陳家欣，顏光欣，魏茂春

（廈門海洋職業(yè)技術學院，福建 廈門 361100）

在產(chǎn)品設計中，大力推廣應用標準件是代表一個國家和企業(yè)設計制造水平的重要標準。在機械產(chǎn)品中，有大約30%到70%的零件是標準件或非標常用件，這些零件大多具有相同或相似的外形特征，只是尺寸規(guī)格有所不同。如果沒有標準件庫，在創(chuàng)建和開發(fā)過程中將對標準件進行重復建模，不但耗費了設計人員的時間和精力，延長設計周期，而且增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本，所以建立通用的符合國家標準和企業(yè)標準件庫是提高設計效率的保證。

1.三維參數(shù)化標準件庫的建立方法

1.1 標準件的建庫要點

（1）確立基點。每個標準件應當有一個中心基準，例如基準點或基準軸或基準面；建模標準件的相對坐標和絕對坐標原則上應在其對稱中心位置。另外，基點選擇是同實際調(diào)用有聯(lián)系的，往往是裝配中的定位點。

（2）減少特征數(shù)。特征參數(shù)分為主要參數(shù)和次要參數(shù)，在關系表達式中，次要參數(shù)是由主要參數(shù)和其他常量構(gòu)成，用主要參數(shù)約束次要參數(shù)。

（3）確保尺寸參數(shù)值與尺寸變量一一對應。參數(shù)表中的參數(shù)要與建模零件中的尺寸變量一一對應。[1]

1.2 標準件庫的建立

（1）利用基本特征參數(shù)化建模。在進行參數(shù)化之前，首先對模型進行形體分析，如果模型不能被分解為基本的體素

（圓柱、長方體、球體等）通過布爾運算的方式組合而成，這樣的模型將無法通過基本特征進行參數(shù)化建模。比如：對某個復雜截面進行拉伸或是旋轉(zhuǎn)生成實體，這時需要利用草圖功能輔助參數(shù)化建模。

無論是用基本特征進行參數(shù)化建模還是利用草圖輔助參數(shù)化建模，在建模過程中只能有一個主特征，其他特征需要通過基準特征、主特征的基準點進行定位，并與主特征保持固定的位置關系。UG的基本特征是指系統(tǒng)提供的實體造型模塊和自由曲面模塊中的特征，在利用基本特征進行參數(shù)化建模的過程中，只有基本體素可以作為主特征。

（2）利用草圖輔助參數(shù)化建模。草圖是與實體模型關聯(lián)的二維圖形，一般作為三維實體模型的基礎。該功能可以在三維空間中的任何一個屏幕內(nèi)建立草圖平面，并在該平面內(nèi)繪制草圖。草圖提出“約束”的概念，可以通過幾何約束和尺寸約束控制草圖中的圖形，可以實現(xiàn)和特征建模模塊同樣的尺寸驅(qū)動，并可以方便的實現(xiàn)參數(shù)化建模。應用草圖工具，用戶可以繪制近似曲線輪廓，在添加精確的約束定義后，就可以完整表達設計的意圖。建立的草圖還可以用實體造型工具進行拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作，生成與草圖相關聯(lián)的實體模型。修改草圖時，關聯(lián)的實體模型也會自動更新。

在進行參數(shù)化建模之前，首先要對模型進行形體分析，如果模型不能被分解為基本體素通過布爾運算的方式組合而成，或者通過基本體素的布爾運算生成模型會使建模過程復雜化，在這種情況下，可以利用草圖功能輔助參數(shù)化建模，草圖的作用是生成一個可以用尺寸約束（長度、角度等）和幾何關系約束（平行、垂直、水平等）的截面形狀曲線，通過對該曲線進行拉伸、旋轉(zhuǎn)生成參數(shù)化的實體模型。這樣就可以提取其中的截面參數(shù)和拉伸（或旋轉(zhuǎn)等）參數(shù)，從而實現(xiàn)尺寸驅(qū)動。[2]

下面通過實例說明利用輔助草圖參數(shù)化建模的基本步驟：

圖1 螺栓的工程圖

首先分析圖1所示的螺栓，該螺栓是由兩部分組成的，一個六邊形實體和一個圓柱。

A.確定草圖平面，即根據(jù)設計的零部件途中在UG系統(tǒng)中確定草圖的工作平面。

B.準備創(chuàng)建草圖。具體的操作步驟為：單擊【Insert】-【Sketch】。系統(tǒng)彈出Sketch Tools對話框，單擊繪制草圖按鈕，按照第一步中的選擇草圖平面后即可開始創(chuàng)建草圖。

