李　俏，莫玉梅

(廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100)

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基于UG NX的內(nèi)六角沉頭螺釘標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)

李俏，莫玉梅

(廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100)

在工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)造設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常需要用到零件庫中的標(biāo)準(zhǔn)件，因此標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率具有重要意義。在UG NX8.0環(huán)境的基礎(chǔ)上，先建立零件建模參數(shù)表達(dá)式和其相對(duì)應(yīng)的部件族，再通過數(shù)字參數(shù)化以及特征造型技術(shù)的方法，建立零件內(nèi)六角沉頭螺釘?shù)臉?biāo)準(zhǔn)件庫。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫中的內(nèi)六角沉頭螺釘?shù)恼{(diào)用實(shí)踐，以及對(duì)沉頭螺釘進(jìn)行裝配試驗(yàn)，詮釋了該標(biāo)準(zhǔn)件庫的正確性以及實(shí)用性。調(diào)用和裝配零件時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)件庫中的內(nèi)六角沉頭螺釘不僅可以直接被用來使用，還可以滿足裝配時(shí)不同規(guī)格螺釘?shù)男枰@對(duì)提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量具有很大的促進(jìn)作用。

螺紋；內(nèi)六角沉頭螺釘；標(biāo)準(zhǔn)件庫；部件族

在機(jī)械行業(yè)中，會(huì)用到大量的螺紋聯(lián)接件，比如在機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械的制造、生產(chǎn)、裝配、運(yùn)輸和設(shè)備維修中。如果每用到一種螺紋聯(lián)接件，都進(jìn)行單獨(dú)建模制圖設(shè)計(jì)，既浪費(fèi)人力時(shí)間，又不利于生產(chǎn)效率的提高。為了滿足在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)裝配時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件，本文采用CAD/CAE/CAM平臺(tái)上的一體化軟件UG NX的Grade和User Function二次開發(fā)工具[1]，針對(duì)產(chǎn)品建立了標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化圖庫、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件庫和通用件圖庫。利用UG軟件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者可以省略繁瑣的重復(fù)繪圖和建模，有效地減少了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也提高了企業(yè)內(nèi)部之間傳遞數(shù)據(jù)速度以及傳遞數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，使制造團(tuán)隊(duì)能快速優(yōu)化生產(chǎn)過程模型，實(shí)現(xiàn)企業(yè)更高的成本效益。

1　UG NX條件下標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)方式

UG NX環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)方式有如下幾種[2]。

1)關(guān)系表達(dá)式法。首先，建立標(biāo)準(zhǔn)件零件的三維模型；然后，通過過程Tools→Expression改正表達(dá)式中的特征參數(shù)值來驅(qū)動(dòng)模型參數(shù)的更新，實(shí)現(xiàn)新的零件設(shè)計(jì)；最后，建立標(biāo)準(zhǔn)件庫。關(guān)系表達(dá)式法是基于UG/Modeling模塊來建立標(biāo)準(zhǔn)件庫的。

2)部件族(part families)法[3]。首先，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件模板的三維模型；然后，用戶化命名參數(shù)表達(dá)式用于確定零件的尺寸，將零件各參數(shù)數(shù)據(jù)及其他信息導(dǎo)入電子表格的參數(shù)表內(nèi)；最后，填寫該部件族內(nèi)所有的零件相對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，獲取數(shù)據(jù)庫零件參數(shù)值。這類方法在調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可以選擇任何一組參數(shù)來修改標(biāo)準(zhǔn)件模板的尺寸變量，從而得到所需相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件模型。

3)編程法。采用UG NX/Open二次開發(fā)工具對(duì)每一種類型的標(biāo)準(zhǔn)件建立一個(gè)相對(duì)應(yīng)的子程序，并自動(dòng)形成裝配所需的part零件文件。采用這種方式，要求開發(fā)者應(yīng)精通編程，另外，工作時(shí)間長(zhǎng)，工作難度大[4]。

