基于知識熔接技術(shù)的UG撥叉設計模塊開發(fā)

目前，UG軟件更多地應用于產(chǎn)品設計建模工作，然而對于經(jīng)驗不足的工程師，一是UG建模功能不夠熟練，二是專業(yè)知識不夠清晰、系統(tǒng)，導致設計的模型往往不合理或不準確，需要有經(jīng)驗的工程師指導調(diào)整，如此往復就影響了產(chǎn)品設計效率。因此，將產(chǎn)品的設計知識、技能、經(jīng)驗、原理和規(guī)范等專業(yè)知識結(jié)合到UG產(chǎn)品設計建模工作中就十分必要，即使是經(jīng)驗不足或建模不熟練的工程師也能第一時間設計出準確的產(chǎn)品方案，工程師也能有更多時間思考產(chǎn)品的創(chuàng)新與優(yōu)化，而這正是知識工程與CAD技術(shù)相結(jié)合需要完成的任務。因此，本文以撥叉零件的設計建模工作為例，探索并開發(fā)設計UG環(huán)境中撥叉產(chǎn)品的設計模塊，用計算機語言表示出撥叉產(chǎn)品設計的工程知識和經(jīng)驗，并賦予其可重用性，以便工程師快速、方便且準確地設計產(chǎn)品。1.UG/KF知識熔接技術(shù)UG系統(tǒng)中知識熔接技術(shù)是介于傳統(tǒng)的CAD技術(shù)和KBE技術(shù)之間的邊緣技術(shù)，將知識工程技術(shù)集成到了UG系統(tǒng)。用戶可以通過UG/KF技術(shù)制定行業(yè)的工程知識庫及工程演算規(guī)則，驅(qū)動相應產(chǎn)品的設計工作，從而快速完成產(chǎn)品設計建模的工作。UG系統(tǒng)為用戶提供了一種面向?qū)ο蟮恼Z言，即知識熔接語言KF，KF語言主要用類（class）來描述，KF類可以涵蓋UG中的大部分功能，用戶可以利用KF語言創(chuàng)建自己的函數(shù)來表示自己的產(chǎn)品設計知識和思路。利用UG/KF知識熔接技術(shù)進行相應產(chǎn)品設計，系統(tǒng)的開發(fā)思路通?？梢苑譃槿糠帧＃?）進行工程配置即完成UG設計系統(tǒng)的用戶界面設計，實現(xiàn)可視化操作，利用UG/Menuscript和UG/UIStyler兩個功能模塊，用戶可根據(jù)自己的要求設計出與UG同風格的菜單、對話框和工具欄等用戶界面內(nèi)容。（2）定義工程規(guī)則用戶可以將過往積累的產(chǎn)品設計知識思路、解決問題的經(jīng)驗、專業(yè)技能等各類工程知識進行系統(tǒng)地整理，并通過計算機語言如C++、Java等（本文為UG二次開發(fā)語言KF）來制定相應的產(chǎn)品設計工程規(guī)則及演算方法，從而實現(xiàn)知識工程驅(qū)動CAD系統(tǒng)完成產(chǎn)品設計的功能。（3）實現(xiàn)三維建模通過UG/KF語言可以無縫實現(xiàn)UG自身的強大建模功能，利用UG設計模塊自動生成三維建模的功能，用戶可以更加直觀地展示符合工程規(guī)則的設計方案并進行工程檢查，便于工程師的方案介紹和后續(xù)的優(yōu)化設計。2.撥叉設計需要考慮的因素由于撥叉是經(jīng)常需要設計開發(fā)的零件，因此本文以撥叉零件為例來闡述在UG環(huán)境中設計開發(fā)符合零件設計模塊的思路。首先我們需要對撥叉常用的設計知識和經(jīng)驗進行系統(tǒng)歸類總結(jié)。撥叉是手動變速器總成中一個重要的零件，通過撥叉駕駛者可以將駕駛室換擋桿上的換擋力傳遞至同步器齒套上，從而推動同步器完成預同步、同步及掛入檔位等一系列換擋動作，若撥叉設計不合理將會導致?lián)Q檔桿抖動、換擋不平順等問題，另外作為換擋力最直接的作用物體，撥叉的抗疲勞、抗沖擊性能以及抗變形能力對整個撥叉設計來說也十分重要。由于撥叉通常固定或浮動在撥叉軸上，并與同步器齒套直接配合，因此對于撥叉的設計，其邊界條件或要求往往首先來源于這些零件。