一．引言

CAD技術(shù)的應(yīng)用目前已經(jīng)從傳統(tǒng)的二維繪圖逐步向三維設(shè)計(jì)過(guò)渡。從實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化的角度來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的三維模型可以更完整地定義和描述設(shè)計(jì)及制造信息。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的有效途徑，而基于三維CAD系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與二維繪圖相比更能夠滿(mǎn)足制造信息化的要求。UGNX是美國(guó)EDS公司的CAD/CAE/CAM一體化軟件，具有強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，在設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文以UGNX為支撐平臺(tái)，介紹了三維參數(shù)化建模的實(shí)現(xiàn)方法，結(jié)合實(shí)例分析了一種三維零件庫(kù)的建立方法。

二．參數(shù)化設(shè)計(jì)思想

在使用UG軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，為了充分發(fā)揮軟件的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，首先應(yīng)當(dāng)認(rèn)真分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，在大腦中構(gòu)思好產(chǎn)品的各個(gè)部分之間的關(guān)系，充分了解設(shè)計(jì)意圖，然后用UG提供的強(qiáng)大的設(shè)計(jì)及編輯工具把設(shè)計(jì)意圖反映到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中去。因?yàn)樵O(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的腦力活動(dòng)，一項(xiàng)設(shè)計(jì)從任務(wù)的提出到設(shè)計(jì)完成從來(lái)不會(huì)是一帆風(fēng)順的，一項(xiàng)設(shè)計(jì)的完成過(guò)程就是一個(gè)不斷改進(jìn)、不斷完善的過(guò)程，因此，從這個(gè)意思上講，設(shè)計(jì)的過(guò)程就是修改的過(guò)程，參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的就是按照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖能夠進(jìn)行靈活的修改，所以它的易于修改性是至關(guān)重要的。這也是UG軟件為什么特別強(qiáng)調(diào)它的強(qiáng)大的編輯功能的原因。

三．三維參數(shù)化建模的實(shí)現(xiàn)方法

1 系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束
UGNX具有完善的系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)提取功能，它能在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，將輸入的尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來(lái)，并且在此后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行可視化修改，從而到達(dá)最直接的參數(shù)驅(qū)動(dòng)建模的目的。用系統(tǒng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)圖形的關(guān)鍵在于如何將從實(shí)物中提取的參數(shù)轉(zhuǎn)化到UG中，用來(lái)控制三維模型的特征參數(shù)。尺寸驅(qū)動(dòng)是參數(shù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，尺寸約束是實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)的前提。UG的尺寸約束的特點(diǎn)是將形狀和尺寸聯(lián)合起來(lái)考慮，通過(guò)尺寸約束實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。設(shè)計(jì)時(shí)必須以完整的尺寸參考為出發(fā)點(diǎn)（全約束），不能漏注尺寸或多注尺寸。尺寸驅(qū)動(dòng)是在二維草圖Sketcher里面實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)草圖中的圖形相對(duì)于坐標(biāo)軸位置關(guān)系都確定，圖形完全約束后，其尺寸和位置關(guān)系能協(xié)同變化，系統(tǒng)將直接把尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)。
2 特征和表達(dá)式驅(qū)動(dòng)圖形
UGNX建模技術(shù)是一種基于特征的建模技術(shù)，其模塊中提供各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)特征，各標(biāo)準(zhǔn)特征突出關(guān)鍵特征尺寸與定位尺寸，能很好的傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖，并且易于調(diào)用和編輯，也能創(chuàng)建特征集，對(duì)特征進(jìn)行管理。特征參數(shù)與表達(dá)式之間能相互依賴(lài)，互相傳遞數(shù)據(jù)，提高了表達(dá)式設(shè)計(jì)的層次，使實(shí)際信息可以用工程特征來(lái)定義。不同部件中的表達(dá)式也可通過(guò)鏈接來(lái)協(xié)同工作，即一個(gè)部件中的某一表達(dá)式可通過(guò)鏈接其它部件中的另一表達(dá)式建立某種聯(lián)系，當(dāng)被引用部件中的表達(dá)式被更新時(shí)，與它鏈接的部件中的相應(yīng)表達(dá)式也被更新。
3 利用電子表格驅(qū)動(dòng)圖形
UG的電子表格 (Spreadsheet)提供了在Microsoft Excel或Xess與UG間一個(gè)智能接口。在建模應(yīng)用里，UG電子表格可以被認(rèn)為是高級(jí)的表達(dá)式編輯器。信息可以從部件被抽取到電子表格里，在被用來(lái)更新部件前進(jìn)行手工處理。事實(shí)上，表格驅(qū)動(dòng)的界面及機(jī)內(nèi)函數(shù)為相關(guān)的、參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了方便而有力的工具。

四．應(yīng)用實(shí)例分析

下面通過(guò)六角螺母C級(jí)（GB/T 41-2000）三維模型的創(chuàng)建實(shí)例來(lái)說(shuō)明參數(shù)化建模方法。

表1 螺紋規(guī)格

1 分析零件模型提取特征參數(shù)