4)用戶自定義特征(UDF)法。采用UG NX中的UDF功能，先定義標(biāo)準(zhǔn)件的三維模型特征，調(diào)用時(shí)改變所需參數(shù)。該方式是基于UG/Modeling模塊來建立標(biāo)準(zhǔn)件庫的，采用這種方法，智能性和交互性較差，所以一般不予采用。

關(guān)系表達(dá)式法和用戶自定義特征法簡(jiǎn)單、直觀，但調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫時(shí)不方便，且沒有圖形顯示，不能根據(jù)圖形進(jìn)行交互式操作；而部件族法可以根據(jù)零件裝配的需要及時(shí)選擇參數(shù)，以生成其他所配的部件，易于操作。綜合上述各方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文內(nèi)六角沉頭螺釘標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)采用了部件族法，它主要利用了數(shù)字化參數(shù)設(shè)計(jì)的基本思想。

2　螺紋聯(lián)接件標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立

本文課題來源于昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)零件庫的建立和維護(hù)，在該項(xiàng)目中對(duì)不同類型的螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊圈等機(jī)械制造中常見的螺紋聯(lián)接件進(jìn)行了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件庫建立。通過對(duì)螺釘進(jìn)行分析，提取螺釘?shù)慕；緟?shù)，建立相應(yīng)參數(shù)的表達(dá)式，采用部件族生成參數(shù)模型，并以GB/T 70.3—2008內(nèi)六角沉頭螺釘為例，探討標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)過程。

2.1參數(shù)提取

以螺釘為例進(jìn)行建模分析，預(yù)先設(shè)置所需要的約束表達(dá)式，再分析其結(jié)構(gòu)與尺寸。內(nèi)六角沉頭螺釘(GB/T 70.3—2008)的基本參數(shù)提取見表1(以M8×60 mm為零件模板)[5-6]，其尺寸結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

表1　內(nèi)六角沉頭螺釘(GB/T 70.3—2008)的基本參數(shù)

圖1　內(nèi)六角沉頭螺釘尺寸圖

螺紋的主要要素有螺紋大徑、螺紋中徑、螺紋小徑、螺距、線數(shù)、導(dǎo)程、螺紋升角、牙型角、牙型斜角和旋向。根據(jù)螺紋的牙型及尺寸，在三維設(shè)計(jì)螺紋時(shí)，螺紋的各個(gè)主要參數(shù)的詳細(xì)表示決定于螺紋實(shí)體建模時(shí)的具體結(jié)構(gòu)尺寸。不同于其他模型零件的建模步驟，在螺紋建模過程中，牙型根據(jù)三維建模軟件系統(tǒng)自身的公式自動(dòng)形成，因此公式合理化才能顯示詳細(xì)的螺紋。為了使UG NX 8.0系統(tǒng)能夠識(shí)別和運(yùn)行，給定的詳細(xì)牙型公式應(yīng)具有一定的邏輯性，建模設(shè)計(jì)也應(yīng)滿足一定的要求。

2.2建立表達(dá)式

根據(jù)螺釘?shù)闹饕獛缀螀?shù)，在表達(dá)式中設(shè)定好各變量的表示，再輸入M8內(nèi)六角沉頭螺釘中各變量的值，最后得到如圖2所示的表達(dá)式對(duì)話框。

圖2　表達(dá)式生成對(duì)話框圖

2.3創(chuàng)建模型

通過各種草圖和特征創(chuàng)建模型。在畫草圖時(shí)，各個(gè)尺寸應(yīng)利用上述所生成的表達(dá)式，生成內(nèi)六角沉頭螺釘M8×60 mm。模型創(chuàng)建的過程及最后生成的模型分別如圖3和圖4所示。

圖3　模型創(chuàng)建過程圖　　圖4內(nèi)六角沉頭螺釘模型圖

2.4創(chuàng)建部件族

通過UG NX的部件族(見圖5)這一模塊功能，調(diào)用并導(dǎo)入編輯Excel表格，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫零件的每個(gè)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

