试论UG的模块化应用

摘 要：Unigraphics（简称UG）是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，具有强大的参数化设计功能，在设计和制造领域得到了广泛的应用。本文通过UGNX平台，结合使用过程中的特点，进行了参数模块化，建立一个标准样件库，简化了在某一方面的应用。

关键词：UGNX；参数化；螺栓；体积

中图分类号： U169.499 文献标识码：A

1应用背景

目前我们在进行高强螺栓的加工，其特点是螺栓的头部（六角头、十二角头）是由镦制加工完成。采用镦制加工，一是可以节省材料，二是提高螺栓的抗拉、抗剪及抗疲劳等各方面的强度，其工作原理是根据棒材受力变形，通过模具得到需要的头部形状。

在镦制加工工艺中，由其工作性质决定了需要计算出零件在镦制之前棒材的规格——直径和长度，这两者可根据镦制前后零件总的体积没有发生变化来进行。在计算零件在镦制后所拥有的体积，我们借助了UGNX平台，在UGNX中，制作好零件的模型，在标题栏里选择analysis 即可计算出零件的体积，然后就可以根据零件体积、棒料直径，计算出我们所需要的棒料的长度。

但是，我们近期需要进行多种零件的工艺规程编制，零件的规格也各不相同，每个零件都需要从头到尾的设计、画图，重复性的工作浪费了大量的时间。在接触到UGNX可以进行参数化建模这一区域后，我就想，如果对相似零件进行参数化建模，则可以节省大量的时间。

2零件模型的创建

系统参数与尺寸约束

UGNX具有完善的系统参数自动提取功能，他能再草图设计时，将输入的尺寸约束作为特征参数保存起来，并且在此后的设计中进行可视化修改，从而达到最直接的参数驱动建模的目的。用系统参数驱动图形的关键在于如何将从实物中提取的参数转化到UG中，用来控制三维模型的特征参数。尺寸驱动是参数驱动的基础，尺寸约束是实现尺寸驱动的前提。UG的尺寸约束的特点是将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。设计时必须以完整的尺寸参考为出发点（全约束），不能漏注尺寸或多注尺寸。尺寸驱动是在二维草图Sketcher里面实现的。当草图中的图形相对于坐标轴位置关系都确定，图形完全约束后，其尺寸和位置关系能协同变化，系统将直接把尺寸约束转化为系统参数。

特征和表达式驱动图形

利用电子表格驱动图形。

应用

这里运用电子表格驱动图形，首先要分析零件，以六角头螺栓为例。

2.1分析零件模型提取特征参数

图1 螺栓尺寸

螺纹规格 .19-32

UNJF .25-28

UNJF .3125-24

UNJF .375-24

UNJF

d 4.826 6.35 7.9375 9.525

d1（min） 8.509 10.1092 11.684 13.2842

L 20 25 30 40

H Max 3.175 3.556 4.3434 5.1562

Min 2.794 3.175 3.9624 4.7752

m 0.508 0.508 0.508 0.508

s max 9.5504 11.1506 12.7508 14.3256

min 9.3218 10.8966 12.4968 14.0716

e（min） 10.414 12.192 14.0208 15.8242

表1 螺栓规格

此处是进行螺栓的镦制体积的技术，可省略螺纹部分。由图1可知，六角头螺栓的主要尺寸有H、m、L 、s、d1、d，可将其作为落实的主要参数驱动螺栓图形。螺栓由三部分组成：六角头部、垫片部、杆部组成，均可通过拉伸得到，在建模时应特别注意三者之间的关系。

2.2螺栓在草图中的约束

图2 建立主要参数表达式

图3 绘制基圆 图4 绘制六边形

在UG的电子表格中确定各种参数并给出初步的数值，如表1，在这里，增加了参数e作为驱动参数，主要用来进行头部倒角。

螺栓的头部为六变形，可先对其进行建模，并将s作为主要驱动参数。进入草图模式，如图2所示，绘制一个圆，圆心约束在坐标中心，并标注圆的直径尺寸，使圆的直径尺寸为s，即p12=s。如图3，绘制六边形，并与圆建立相切约束，即以参数s驱动圆的大小，然后圆驱动六角形的大小。此时，将基圆转换至参考曲线，如图5。退出草图，并进入一个新的草图模式——与上一草图相重合，建立与基圆s同心圆，并约束其尺寸为e。

图5 添加几何表达式

2.3螺栓头部实体的生成

拉伸六边形，约束其拉伸长度为m；拉伸圆e（拉伸出来的圆柱是为了在螺母上倒角而增加的辅助实体），约束其拉伸长度为m。在圆柱e拉伸终止的一端进行偏置倒角，偏置值为e/2-s/2，角度为30度。对六角柱体与圆柱e求交集，即可得到螺栓的六角头部形状。

2.4螺栓杆部实体的生成

从两个UG默认的草图图层中建立两个圆d和d1，并各自约束与基圆s同心。退出草图模式，分别拉伸圆d和d1，方向与六角柱体拉伸方向相反，拉伸长度分别为L和m。对螺栓头部和柱体d和d1进行求和，并对柱体d和d1的相接处进行面倒圆R0.5。此时，螺栓的模型建立完毕，如图6，选中螺栓模型，选择analysis——>Measure Bodies，即可计算出零件的体积。

图6 螺栓的完整模型

3参数化模型的零件库的建立

通过UG的部件族模块功能，调用并编辑Excel表格，进行参数化设计。选择Tools——>Expressions——>Spreadsheet Edit进入数据族的建立页面，如图7所示，并按照零件的特征尺寸进行输入。并保存，如图8所示。

图7 Part family 中数据的录入

图8 生成Part family 零件

通过Part family的建立，现已生成各不同规格的螺栓，此时可通过UG进行调用不同规格的零件，进行零件的体积计算。

图9 调用标准件库中的零件

注意，此时调用标准件库中的零件，为只读状态，若要进行尺寸编辑、变更，只需进入主零件图，对Part family数据列表进行修改，再次重新生产零件即可。

结语

通过以上零件族Part family的建立，可知螺栓零件通过参数化设计，可以很好的制作成各自的标准件库，从而可以直接调用标准件库中的部件，以提高螺栓类零件的三维建模效率，快速计算零件体积，减少重复性劳动，提高工作效率。

参考文献

[1] 胡仁喜.UG NX6.中文版快速入门实例教程[M].北京：机械工业出版社，2010.