摘 要：復(fù)雜零件設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中是一個(gè)比較常見的設(shè)計(jì)，由于其具有外型不規(guī)則，特征繁多的特點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)這類復(fù)雜模型的時(shí)候，提前做好充分的準(zhǔn)備工作，不但可以在設(shè)計(jì)過程中提高效率，還可以減少在設(shè)計(jì)后期更改、完善時(shí)的工作量。

關(guān)鍵詞：NX；建模；參數(shù)化；復(fù)雜模

中圖分類號(hào)：TP391.9

Siemens NX是Siemens PLM Software公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。NX是一個(gè)交互式CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造）系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。包括了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊。具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)理想的工作環(huán)境，不僅能以直觀的方式提供信息，而且能夠驗(yàn)證決策以全面提升產(chǎn)品開發(fā)效率，是一個(gè)關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)軟件。在NX中如何能夠保持復(fù)雜模型設(shè)計(jì)結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率是筆者的目的。

1 環(huán)境設(shè)置

環(huán)境設(shè)置是指在建模設(shè)計(jì)環(huán)境中對(duì)預(yù)設(shè)值（固定不變的值）的提前定義，也可以被認(rèn)為是對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)境的平臺(tái)定制。由于NX軟件具有通用性的特點(diǎn)，在使用軟件設(shè)計(jì)初期，必須對(duì)這些預(yù)設(shè)值進(jìn)行具體設(shè)置，使其符合國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。這些預(yù)設(shè)值可以是文件命名規(guī)范、設(shè)計(jì)背景、單位、圖層、比例、材料、密度等等許多方面。通常預(yù)設(shè)值保存在文件模板中，設(shè)計(jì)時(shí)只要直接調(diào)用模板，就能使用統(tǒng)一的環(huán)境參數(shù)，無需設(shè)計(jì)者重復(fù)設(shè)置。

2 建模過程中的注意事項(xiàng)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的目標(biāo)，是應(yīng)用NX軟件創(chuàng)建一個(gè)參數(shù)化的具有相關(guān)性和可編輯性的模型。復(fù)雜零件設(shè)計(jì)過程中要盡量避免“無參數(shù)”的模型。

2.1 型體分析。型體分析法是指假想將模型分解成若干個(gè)基本區(qū)域，分析各基本區(qū)域相對(duì)位置、實(shí)現(xiàn)特征及各區(qū)域之間如何過渡，形成清晰的建模思路。不能在沒有統(tǒng)一規(guī)劃的情況下就盲目急于建模，一個(gè)比較清晰地建模思路至少要包括型體及與之有關(guān)的零部件在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的功能和作用，還有，外形輪廓內(nèi)部結(jié)構(gòu)，定位孔（面）等主要參數(shù)。建模前利用型體分析法來解讀模型，應(yīng)從粗到細(xì)，從大至小，先外后里的分析設(shè)計(jì)特征，在進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，如各類孔特征、溝槽、倒角、斜角等。有條不紊的完成對(duì)模型型體的逐步分析、判斷。

2.2 參考基準(zhǔn)一致。參考基準(zhǔn)在零件設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛，是用來確定設(shè)計(jì)對(duì)象上幾何關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線或面的。在設(shè)計(jì)復(fù)雜零件的時(shí)候，參考基準(zhǔn)會(huì)隨著零件設(shè)計(jì)的逐漸復(fù)雜化而變得越來越多，這時(shí)參考基準(zhǔn)之間的關(guān)系也變得越來越緊密，它們既互相關(guān)聯(lián)又相對(duì)獨(dú)立。比如零件設(shè)計(jì)的原點(diǎn)位置；每一個(gè)草圖所在面的位置；以及每一個(gè)特征的設(shè)計(jì)位置，它們必須是來自同一的參考基準(zhǔn)。

復(fù)雜模型設(shè)計(jì)的難點(diǎn)除設(shè)計(jì)本身外，還難在模型的反復(fù)修改上，當(dāng)參考基準(zhǔn)使用不當(dāng)時(shí)，修改會(huì)出現(xiàn)一連串的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，而這種關(guān)聯(lián)此時(shí)是負(fù)面的，不僅工作量大，還容易出現(xiàn)失誤。如何保證模型不論是設(shè)計(jì)狀態(tài)下，還是更改狀態(tài)下的模型都能準(zhǔn)確又方便的得到？答案是各基本區(qū)域須盡可能的采用統(tǒng)一、相對(duì)的參考基準(zhǔn)。

2.3 草圖設(shè)計(jì)。草圖是可以用于創(chuàng)建關(guān)聯(lián)到部件的二維輪廓的特征工具，是參數(shù)化建模的基礎(chǔ)。草圖以簡單的直線、圓弧條為主，具有自相關(guān)性，也與任何一個(gè)從它上面創(chuàng)建的特征相關(guān)，對(duì)于復(fù)雜的幾何輪廓，應(yīng)該用草圖來實(shí)現(xiàn)。

為了預(yù)防草圖參數(shù)在修改時(shí)容易引起關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤，在草圖設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的幾個(gè)問題：首先，不使用絕對(duì)坐標(biāo)系定位草圖參數(shù)，而是選擇工作坐標(biāo)系（WCS）定位草圖和輔助線，然后，不要隨意使用已有的模型設(shè)計(jì)邊緣定位草圖；最后，設(shè)計(jì)時(shí)不要使用修剪、對(duì)稱和鏡像命令操作。

