基于UG的机械标准件图形库开发

2013-03-15陈家欣颜光欣魏茂春

湖北开放大学学报 2013年4期

陈家欣，颜光欣，魏茂春

（厦门海洋职业技术学院，福建厦门 361100）

在产品设计中，大力推广应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标准。在机械产品中，有大约30%到70%的零件是标准件或非标常用件，这些零件大多具有相同或相似的外形特征，只是尺寸规格有所不同。如果没有标准件库，在创建和开发过程中将对标准件进行重复建模，不但耗费了设计人员的时间和精力，延长设计周期，而且增加了产品的生产制造成本，所以建立通用的符合国家标准和企业标准件库是提高设计效率的保证。

1.三维参数化标准件库的建立方法

1.1 标准件的建库要点

（1）确立基点。每个标准件应当有一个中心基准，例如基准点或基准轴或基准面；建模标准件的相对坐标和绝对坐标原则上应在其对称中心位置。另外，基点选择是同实际调用有联系的，往往是装配中的定位点。

（2）减少特征数。特征参数分为主要参数和次要参数，在关系表达式中，次要参数是由主要参数和其他常量构成，用主要参数约束次要参数。

（3）确保尺寸参数值与尺寸变量一一对应。参数表中的参数要与建模零件中的尺寸变量一一对应。[1]

1.2 标准件库的建立

（1）利用基本特征参数化建模。在进行参数化之前，首先对模型进行形体分析，如果模型不能被分解为基本的体素

（圆柱、长方体、球体等）通过布尔运算的方式组合而成，这样的模型将无法通过基本特征进行参数化建模。比如：对某个复杂截面进行拉伸或是旋转生成实体，这时需要利用草图功能辅助参数化建模。

无论是用基本特征进行参数化建模还是利用草图辅助参数化建模，在建模过程中只能有一个主特征，其他特征需要通过基准特征、主特征的基准点进行定位，并与主特征保持固定的位置关系。UG的基本特征是指系统提供的实体造型模块和自由曲面模块中的特征，在利用基本特征进行参数化建模的过程中，只有基本体素可以作为主特征。

（2）利用草图辅助参数化建模。草图是与实体模型关联的二维图形，一般作为三维实体模型的基础。该功能可以在三维空间中的任何一个屏幕内建立草图平面，并在该平面内绘制草图。草图提出“约束”的概念，可以通过几何约束和尺寸约束控制草图中的图形，可以实现和特征建模模块同样的尺寸驱动，并可以方便的实现参数化建模。应用草图工具，用户可以绘制近似曲线轮廓，在添加精确的约束定义后，就可以完整表达设计的意图。建立的草图还可以用实体造型工具进行拉伸、旋转等操作，生成与草图相关联的实体模型。修改草图时，关联的实体模型也会自动更新。

在进行参数化建模之前，首先要对模型进行形体分析，如果模型不能被分解为基本体素通过布尔运算的方式组合而成，或者通过基本体素的布尔运算生成模型会使建模过程复杂化，在这种情况下，可以利用草图功能辅助参数化建模，草图的作用是生成一个可以用尺寸约束（长度、角度等）和几何关系约束（平行、垂直、水平等）的截面形状曲线，通过对该曲线进行拉伸、旋转生成参数化的实体模型。这样就可以提取其中的截面参数和拉伸（或旋转等）参数，从而实现尺寸驱动。[2]

下面通过实例说明利用辅助草图参数化建模的基本步骤：

图1 螺栓的工程图

首先分析图1所示的螺栓，该螺栓是由两部分组成的，一个六边形实体和一个圆柱。

A.确定草图平面，即根据设计的零部件途中在UG系统中确定草图的工作平面。

B.准备创建草图。具体的操作步骤为：单击【Insert】-【Sketch】。系统弹出Sketch Tools对话框，单击绘制草图按钮，按照第一步中的选择草图平面后即可开始创建草图。

C.创建草图轮廓。利用Sketch Tools对话框中的草图曲线创造工具在平面上绘制截面的大致曲线轮廓，隔断曲线的长度、精确的相对位置关系可以先不必关心。

D.对草图进行约束。单击对话框中的“约束”按钮，进入 Constraints对话框对草图中的各个曲线的位置关系及尺寸关系进行约束，约束后的截面形状应该与图纸保持一致。

E.精细草图约束。更改各个尺寸的约束的表达式值，观察截面图形的变化情况，验证是否与设计相符合，如果存在问题，应该重新定义个别的约束，直至约束后的截面达到要求。

F.推出草图功能，运用拉伸拔模等命令生成参数化的实体模型，并更改相关表达式的值，再验证草图是否有误，实体模型建立是否正确。

利用草图辅助参数化建模完成后的螺栓实体如图 2所示。

图2 螺栓三维模型

2.标准件库的系统结构

基于 UG的三维标准件库系统主要有三维参数化标准件模型库、标准件模型参数文件库、用户界面及管理系统四部分组成，如图3所示。其中标准建库的核心内容主要是三维参数化标准件库和标准件模型参数文件库两部分，即图中虚线部分。

图3 三维标准件库系统结构图

3.标准件库的主要内容

3.1 标准件的种类及作用

标准件建得越完整，设计效率就越高。因此，三维参数化模型库中零件种类和数量的多少，就成为衡量一个机械UG软件实用化程度的一个指标。在应用的UG系统中，标准件包括六大类：紧固件、定位元件、夹紧元件、导向元件、机床连接和辅助元件。其中紧固件又分为国标和企标两类。通过对这些零件建模，便形成了零件种类较多，规格较全的参数化标准件库。此外，还为明细表处理提供必要信息，如零件名称、材料和热处理等，方便了装配明细表的自动生成。本设计以标准件螺栓为例，说明标准件库的建立过程。

3.2 标准件螺栓

（1）螺栓（图4）是由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。

（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）螺栓的标记。例如螺纹规格 d=M12、公称长度l=80mm、性能等级为4.8级，不经表面处理、C级的六角头螺栓；螺栓GB/T 5780 M12x80。

（4）螺栓建模。本设计主要采用草图辅助参数化对螺栓进行建模。参数主要来源于查找相关数据表。例如六角头头部带槽螺栓（图5）A级和B级得尺寸表（表1）

图4 螺栓

图5 螺栓工程图

表1 mm

其余的形式与尺寸按GB/T 5783-2000 规定。

4.标准件库的软件实现

4.1 在UG系统中的软件实现

UG提供了一个产品建模系统，优越的参数化和变量化技术结合在一起，在完整造型特征技术的基础上，抽取有用的几何参数，生成三维参数化标准件模型。由于UG本身具有较好的开发性接口和强大的二次开发工具，利用内部的UG/Open API和UG集成界面相统一的UGStyler，并结合数据库技术，开发出了通用的模块实现三维参数化标准件库模型库的建立。标准件应用最多的是装配，在装配模式下，具体操作流程如图6所示。