利用UG設(shè)計(jì)汽車管路檢具的體會

劉仁浮

(邦迪管路系統(tǒng)有限公司，河北 秦皇島 066004)

摘要：利用UG軟件設(shè)計(jì)汽車管路檢具已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，每位設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路和方法各不相同。現(xiàn)從坐標(biāo)變換、檢具材料、底板確定及設(shè)計(jì)過程等幾個(gè)方面介紹幾年來在汽車管路檢具設(shè)計(jì)方面的工作體會，希望能與相關(guān)從業(yè)者分享。

關(guān)鍵詞：UG軟件；檢具設(shè)計(jì)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

收稿日期:2015-05-11

作者簡介：劉仁浮(1964—)，男，河北青縣人，機(jī)械工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

0引言

UG軟件作為三維設(shè)計(jì)的最實(shí)用工具之一，在航天、汽車、船舶等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和開發(fā)。UG軟件應(yīng)用在汽車管路檢具設(shè)計(jì)上，替代了傳統(tǒng)的AUTOCAD，有諸多優(yōu)點(diǎn)：可以防止坐標(biāo)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，可以防止鏡像現(xiàn)象的發(fā)生，可以比較直觀地觀察管子和檢具的干涉情況。但設(shè)計(jì)過程中會有很多問題需要解決，最為突出的是公司每個(gè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路和對檢具技術(shù)要求的理解不同，導(dǎo)致發(fā)給甲方的檢具數(shù)模和二維工程圖紙各種各樣，因此很有必要對檢具設(shè)計(jì)方面的問題做一下統(tǒng)一。

1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

通常情況下，汽車制造廠會提供汽車管路的三維數(shù)模、二維圖紙、包含管子坐標(biāo)的技術(shù)要求等內(nèi)容的設(shè)計(jì)資料。設(shè)計(jì)者要充分理解和掌握這些資料，才能開始設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)管子檢具時(shí)最好按照管子的原始坐標(biāo)系設(shè)計(jì)，這樣能和汽車的坐標(biāo)系相一致。但有時(shí)管子形狀比較復(fù)雜，出于對檢具的結(jié)構(gòu)合理性、成本等因素考慮，設(shè)計(jì)者要對原始坐標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)變換。坐標(biāo)變換的基本原則是：以X軸、Y軸或Z軸為基準(zhǔn)軸，以90°為單位旋轉(zhuǎn)，可以旋轉(zhuǎn)一次或多次；如果以90°為單位旋轉(zhuǎn)還不能滿足要求，可考慮選擇適合的任意角度做旋轉(zhuǎn)變換；同時(shí)要記住繞X軸、Y軸或Z軸旋轉(zhuǎn)的角度。在生成二維圖紙時(shí)要把旋轉(zhuǎn)的角度信息反映出來。舉例說明：假如以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸，X軸向Y軸旋轉(zhuǎn)角度A弧度，則該次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下：

X=X0×cosA-Y0×sinA+C

Y=X0×sinA+Y0×cosA+D

Z=Z0+E

式中，C、D、E為沿X、Y、Z的平移量。

其他以X軸或Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式按此類推。在有些情況下，坐標(biāo)系需要分別沿X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，但無論如何旋轉(zhuǎn)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換都是以上面的公式為依據(jù)，只不過是多層疊加。圖1~3是經(jīng)過三次坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的示例，如果不旋轉(zhuǎn)檢具結(jié)構(gòu)上高低很不協(xié)調(diào)，制造成本也很高，使用也不方便。檢具坐標(biāo)變換公式請參閱具體檢具的二維圖紙。

圖1　原始坐標(biāo)系X—Z平面視圖

圖2　原始坐標(biāo)系Y—Z平面視圖

圖3　旋轉(zhuǎn)以后的視圖

2檢具材料的確定

檢具的材料要符合汽車制造廠的要求。一般情況下，對于汽車發(fā)動機(jī)上的不銹鋼和鋁合金管路檢具，考慮檢具的耐磨性，底板一般用45#鋼，檢驗(yàn)塊的材料為Cr12MoV。對于汽車剎車液管路、發(fā)動機(jī)供油和回油管路以及橡膠管路檢具，檢具底板一般用經(jīng)退火處理的鑄造鋁合金，檢驗(yàn)塊的材料為6061鋁合金。

3底板的確定及要求

底板上表面與管子最低點(diǎn)的距離一般控制在50 mm左右；同時(shí)要考慮管子首末段的走向，保證兩端部公差棒要能順利取出。底板的大小要能包容全部的檢驗(yàn)塊和公差棒，也就是說檢具上所有零部件的極限位置都不能超出底板邊緣。要求底板板面平整光滑，無凹坑。加工后每1 m長度的平面度誤差不大于0.1 mm，整張板的平面度誤差不大于0.25 mm。

