参数化零件库的应用实例分析与研究

　　摘要：本文以UG为平台，阐述了三维参数化建模的基本思想和实现方法和UG生成表驱动的三维参数化零件库的方法和步骤，并以一个实例对如何建立参数化模型、确定设计变量、模型分配设计变量以及设置和编辑电子表进行了详细的论述。利用此方法可以方便快捷地建立零件的三维参数化模型库，以实现零件的系列化设计，能大大提高设计效率。
　　关键词：UG，参数化，标准零件库，设计变量
　　前言
　　用UG方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。
　　在UG中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。
　　因此零件三维参数化模型的建立，就显得尤为重要，它将使产品的结构设计的系列化成为可能，缩短了结构设计周期，减少由于零件的尺寸变化带给工程师的工作量。
　　一、三维标准件库的建立方法
　　通常建立三维标准件库主要有两种方法：建立图库的方法。图库法不是参数化形式，当标准件发生变化时，就不可能通过改变参数而使标准件的三维模型发生相应的变化。所以，这种标准件库大且不易维护。采用基于参数化特征的三维建模方式。此种方式所有的标准件库中的标准件由其自身的特征和参数控制，所占空间小，易于修改维护。
　　建立参数化标准件库的关键在于：三维参数化模型的建立；标准件特征参数库的建立。
　　在参数化模型的尺寸驱动中，当确定某一系列尺寸时，系统自动从数据库中调入那一系列的一组参数，并将这些参数值直接赋给尺寸变量，通过尺寸驱动参数来进行尺寸驱动，从而得到不同规格的标准件图形。
　　二、创建零件三维模型
　　零件的库的创建，有利于设计人员在不同的设计规格中方便使用，库模型的建立将会产生大量模型数据，因此需对其进行结构分层，以便后期的系统开发和和应用
　　2.1、根据特征建立模型
　　为高效地创建表驱动零件，在设计前必须对该零件进行仔细地分析，首先要从整体上形成关于这个零件建模的主体思路，明确设计零件需要创建哪些特征以及创建这些特征的次序；并且还需要注意所要创建的各种特征的内在联系及其各自的特点，最后确定该零件需要几个参数进行驱动。
　　为了实现三维模型的参数化设计，首先要对零件进行尺寸约束和几何约束，从而确定唯一的零件形状。先根据第一次给的图纸要求，作出零件的实体造型，通过实体造型和尺寸关联等方面的要求，确定该零件的尺寸约束情况，然后确定个尺寸的几何变量。
　　在分析零件的基础上，根据零件的各自特点，创建三维参数化模型所需的各种特征，包括几何特征和辅助特征，并且用上述分析的所有约束完全约束零件的三维模型，如图1。
　　
　　如图1零件的模型
　　2.2、变量的确定
　　UG通过表达式提供了在驱动尺寸与零件的模型之间建立关联关系的功能。在建立表驱动之前，要把已经确定的设计变量通过重命名表达式分配给对应的尺寸，如图2所示。在UG中对约束尺寸重新进行编辑，这样就完成了设计变量的分配。
　　
　　图2零件设计变量
　　2.3、产生表驱动
　　在UG中可以把某一零件的系列尺寸完整地建立在电子表格中，形成一个零件数据库。这样做对于此数据库的管理、编辑和扩展都很方便。具体地说，可以任意修改表格中的某一个或某些数据、增加一组新的零件数据、增加设计变量等等，最终产生使用同一实体模型的系列零件三维模型。
　　UG中的电子表格的创建步骤如下：
　　1)单击菜单“Tools→Expression”，对参数表达式进行重命名和编辑，
　　2)单击菜单“Tools→PartFamilies”，系统将弹出如图4所示的“PartFamilies”对话框，在图3所示的待提取参数框中双击各个表达式，这时这些表达式将出现在“提取后的参数”列表中，将“FamilySaveDictionary”设置为“E:zsj（指定的文件名）”，然后点击“Create”进人“Spreadsheet（电子表格）”进行零件库的创建。
　　3)这时系统弹出如图5所示的Excel工作表，在该表中系统产生了8个数据列，分别对应于刚刚提取的8个参数。在表中输人零件号（PartName）以及系列零件的相关参数值。用电子表格（Excel）建立如下数据。这一数据形式可以直接和UG链接，从而实现了零件的三维参数化模型。表中第一行为各个设计变量，即数据库中的字段名，以下每行为一个记录，表示确定某一尺寸零件的一组参数。输入完毕后，可以选用“PartFamily”菜单下的“verifyPart”来生成某零件，以明确参数选定是否正确。待上述工作明确无误后，可选“PartFamily”下的“SaveFamily”来存储该电子格式；
　　三、创建三维零件库的基本原理
　　①每个标准件都应有一个中心基准(如基准点或基准轴或基准面，主要使用三面基准)，建立标准件时，坐标系(相对坐标和绝对坐标)应在该标准件的对称中心位置。
　　②特征数应尽量少。特征间尺寸用关系表达式表示。将特征参数分为主参数和次要参数，用主参数去控制和约束次要参数。
　　③每个标准件应在菜单“装配(Assemblies)”中设置“参考集(ReferenceRets)”，调出时仅显示特征实体(Solid)。
　　④对于一个由几个标准零件装配在一起而组成的标准部件，要注意建立标准部件内各个标准零件之间的参数值传递，即建立各个标准零件之间的尺寸链接关系，并用一个主要的标准零件去控制和约束其它的次要标准零件。[!--empirenews.page--]
　　⑤用户建立的表达式产生图表，利用UGNX的Partfamilies工具可以方便的定义零件主要参数生成系列化零件数据库。进入Tools—〉Partfamilies，选取表达式中的D、DM、DN、H1、H2、R1、R2作为提取参数，设置好保存目录，选择Create命令进入Excel工作表。在Excel里面，根据标准零件系列尺寸或标准件的标准规格尺寸录入零件控制参数的值。
　　四、结束语
　　利用表驱动技术来创建系列零件的三维模型库是完全可行的，而且熟悉UG的技术人员很快就可以掌握此项技术。利用UG的实体造型功能建立三维零件样板和通过设置合理的设计参数利用表驱动技术来建立零件的三维参数化模型，方法简单，便于操作，是一种非常实用的三维参数化设计方法。
　　
　　参考文献
　　[1][美].UnigraphicsSolutionsInc.等.UG相关参数化设计培训教程.清华大学出版社，2002.
　　[2]马秋成等.UG实用教程CAD篇.机械工业出版社，2001.
　　[3]范彦斌,工宇华,冯心海.基于UG软件的复杂零件的CAD/CAM[J].机械工程,1998(5):53-54.

《参数化零件库的应用实例分析与研究》

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