UG NX装配约束及定位技巧

韦晓航，谭克诚

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州545616）

UG NX装配约束及定位技巧

韦晓航，谭克诚

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州545616）

在运用UG NX装配仿真设计过程中，不同类型的零部件具有不同的结构特点，装配方法和技巧也相应地也各具特点。轴套轮盘类零部件装配规则较为简单，通常选择一至三组约束即可完成装配定位；而箱体叉架类等位置关系较为复杂零部件的装配，则需要灵活恰当地选择判断约束定位的方式和约束对象，采用多组约束甚至增加必要的辅助几何要素，才能顺利完成装配。针对上述问题展开论述分析。

UG NX；装配；约束；定位技巧

在UG NX机械设计过程中，通常三维设计采用的模式有自顶向下的设计和自底向上的设计两种。三维机械设计一般包含零部件设计和装配两部分，只有通过装配才能完整呈现机械设计的总体结构和零部件之间的结构关系。而装配通常有自顶向下的装配和自底向上的装配两种方式。自顶向下装配是指在装配级中创建与其它零部件相关的部件模型，是在装配部件的顶级向下产生子装配和部件（即零件）的装配方法；自底向上装配则是先创建零部件几何模型，再组合成子装配，最后生成装配部件的装配方法[1]。在运用NX进行机械设计过程中，若要想完美的呈现整个机器或者机构的设计方案，模拟机构装配时，有技巧地利用约束条件进行各级装配约束及定位非常重要。

UG NX装配仿真通常可检验进入装配的零配件形状尺寸以及结构设计的合理性，检验装配的机构零部件间是否产生干涉。装配模型和进入装配的零件设计双向相关，零件设计修改后装配模型中的零件会自动更新，同时还可在装配环境下直接修改零配件设计[2]。通常，一般的回转体零件及形状对称规则的零件构建装配模型操作较为简单，而具有特殊结构形状和复杂位置关系的机构装配则需要灵活的技巧。本文主要针对自底向上的装配方式分析UG NX装配约束技巧。

1 UG NX装配约束及定位一般技巧

UG NX装配约束定位一般应遵循以下基本规则：

（1）根据配合结构的特点分析判断需要约束的几何要素；

（2）选择恰当的约束方式施加约束；

（3）选择两个装配对象的几何要素时，必须首先选择目标件的几何要素，再选择进入装配的组件的相应几何要素。

在实际装配运用中，若现有的几何图形要素不满足约束定位条件，可适当增加辅助几何图形要素，需要根据各类零部件装配的复杂程度及结构特点判断增加何种辅助几何图形要素。

1.1 轴套轮盘类回转体零部件装配

轴套类零部件装配是机构装配中最为简单的一类，通常以机座或者活动套筒上的孔为基础件，根据装配结构特点，有时也可以轴作为装配基础件。此类零部件装配时，一般采用“通过约束”定位方式，在装配约束类型选项中选择“接触对齐”，在“要约束的几何体”方位选项中，大多选择采用“自动判断中心/轴”、“接触”、“对齐”等约束方式，即可实现轴套类回转体零部件装配的轴向及径向自由度的约束，完成装配。

下面以蜗杆与圆锥滚子轴承的装配为例，分析轴套类回转体零部件基本装配技巧。蜗杆及圆锥滚子轴承如图1、2所示。

图1 蜗杆

图2 圆锥滚子轴承

选择蜗杆作为装配基础件，将两个圆锥滚子轴承作为装配组件装入蜗杆轴承位，以蜗杆作为装配基础件，在放置面板的定位选项中选择“绝对原点”，NX将按照绝对定位方式确定各零部件在装配中的位置。轴承与蜗杆的装配设计要求二者回转中心线重合且轴承要按照规定方向装入蜗杆上的轴承位，轴承内圈侧定位面应分别与蜗杆轴承位的轴肩接触对齐。根据此要求，装配约束类型选择“接触对齐”，而后采用“自动判断中心/轴”和“接触”约束方式进行装配定位。添加轴承为组件后，首先在“自动判断中心/轴”约束方式下选择目标对象蜗杆回转中心线，再选择组件轴承的回转中心线，使二者对齐，继而选择蜗杆轴承位轴肩表面，再选择轴承内圈侧要靠齐的表面，确定后即完成一侧轴承装配；继续添加组件轴承，以同样的方法在蜗杆的另一端轴承位装配轴承，结果如下图3所示。

图3 蜗杆与圆锥滚子轴承的装配

常规的轮盘类回转体零部件装配方法与轴套类相似。

1.2 箱体叉架类及非对称结构零部件装配

箱体叉架类零部件大多为不完全对称结构或不规则的结构形状，在UG NX装配过程中，为保证装配结构准确定位，通常需要在装配前分析进入装配的组件需要约束哪些自由度才能完全定位。按照结构装配的特点，箱体叉架类零件大致可分为回转零部件装配和非回转及非完全回转零部件装配。回转类装配与轴套轮盘类零件装配方法相似，而非回转类的装配约束的方式则通常有配合零部件面与面接触靠齐、配合表面对称接触、配合表面接触或不接触且保持一定距离、配合表面保持一定的角度或垂直、配合表面平行等，装配时，必须根据零件的结构形状和装配位置关系判断需要对其中的2~3组甚至更多组位置关系进行约束，才能保证装配准确到位。