4標(biāo)準(zhǔn)件模塊的設(shè)計(jì)和建立

為避免重復(fù)工作，需要建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件文件夾，把各種各樣的底板、檢驗(yàn)塊、公差棒等常用部件通過UG建模后，保存在該文件夾中，進(jìn)行檢具設(shè)計(jì)時(shí)直接復(fù)制調(diào)用即可。

5檢具設(shè)計(jì)

檢具設(shè)計(jì)總的原則是：便于入管、取管及觀察；不得損傷管件；外形美觀；標(biāo)識齊全；整體剛性好，便于移動。

(1) 在UG裝配模塊下，按之前選定的坐標(biāo)系依次導(dǎo)入和定位管子數(shù)模、底板數(shù)模。另外底板也可以按管子數(shù)模的擺放位置在裝配模塊下用直接建模的諸多方式建立，開始可以只考慮管子的擺放位置，不用考慮底板尺寸大小，待檢具設(shè)計(jì)完成時(shí)，根據(jù)兩端公差棒的具體位置，適當(dāng)增大或減小底板尺寸。

(2) 如圖4所示，從標(biāo)準(zhǔn)件文件夾中導(dǎo)入公差棒、定位銷和托塊數(shù)模，根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和修改。管端限位可采用公差棒方式或模擬配合件方式。標(biāo)準(zhǔn)的公差棒和定位銷的基本結(jié)構(gòu)是固定的，但對于不同的管子有不同的公差和直徑要求，因此導(dǎo)入的公差棒和定位銷要按管子技術(shù)要求做相應(yīng)修改。

圖4　導(dǎo)入公差棒、定位銷和托塊數(shù)模

(3) 裝配檢驗(yàn)塊：檢驗(yàn)塊也是預(yù)先設(shè)計(jì)好放在文件夾中的標(biāo)準(zhǔn)件。一般情況下檢驗(yàn)塊槽型的截面形狀為正方形，正方形的邊長按技術(shù)要求設(shè)定。裝配時(shí)給檢驗(yàn)塊添加約束為正方形的中心與對應(yīng)的那段管子中心同軸，并且檢驗(yàn)塊側(cè)面要與底板垂直，因?yàn)楣茏臃湃牒腿〕鰴z具都是沿垂直方向，如果不垂直管子會和檢具檢驗(yàn)塊槽型干涉，影響管子的取出。另外，檢驗(yàn)塊的長度要求為不小于相應(yīng)管段管子長度的80%。檢驗(yàn)塊太長會不利于管子取放，太短會影響檢具的檢驗(yàn)精度。特殊情況下，檢驗(yàn)塊槽型也可以設(shè)計(jì)成L型。

(4) 裝配立柱：立柱(圖5)同樣也是標(biāo)準(zhǔn)件，立柱與底板采用兩個(gè)M8×30沉頭螺栓連接，兩個(gè)6 mm圓柱銷定位，為了防止立柱安裝錯(cuò)誤，兩個(gè)定位用圓柱銷加工時(shí)采用非對稱布置。立柱的裝配約束有立柱底面與底板上平面面對面的配合、立柱側(cè)面與檢驗(yàn)塊側(cè)面對齊配合以及立柱端面和檢驗(yàn)塊或管段直線段距離。

圖5　立柱

(5) 修剪立柱和檢驗(yàn)塊：一般情況下，立柱裝配后，可將立柱和檢驗(yàn)塊合二為一，以減少零部件及其裝配帶來的誤差。如果直線段大于300 mm，可采用兩個(gè)帶槽形的立柱或一個(gè)長托塊配兩個(gè)立柱。另外，對于檢驗(yàn)塊槽型與底板平面夾角比較大的立柱，要把尖角修剪為截面與管子中心垂直。

(6) 完善整個(gè)檢具：按以上所述方法，逐一裝配和修剪好檢驗(yàn)塊和立柱。對于管子上的附件，如定位支架、熱縮管、金屬軟管、橡膠管等，如果技術(shù)要求上對其定位孔位置或起始位置有要求，則要在相應(yīng)的檢驗(yàn)塊上以定位孔或定位槽體現(xiàn)出來，如圖6所示。

圖6　完善整個(gè)檢具

(7) 在底板上平面合適位置裝配檢具提手：檢具整體重量小于50 kg的，可在底板兩端安裝合適的搬運(yùn)提手；檢具整體重量大于50 kg的，要考慮用搬運(yùn)工具和搬運(yùn)設(shè)備，為之設(shè)計(jì)合適的起重吊環(huán)或叉車用插孔。

6生成檢具二維圖紙

在UG制圖模塊下，選擇能反映檢具特征和形狀的視圖生成檢具二維圖紙。注意生成的二維圖紙要與技術(shù)要求相一致，并充分體現(xiàn)出技術(shù)要求中的內(nèi)容。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張方瑞.UG NX入門精解與實(shí)戰(zhàn)技巧[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.