2.4 層的使用。隨著零件建模進(jìn)度不斷推進(jìn)，所做的特征越來越多，參考基準(zhǔn)、草圖、輔助曲線、片體等元素也會(huì)越來越多，必須把這些元素（如基準(zhǔn)、草圖等）分層、分類、分區(qū)域放置，這樣既利于管理，也利于提高工作效率。

2.5 倒圓角順序。光順設(shè)計(jì)結(jié)果的體現(xiàn)表現(xiàn)在復(fù)雜零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就是特征倒圓操作。一個(gè)倒圓角特征的參數(shù)大小及它的關(guān)聯(lián)范圍可以影響整個(gè)模型甚至整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果。如圖例所示，必須在管路建立之前就要進(jìn)行倒角特征（如圖1所示），才能得到圖2中的設(shè)計(jì)效果。反之，倒角后效果會(huì)如圖3所示，這樣得到的設(shè)計(jì)外型是完全不一樣的兩種。此時(shí)，在什么節(jié)點(diǎn)做倒圓角特征變得尤其重要，設(shè)計(jì)者需要盡量在設(shè)計(jì)之前分析出來，盡量減少與這些倒圓角特征相關(guān)聯(lián)的點(diǎn)、線、面元素，從而減少由于倒圓角特征引起的關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤。否則影響的范圍也將會(huì)直接影響到最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。

圖1 先倒角效果示意圖

圖2 符合設(shè)計(jì)意圖的效果圖

圖3 倒角順序顛倒后效果圖

2.6 孔特征順序。設(shè)計(jì)孔特征時(shí)需要注意的幾個(gè)方面。第一，注意選擇設(shè)計(jì)的孔方法。NX7.5軟件中有多個(gè)設(shè)計(jì)孔特征的方法，其中最常用的是簡單孔、階梯孔和埋頭孔、錐形孔、帶螺紋的孔等功能特征，善于運(yùn)用這些方法可以在遇到孔與孔的嵌套設(shè)計(jì)時(shí)提高設(shè)計(jì)效率。第二，注意設(shè)計(jì)孔特征的順序。孔特征的先后順序要根據(jù)實(shí)際情況來判斷，這是在復(fù)雜模型設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤后需要改動(dòng)或需要重做的問題（如圖4所示）。

圖4 最后做孔特征示意圖

在復(fù)雜模型設(shè)計(jì)中還有一個(gè)特殊的情況，區(qū)分哪些是外型看上去是孔特征的位置，其實(shí)是管路內(nèi)腔經(jīng)過的地方。此時(shí)不需要用孔特征來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)內(nèi)管路造型的時(shí)候把端口設(shè)計(jì)考慮進(jìn)去，最后再跟管路一起直接裁減掉（如圖5、圖6所示）。

圖5 內(nèi)管路端部裁減前示意圖

圖6 內(nèi)管路端部裁減后示意圖

2.7 內(nèi)管路設(shè)計(jì)。內(nèi)管路設(shè)計(jì)是指鋪設(shè)在零件實(shí)體內(nèi)的管路，首先分析中心線空間的位置跨越了幾個(gè)平面，判斷截面是統(tǒng)一截面還是變截面，再確定變截面的位置在哪里；然后，根據(jù)中心線所在的平面與截面，將管路分段，分別用草圖確定出中心線與截面的具體位置。在分段建立管路中心線時(shí)，要確保管路中心線相切（G1）連續(xù)；在多個(gè)變截面時(shí)，一般使用“swept”命令實(shí)現(xiàn)內(nèi)管路外型設(shè)計(jì)。使用“swept”命令時(shí)，參數(shù)的選擇需注意截面草圖所在位置、引導(dǎo)線（可能是由管路中心線組成一根引導(dǎo)線或根據(jù)過渡方式建立的多跟引導(dǎo)線）的形狀及位置，以及各截面之間的耦合方式（如兩端截面與其他截面相連，應(yīng)保證G1連續(xù)）。

創(chuàng)建管路截面輪廓和中心線，不能急于一蹴而就，通過具體分析后使用外觀造型設(shè)計(jì)模塊來輔助得到內(nèi)管路設(shè)計(jì)的造型（如圖7所示）。當(dāng)管路實(shí)體創(chuàng)建出來后，與零件實(shí)體進(jìn)行布爾剪操作。這樣的實(shí)現(xiàn)手法從整個(gè)部件導(dǎo)航器來看簡潔利落，易于檢查和修改。

圖7 內(nèi)管路外型示意圖

3 結(jié)束語

所謂“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模重要性的真實(shí)寫照。本文對(duì)復(fù)雜零件的建模技術(shù)進(jìn)行研究，從多方面進(jìn)行歸納總結(jié)，闡述了復(fù)雜零件的建模思想及技巧，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜模型參數(shù)化建模，提高建模效率、準(zhǔn)確度和可編輯性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張方瑞，于鷹宇，韓冰副.UG NX入門精解與實(shí)戰(zhàn)技巧[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2]洪如瑾.UG NX6 CAD快速入門指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

作者簡介：蘇霞（1982-），女，湖南株洲人，主管設(shè)計(jì)師，工程師，學(xué)士，研究方向：工程技術(shù)應(yīng)用。

作者單位：中航工業(yè)航空動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南株洲 412002