箱体叉架类零件装配结构配合部分为回转体的，采用的约束类型和约束方式与轴套轮盘类回转体零部件装配基本相同。比如柱塞泵装配中压盖与泵体的装配，如图4所示。装配时，要求压盖中心线要与泵体的孔中心线重合、压盖法兰面与泵体法兰面接触对齐并保证两侧螺栓孔对正。按照常规，这样的装配结构以泵体为装配基础件，采用绝对定位方式，同样选择“接触对齐”约束类型，在“自动判断中心/轴”约束方式下分别选择泵体上孔中心线和压盖上孔中心线使二者重合，在“接触”约束方式下分别选择泵体上一侧法兰表面和压盖上对应侧的法兰表面使二者接触靠齐，即可完成装配。但在实际装配操作过程中，结果有可能出现压盖法兰面与泵体法兰面虽然相互接触但两侧螺栓孔无法对正的情形，即绕泵体孔中心线的旋转自由度未被限制，如图5所示。因此，为确保装配结果完全符合装配要求，应增加第三组约束，再次选择“自动判断中心/轴”约束方式，依次选择泵体法兰上小孔中心线和压盖对应侧小孔中心线使之对齐，从而完成泵体与压盖装配。若此类装配结构中两装配组件的某些表面需保持一定的距离，则继续选择装配约束类型为“距离”，依次选择要约束的目标表面和进入装配的组件相应表面，输入距离值，即可完成装配组件间距离的约束。

图4 柱塞泵泵体与压盖的装配

图5 柱塞泵泵体与压盖螺栓孔不对齐

装配结构配合部分为非回转体或非完全回转体的，如机械臂的装配，如图6所示，通常采用“接触对齐”和“平行”约束类型和“自动判断中心/轴”和“接触”、“对齐”等约束方式。

图6 机械臂的装配

装配时，要求图1~6所示摇臂的左端孔轴线与机座上方两平行孔轴线重合，摇臂的左端前平面或后平面与机座上方支承孔的左侧面或者右侧面靠齐；为保证摇臂左端头能装入机座水平极限位置，还要求机座上方支承位的下底面与摇臂左端头下底面平行或接触靠齐。在此装配过程中，需要选择“自动判断中心/轴”约束方式、“接触”约束方式、“平行”约束类型分别对上述三对位置关系进行约束定位，选择相应的约束表面，即可实现机械臂处于水平极限位置的装配。为保证装配可靠到位，在选择判断存在约束关系的表面时，要特别注意分析判断两装配件之间的各对应方位关系，对应方位判断错误是造成装配错误的常见原因之一。

2复杂位置关系的装配约束及定位技巧

在实际机构装配过程中，除了要考虑直接进入配合的两配合件之间的位置关系外，通常还可能出现装配组件装配后与整个机构的其它表面必须保持平行、垂直或成角度等情形，此时通常需要三组以上甚至更多组约束才能完成装配定位。如图7所示柱塞泵的阀体与泵体装配后，就要求阀体回转中心应与泵体的回转中心保持垂直关系，阀体下阀口与泵体底座平面平行。

图7 柱塞泵泵体与阀体的装配

根据需要配合装配部分的结构特征，在上述装配过程中，首先要让阀体的外螺纹孔与泵体的内螺纹按照常规的轴套类零部件装配方法进行装配，施加两组约束保证配合的内外螺纹孔中心线相互重合，接触面靠齐，若仅仅施加这两组约束即完成装配，则其装配结果有可能出现图8所类似的装配后阀体无法与泵体保持竖直垂直的情形。因此，为保证阀体回转中心应与泵体的回转中心保持垂直关系，还要在原有约束基础上，继续添加约束类型“垂直”，分别选择泵体的回转中心线和阀体的回转中心线进行约束，或者采用约束类型“平行”，分别选择泵体底座平面和阀体下部孔平面，之后再添加一个“距离”约束，距离值根据设计要求的数据推算出来，即可保证图7所示柱塞泵的阀体与泵体装配准确到位。在复杂结构的装配中，需要注意的是已经装配好的组件结构可看作高一级装配的子装配[3]，与新进入组件构成配合关系，子装配中的各组件在新一级的装配中都被视为“同一配合件”，因而在高一级的装配中子装配的所有结构平面及图元均可作为装配“目标”对象被选择。

图8 柱塞泵泵体与阀体的装配

在一些不规则平面或者特殊结构的装配中，为方便约束定位，常常还可采用增加辅助平面、线或点等几何要素的方法来辅助完成配合件的装配。如图9所示止退圆锥销与螺杆的装配。

图9 止退圆锥销与螺杆的装配

在装配过程中有时会遇到难以选择装配参照目标的情形，此时可考虑在建模环境中给装配组件增加必要的辅助平面或者辅助直线或点。在进行装配的时候，为保证这些辅助几何要素能够显示，需将“Reference Set”（参考集）设置选择为“整个部件”。在图9的装配中，通过选择“自动判断中心/轴”约束方式，分别选择销孔与销轴的回转中心线，再选择“距离”约束销轴一端面到辅助平面的距离，即可完成装配。

3结束语

在以上装配实例中，装配方法并不是唯一的，装配的顺序也可根据需要进行调整。无论是简单结构件的装配还是复杂结构件的装配，装配过程中均需准确判断通过哪些约束定位方式和需要多少个约束才可能将装配组件准确装配到位。而运用辅助几何要素进行装配约束的方法则比较巧妙简单地解决了复杂位置关系的装配定位这一难点问题。要做到能够快速准确地完成UG NX装配，是一个熟能生巧的过程。

[1]李长春.UGNX4.0基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[2]郭利军.中文版UG NX7.0高级案例教程[M].北京：中国时代经济出版社，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

项目来源：柳汽重卡轴间差速器加工工序卡创新设计的研究与应用（编号：桂教科研〔2016〕3号－KY2016YB765）

韦晓航（1967-），女，广西柳州人，教研室主任，机械制造与自动化专业带头人，副教授；主要研究方向：机械制造自动化，计算机辅助设计与制造；谭克诚（1974-），男，广西象州人，副教授，硕士，从事车辆工程与汽车维修技术研究与教学。