（1）撥叉軸孔中心相對于齒套中心的位置該參數(shù)確保撥叉與齒套配合的位置，尤其需要保證撥叉腳內(nèi)圓弧面與齒套槽直徑的配合，從設計上撥叉腳內(nèi)圓弧面與齒套槽應該同軸線，否則換擋時可能造成撥叉腳面與齒套槽端面接觸不均勻。（2）齒套槽直徑為保證齒套槽面與撥叉腳內(nèi)圓弧面不相擦，再考慮到齒套在工作過程中存在一定的徑向圓跳動，通常撥叉腳內(nèi)圓弧面直徑應比齒套槽直徑大0.2mm左右。（3）齒套槽擋肩直徑考慮到齒套槽擋肩外圓上通常有0.5mm×45°的倒角，為保證撥叉腳面與齒套端面正常的接觸面積以及齒套發(fā)生側(cè)擺時仍能確保兩者的良好接觸，撥叉腳面的有效終止圓應單邊至少能夠比齒套槽擋肩外圓大0.5mm。再考慮到撥叉腳面的加工工藝，在該終止圓弧與撥叉壁內(nèi)側(cè)圓之間應該存在0.5mm左右的間隙以避讓刀具，這樣可以有效地保證換擋過程撥叉與齒套的配合性能。（4）齒套槽寬撥叉腳面的厚度取決于齒套槽寬的大小，首先兩者之間應保持一定的間隙，確保非換擋時間不發(fā)生接觸磨損，且兩者的間隙值又直接影響了換擋時撥叉的行程以及是否可能發(fā)生換擋桿抖動的問題。另外考慮到齒套槽端面的軸向圓跳動，通常齒套與撥叉腳面之間的間隙值設計為0.3～0.4mm。（5）撥叉腳面受力平衡度由于撥叉屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在換擋過程中兩個腳面即使承受相同的作用力，撥叉腳的變形量也可能存在較大的差別，即兩腳面的受力平衡度不好。這會嚴重影響撥叉的使用強度和壽命，也會影響換擋的平順性，因此撥叉應盡可能設計成對稱結(jié)構(gòu)。3.基于UG/KF的撥叉設計模塊的設計開發(fā)依據(jù)UG/KF建立產(chǎn)品設計模塊的設計開發(fā)思路，本文開發(fā)的UG撥叉設計模塊也包含上述三個功能。（1）用戶界面設計該功能主要完成撥叉設計模塊的菜單和對話框的開發(fā)，應用UG/Menuscript和UG/UIStyler二次開發(fā)的菜單和對話框擁有與UG同樣的界面風格。根據(jù)本文對撥叉設計影響因素的研究和總結(jié)，該設計模塊中設定需要用戶輸入的設計參數(shù)主要有：撥叉軸孔圓柱直徑、撥叉軸孔中心相對于齒套中心的位置、撥叉軸孔圓柱長度、同步器齒套槽直徑、同步器齒套槽擋肩直徑、同步器齒套槽寬以及撥叉軸孔直徑。根據(jù)UG/KF的開發(fā)方法，需通過記事本編輯出純文本格式的菜單腳本文件（.men）及UIStyler生成的可視化對話框文件（.dlg文件），即可完成用戶界面設計。其中菜單腳本和對話框文件程序示例如圖1所示，最終的菜單和對話框顯示效果如圖2所示。a）菜單腳本b）對話框文件程序圖1用戶界面設計文件示例圖2最終的菜單和對話框顯示效果（2）基于UG/KF語言的撥叉設計工程知識根據(jù)同步器換擋原理和以往解決換擋問題的經(jīng)驗，有關(guān)撥叉的問題主要體現(xiàn)在換擋桿抖動、撥叉腳面磨損嚴重和撥叉腳面強度不足等?？偨Y(jié)上述問題，在有經(jīng)驗工程師的指導下，通過UG/KF語言編制符合工程知識和驗算規(guī)則的驅(qū)動程序（.dfa），該執(zhí)行文件的文件名需要和菜單執(zhí)行命令名（.actions）、對話框程序名（.dlg）保持一致，本文中這三種文件名均取為fork。為實現(xiàn)參數(shù)化建模，本文將借用UG系統(tǒng)自身集成的KF類的方法來完成該工程知識規(guī)則的編輯，部分程序示例如圖3所示。圖3基于UG/KF的工程知識規(guī)則部分程序（3）撥叉設計模塊在完成上述兩項工作后，用戶便可通過該設計模塊很方便地進行撥叉零件的設計建模，本文以某撥叉產(chǎn)品的邊界條件為例進行輸入，依次從UG軟件菜單欄中選擇“撥叉設計→一二檔撥叉設計”，即可彈出撥叉設計輸入的對話框，輸入相應的設計參數(shù)，如圖4所示。點擊“OK”確認后即可自動生成符合工程知識的撥叉設計模型，如圖5所示。圖4參數(shù)輸入對話框圖5自動生成的撥叉設計模型4.結(jié)語基于UG/KF技術(shù)建立的撥叉設計