圖5　生成部件族

2.5調(diào)用顯示和裝配試驗(yàn)參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)件庫

通過調(diào)用內(nèi)六角沉頭螺釘標(biāo)準(zhǔn)件零件庫中的螺釘部件，驗(yàn)證通過部件族所建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫的正確性。首先，創(chuàng)建一個(gè)新的文件，選擇進(jìn)入到建模這一模塊；然后，打開資源條“重用庫”，選擇所要添加的庫，將內(nèi)六角沉頭螺釘拖到繪圖區(qū)域區(qū)，彈出“選擇族成員”對(duì)話框；最后，選擇所需要驗(yàn)證的螺紋標(biāo)準(zhǔn)件。內(nèi)六角沉頭螺釘?shù)膮?shù)化模型如圖6所示。

圖6　內(nèi)六角沉頭螺釘?shù)膮?shù)化模型

除了在三維繪圖軟件中調(diào)出驗(yàn)證零件外，還應(yīng)在實(shí)踐應(yīng)用中進(jìn)一步驗(yàn)證螺紋聯(lián)接件標(biāo)準(zhǔn)庫的正確性以及實(shí)用性。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫中的零件調(diào)出顯示后，再進(jìn)行裝配試驗(yàn)，才能驗(yàn)證所調(diào)用的螺紋聯(lián)接件是否符合裝配需要。本次項(xiàng)目中所建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫，通過后續(xù)工作得到了很好的驗(yàn)證。

3　結(jié)語

通過基于UGNX的內(nèi)六角沉頭螺釘標(biāo)準(zhǔn)庫的開發(fā)，使參數(shù)化建模和標(biāo)準(zhǔn)件的正常調(diào)入、修改以及裝配調(diào)用得以實(shí)現(xiàn)。由上述可知，利用數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)螺紋聯(lián)接件，可以在一定的實(shí)用程度上制成符合不同規(guī)格的螺紋標(biāo)準(zhǔn)件庫，從而使標(biāo)準(zhǔn)件庫中的部件在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可以直接被調(diào)用，以提高螺紋聯(lián)接件三維建模的設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而提高總產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)效率，使設(shè)計(jì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，具有重大意義。

[1] 劉莉莉.利用UG草圖實(shí)現(xiàn)模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2003(11):48-49.

[2] 劉靜靜,張培彥.基于UG的螺紋連接件的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化,2009,38(5):12-14.

[3] 陳琪,廖璘志, 陳洪容. NX6.0環(huán)境下六角螺母標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2012,25(2):109-110.

[4] 王藝樹, 張毅, 梁強(qiáng). 基于UG的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化,2009,38(2):127-129.

[5] 毛雨輝, 邱長(zhǎng)華. 基于UG的標(biāo)準(zhǔn)件庫的研究和建立[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2007,28(1):157-161.

[6] 馮巖.基寸VB的AutoCAD二次開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)件和常用件庫[J]. 新技術(shù)新工藝，2014(1)：52-54.

責(zé)任編輯馬彤

Development of the Threaded Connection Standard Parts Library based on UG NX

LI Qiao， MO Yumei

(Guang Dong Polytechnic College, Zhaoqing 526100, China)

Because the standard parts are possessed in large proportion to the whole parts, the establishment of standard parts library is an important way to improve the efficiency of product design. Using the expression and the function of part family, establish the hexagon countersunk screws standard parts library by using parametric and feature modeling method. Prove that the standard parts library is correct and useful based on the assembling experiment. When calling the parts for assembly, it can call different specifications of the hexagon countersunk screws from the standard parts library and greatly improve the design efficiency.

threaded connection， hexagon countersunk screws， standard parts library， part families

TH 131.3

A

李俏(1990-)，女，碩士研究生，主要從事數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造等方面的研究。

2015-12-29