基于知识熔接技术的UG拨叉设计模块开发

目前，UG软件更多地应用于产品设计建模工作，然而对于经验不足的工程师，一是UG建模功能不够熟练，二是专业知识不够清晰、系统，导致设计的模型往往不合理或不准确，需要有经验的工程师指导调整，如此往复就影响了产品设计效率。因此，将产品的设计知识、技能、经验、原理和规范等专业知识结合到UG产品设计建模工作中就十分必要，即使是经验不足或建模不熟练的工程师也能第一时间设计出准确的产品方案，工程师也能有更多时间思考产品的创新与优化，而这正是知识工程与CAD技术相结合需要完成的任务。因此，本文以拨叉零件的设计建模工作为例，探索并开发设计UG环境中拨叉产品的设计模块，用计算机语言表示出拨叉产品设计的工程知识和经验，并赋予其可重用性，以便工程师快速、方便且准确地设计产品。1.UG/KF知识熔接技术UG系统中知识熔接技术是介于传统的CAD技术和KBE技术之间的边缘技术，将知识工程技术集成到了UG系统。用户可以通过UG/KF技术制定行业的工程知识库及工程演算规则，驱动相应产品的设计工作，从而快速完成产品设计建模的工作。UG系统为用户提供了一种面向对象的语言，即知识熔接语言KF，KF语言主要用类（class）来描述，KF类可以涵盖UG中的大部分功能，用户可以利用KF语言创建自己的函数来表示自己的产品设计知识和思路。利用UG/KF知识熔接技术进行相应产品设计，系统的开发思路通常可以分为三部分。（1）进行工程配置即完成UG设计系统的用户界面设计，实现可视化操作，利用UG/Menuscript和UG/UIStyler两个功能模块，用户可根据自己的要求设计出与UG同风格的菜单、对话框和工具栏等用户界面内容。（2）定义工程规则用户可以将过往积累的产品设计知识思路、解决问题的经验、专业技能等各类工程知识进行系统地整理，并通过计算机语言如C++、Java等（本文为UG二次开发语言KF）来制定相应的产品设计工程规则及演算方法，从而实现知识工程驱动CAD系统完成产品设计的功能。（3）实现三维建模通过UG/KF语言可以无缝实现UG自身的强大建模功能，利用UG设计模块自动生成三维建模的功能，用户可以更加直观地展示符合工程规则的设计方案并进行工程检查，便于工程师的方案介绍和后续的优化设计。2.拨叉设计需要考虑的因素由于拨叉是经常需要设计开发的零件，因此本文以拨叉零件为例来阐述在UG环境中设计开发符合零件设计模块的思路。首先我们需要对拨叉常用的设计知识和经验进行系统归类总结。拨叉是手动变速器总成中一个重要的零件，通过拨叉驾驶者可以将驾驶室换挡杆上的换挡力传递至同步器齿套上，从而推动同步器完成预同步、同步及挂入档位等一系列换挡动作，若拨叉设计不合理将会导致换档杆抖动、换挡不平顺等问题，另外作为换挡力最直接的作用物体，拨叉的抗疲劳、抗冲击性能以及抗变形能力对整个拨叉设计来说也十分重要。由于拨叉通常固定或浮动在拨叉轴上，并与同步器齿套直接配合，因此对于拨叉的设计，其边界条件或要求往往首先来源于这些零件。（1）拨叉轴孔中心相对于齿套中心的位置该参数确保拨叉与齿套配合的位置，尤其需要保证拨叉脚内圆弧面与齿套槽直径的配合，从设计上拨叉脚内圆弧面与齿套槽应该同轴线，否则换挡时可能造成拨叉脚面与齿套槽端面接触不均匀。（2）齿套槽直径为保证齿套槽面与拨叉脚内圆弧面不相擦，再考虑到齿套在工作过程中存在一定的径向圆跳动，通常拨叉脚内圆弧面直径应比齿套槽直径大0.2mm左右。（3）齿套槽挡肩直径考虑到齿套槽挡肩外圆上通常有0.5mm×45°的倒角，为保证拨叉脚面与齿套端面正常的接触面积以及齿套发生侧摆时仍能确保两者的良好接触，拨叉脚面的有效终止圆应单边至少能够比齿套槽挡肩外圆大0.5mm。再考虑到拨叉脚面的加工工艺，在该终止圆弧与拨叉壁内侧圆之间应该存在0.5mm左右的间隙以避让刀具，这样可以有效地保证换挡过程拨叉与齿套的配合性能。（4）齿套槽宽拨叉脚面的厚度取决于齿套槽宽的大小，首先两者之间应保持一定的间隙，确保非换挡时间不发生接触磨损，且两者的间隙值又直接影响了换挡时拨叉的行程以及是否可能发生换挡杆抖动的问题。另外考虑到齿套槽端面的轴向圆跳动，通常齿套与拨叉脚面之间的间隙值设计为0.3～0.4mm。（5）拨叉脚面受力平衡度由于拨叉属于不规则结构，在换挡过程中两个脚面即使承受相同的作用力，拨叉脚的变形量也可能存在较大的差别，即两脚面的受力平衡度不好。这会严重影响拨叉的使用强度和寿命，也会影响换挡的平顺性，因此拨叉应尽可能设计成对称结构。3.基于UG/KF的拨叉设计模块的设计开发依据UG/KF建立产品设计模块的设计开发思路，本文开发的UG拨叉设计模块也包含上述三个功能。（1）用户界面设计该功能主要完成拨叉设计模块的菜单和对话框的开发，应用UG/Menuscript和UG/UIStyler二次开发的菜单和对话框拥有与UG同样的界面风格。根据本文对拨叉设计影响因素的研究和总结，该设计模块中设定需要用户输入的设计参数主要有：拨叉轴孔圆柱直径、拨叉轴孔中心相对于齿套中心的位置、拨叉轴孔圆柱长度、同步器齿套槽直径、同步器齿套槽挡肩直径、同步器齿套槽宽以及拨叉轴孔直径。根据UG/KF的开发方法，需通过记事本编辑出纯文本格式的菜单脚本文件（.men）及UIStyler生成的可视化对话框文件（.dlg文件），即可完成用户界面设计。其中菜单脚本和对话框文件程序示例如图1所示，最终的菜单和对话框显示效果如图2所示。a）菜单脚本b）对话框文件程序图1用户界面设计文件示例图2最终的菜单和对话框显示效果（2）基于UG/KF语言的拨叉设计工程知识根据同步器换挡原理和以往解决换挡问题的经验，有关拨叉的问题主要体现在换挡杆抖动、拨叉脚面磨损严重和拨叉脚面强度不足等。总结上述问题，在有经验工程师的指导下，通过UG/KF语言编制符合工程知识和验算规则的驱动程序（.dfa），该执行文件的文件名需要和菜单执行命令名（.actions）、对话框程序名（.dlg）保持一致，本文中这三种文件名均取为fork。为实现参数化建模，本文将借用UG系统自身集成的KF类的方法来完成该工程知识规则的编辑，部分程序示例如图3所示。图3基于UG/KF的工程知识规则部分程序（3）拨叉设计模块在完成上述两项工作后，用户便可通过该设计模块很方便地进行拨叉零件的设计建模，本文以某拨叉产品的边界条件为例进行输入，依次从UG软件菜单栏中选择“拨叉设计→一二档拨叉设计”，即可弹出拨叉设计输入的对话框，输入相应的设计参数，如图4所示。点击“OK”确认后即可自动生成符合工程知识的拨叉设计模型，如图5所示。图4参数输入对话框图5自动生成的拨叉设计模型4.结语基于UG/KF技术建立的拨叉设计