圖1 螺母尺寸

如圖1，六角螺母主要尺寸特征有D、s、m，可將這三個(gè)尺寸作為主要參數(shù)驅(qū)動(dòng)螺母圖形。螺母的模型可通過(guò)拉伸得到，在建模時(shí)應(yīng)特別注意拉伸體、倒角及螺紋孔這三個(gè)主要特征以及他們的關(guān)系。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
2 螺母底面在草圖中的尺寸約束

圖2 繪制基圓

 圖3 繪制六邊形

圖4 添加幾何表達(dá)式

螺母底面為六邊形，在草圖中選s作為主要參數(shù)驅(qū)動(dòng)圖形。進(jìn)入草圖模式，如圖2所示，繪制一個(gè)圓，圓心約束在坐標(biāo)中心，標(biāo)注直徑尺寸，命名為s。如圖3，繪制六邊形，約束其六邊外切與s圓、六邊相等及對(duì)邊互相平行。退出草圖模式，選Tools—〉Expression（Ctrl+E），點(diǎn)選幾何表達(dá)式按鈕，選取對(duì)角線(xiàn)距離作為一個(gè)參數(shù)，命名為e，如圖4。最后繪制一個(gè)圓，約束為與s圓同心，直徑為e。
3 螺母實(shí)體的生成及倒角
拉伸六邊形，高度值在表達(dá)式中命名為m。拉伸e圓，高度為m（e圓拉伸出來(lái)的圓柱是為了在螺母上倒角而增加的輔助實(shí)體，高度值隨主要參數(shù)m變化）。在e圓柱上偏置倒角，偏置值e/2-s/2（UGNX允許直接輸入公式作為參數(shù)值），角度30度。交集運(yùn)算e圓柱和六方柱得到螺母實(shí)體。在螺母中心放置孔特征，參數(shù)命名為D。
至此，我們?cè)诓輬D空間建立了螺母底面的草圖模型，由一個(gè)主要參數(shù)s驅(qū)動(dòng)。模型中的所有圖形相對(duì)于坐標(biāo)軸完全約束，其尺寸和位置關(guān)系能協(xié)同變化，系統(tǒng)自動(dòng)把尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)，是整個(gè)模型的參數(shù)化的核心，其修改可以進(jìn)入草圖修改或由表達(dá)式修改。另外，該模型引入了一個(gè)距離值作為參考參數(shù)，在倒角的建立中，倒角偏置參數(shù)由表達(dá)式（e/2-s/2）負(fù)責(zé)傳遞相關(guān)參數(shù)，使圖形具有相關(guān)性的特點(diǎn)。

五．參數(shù)化模型基礎(chǔ)上的三維零件庫(kù)

1 創(chuàng)建三維零件庫(kù)的基本原理
根據(jù)相似性原理對(duì)需要建庫(kù)的零件進(jìn)行分類(lèi)，確定其能夠完整表示零件族或零件系列所有零件特征的復(fù)合零件。復(fù)合零件是在UGNX環(huán)境下用交互方式創(chuàng)建的三維零件模型，我們稱(chēng)其為三維零件樣板。復(fù)合零件綜合了該零件族所有零件個(gè)體的形狀和結(jié)構(gòu)特征，即基于復(fù)合零件可以派生該零件族的任何一個(gè)零件，零件可以繼承復(fù)合零件的全部特征或部分特征。之后，在三維零件樣板的基礎(chǔ)上確定一組設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)控制模型的形狀和拓?fù)潢P(guān)系，并建立零件族設(shè)計(jì)參數(shù)的系列尺寸。最后，通過(guò)選擇不同系列尺寸來(lái)自動(dòng)生成零件的三維模型，從而實(shí)現(xiàn)三維零件庫(kù)的創(chuàng)建。
2 生成三維零件樣板
利用UGNX的Part families工具可以方便的定義零件主要參數(shù)生成系列化零件數(shù)據(jù)庫(kù)。進(jìn)入Tools—〉Part families，選取表達(dá)式中的D、m、s作為提取參數(shù)，設(shè)置好保存目錄，選擇Create命令進(jìn)入Excel工作表。在Excel里面，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)零件系列尺寸或標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸錄入零件控制參數(shù)的值。如圖5所示。保存族并退出Part families，帶Excel參數(shù)表的三維零件樣板生成。

圖5 Part families中錄入數(shù)據(jù)

 圖6 引入樣本庫(kù)

3 三維零件庫(kù)的調(diào)用
三維零件樣板作為裝配件引入主模型，如圖6，在匹配成員列表里面會(huì)出現(xiàn)之前我們?cè)贓xcel工作表里面錄入的所有規(guī)格，選擇需要的規(guī)格加入，這樣零件生成。如圖7。

圖7 根據(jù)樣本生成的系列零件

六．結(jié)論

利用UGNX提供的強(qiáng)大相關(guān)參數(shù)化建模功能，能夠方便編輯修改，加速設(shè)計(jì)進(jìn)程。在相關(guān)參數(shù)化模型基礎(chǔ)上，借助零件族的Excel工作表，可以快速準(zhǔn)確地創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件、通用零件及產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)的三維模型庫(kù)。本文提出的建庫(kù)方法簡(jiǎn)單，不需要編程，不涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，很適合產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)人員。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#