相切）等。本實(shí)例主要運(yùn)用的是貼合約束。

裝配配合創(chuàng)建的一般步驟為：

1）定義約束關(guān)系：利用函數(shù)UF_ASSEM_constraint_s填充配合條件。

這里主要填充是結(jié)構(gòu)體UF_ASSEM_constraint_t中的成員變量。

本實(shí)例中要把電器元件裝到PCB板上，所以板為主動(dòng)件，電器元件為被動(dòng)件。

2）求解約束：利用函數(shù)UF_ASSEM_solve_mc( )求解。

在結(jié)構(gòu)體UF_ASSEM_ constraint_t填充完所需要的數(shù)據(jù)后利用該函數(shù)對(duì)配合條件進(jìn)行求解。

求解的結(jié)果可能是：

(1)有解（UF_ASSEM_mc_solved）；

(2)無解（UF_ASSEM_mc_not_solved）；

(3)輸入約束錯(cuò)誤（UF_ASSEM_mc_no_mating_specifi ed）；

(4)參考的部件未被加載（UF_ASSEM_mc_data_unloaded）。

3）應(yīng)用約束：利用函數(shù)UF_ASSEM_apply_mc_data( )。

把創(chuàng)建好的配合約束應(yīng)用到所需模型中去，從而實(shí)現(xiàn)模型的重新定位。

4）更新模型：利用函數(shù)UF_MODL_update( )。

把約束裝在到部件中，使模型產(chǎn)生相應(yīng)的變化，從而達(dá)到用戶的要求。加載后的元器件的位置可能與理想的位置有差距，通過應(yīng)用約束能改變主動(dòng)件與被動(dòng)件的位置關(guān)系。

3 自動(dòng)裝配系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

本例中我們以電子元器件的裝配來演示，所用軟件為UG NX6.0。

圖2 未加入約束裝配

如圖2所示，自動(dòng)加載后的裝配體由于未加入約束條件位置位于PCB板外側(cè)。主要應(yīng)用函數(shù)UF_ASSEM_add_part_to_assembly( )把集成芯片和PCB板分別載入到UG界面中。

圖3為使用自動(dòng)裝配后元器件的位置產(chǎn)生變化達(dá)到預(yù)期的效果。其主要是通過函數(shù)UF_ASSEM_solve_mc( )對(duì)其求解，找到解，返回將主動(dòng)件變換到滿足配合條件的空間位置所需要的變換矩陣，使集成芯片的位置發(fā)生改變。

圖3 加入約束裝配

圖4 總裝配封裝圖

圖4為總的PCB電路板裝配的封裝圖，其中部件的全部加載和裝配就是復(fù)制圖2和圖3的過程。

4 結(jié)束語

本文利用UG NX6.0的二次開發(fā)引入了UG/OPEN API函數(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了電子元器件的自動(dòng)裝配，電器元件還可以通過參數(shù)化的方法改變產(chǎn)品尺寸的大小，有利于產(chǎn)品的系列化。該技術(shù)直觀、方便、操作簡(jiǎn)單。在現(xiàn)實(shí)中可以大大提高工作效率，減少工作時(shí)間并且降低了錯(cuò)誤率。

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