C.創(chuàng)建草圖輪廓。利用Sketch Tools對話框中的草圖曲線創(chuàng)造工具在平面上繪制截面的大致曲線輪廓，隔斷曲線的長度、精確的相對位置關系可以先不必關心。

D.對草圖進行約束。單擊對話框中的“約束”按鈕，進入 Constraints對話框?qū)Σ輬D中的各個曲線的位置關系及尺寸關系進行約束，約束后的截面形狀應該與圖紙保持一致。

E.精細草圖約束。更改各個尺寸的約束的表達式值，觀察截面圖形的變化情況，驗證是否與設計相符合，如果存在問題，應該重新定義個別的約束，直至約束后的截面達到要求。

F.推出草圖功能，運用拉伸拔模等命令生成參數(shù)化的實體模型，并更改相關表達式的值，再驗證草圖是否有誤，實體模型建立是否正確。

利用草圖輔助參數(shù)化建模完成后的螺栓實體如圖 2所示。

圖2 螺栓三維模型

2.標準件庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于 UG的三維標準件庫系統(tǒng)主要有三維參數(shù)化標準件模型庫、標準件模型參數(shù)文件庫、用戶界面及管理系統(tǒng)四部分組成，如圖3所示。其中標準建庫的核心內(nèi)容主要是三維參數(shù)化標準件庫和標準件模型參數(shù)文件庫兩部分，即圖中虛線部分。

圖3 三維標準件庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.標準件庫的主要內(nèi)容

3.1 標準件的種類及作用

標準件建得越完整，設計效率就越高。因此，三維參數(shù)化模型庫中零件種類和數(shù)量的多少，就成為衡量一個機械UG軟件實用化程度的一個指標。在應用的UG系統(tǒng)中，標準件包括六大類：緊固件、定位元件、夾緊元件、導向元件、機床連接和輔助元件。其中緊固件又分為國標和企標兩類。通過對這些零件建模，便形成了零件種類較多，規(guī)格較全的參數(shù)化標準件庫。此外，還為明細表處理提供必要信息，如零件名稱、材料和熱處理等，方便了裝配明細表的自動生成。本設計以標準件螺栓為例，說明標準件庫的建立過程。

3.2 標準件螺栓

（1）螺栓（圖4）是由頭部和螺桿（帶有外螺紋的圓柱體）兩部分組成的一類緊固件，需與螺母配合，用于緊固連接兩個帶有通孔的零件。 這種連接形式稱螺栓連接。如把螺母從螺栓上旋下，又可以使這兩個零件分開，故螺栓連接是屬于可拆卸連接。

（2）螺栓系列。螺栓包括 GB/T 5780-2000、GB/T 5781-2000、GB/T 5782-2000、GB/T 5783-2000、GB/T 32.1-1988、GB/T 29.1-1988 等一系列。

（3）螺栓的標記。例如螺紋規(guī)格 d=M12、公稱長度l=80mm、性能等級為4.8級，不經(jīng)表面處理、C級的六角頭螺栓；螺栓GB/T 5780 M12x80。

（4）螺栓建模。本設計主要采用草圖輔助參數(shù)化對螺栓進行建模。參數(shù)主要來源于查找相關數(shù)據(jù)表。例如六角頭頭部帶槽螺栓（圖5）A級和B級得尺寸表（表1）

圖4 螺栓

圖5 螺栓工程圖

表1 mm

其余的形式與尺寸按GB/T 5783-2000 規(guī)定。

4.標準件庫的軟件實現(xiàn)

4.1 在UG系統(tǒng)中的軟件實現(xiàn)

UG提供了一個產(chǎn)品建模系統(tǒng)，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術結(jié)合在一起，在完整造型特征技術的基礎上，抽取有用的幾何參數(shù)，生成三維參數(shù)化標準件模型。由于UG本身具有較好的開發(fā)性接口和強大的二次開發(fā)工具，利用內(nèi)部的UG/Open API和UG集成界面相統(tǒng)一的UGStyler，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術，開發(fā)出了通用的模塊實現(xiàn)三維參數(shù)化標準件庫模型庫的建立。標準件應用最多的是裝配，在裝配模式下，具體操作流程如圖6所示。

圖6 操作流程圖

5.結(jié)束語

標準件庫在實際應用中取得了較好的效果。具有以下優(yōu)點：（1）與UG環(huán)境實現(xiàn)無縫的集成，交互性和通用性好，使用方便快捷。（2）減少了工程設計人員的工作量，避免了重復勞動，大大縮短了設計周期，提高了工作效率。

[1]展迪優(yōu).UG NX 8.0快速入門教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2]張云杰，陳鋒正.UG NX 6.0工程圖設計[M].北京：清華大學出版社，2010.