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UG的参数化设计及实体建模

【摘要】随着我国经济的快速发展和机械制造业的日益蓬勃，对于电脑辅助制图的要求越来越高，并且现在的制图软件功能也越来越强大，所以，UG的应用也越来越广泛，而对于其中的参数化设计及实体建模这两项功能的应用无疑是越来越强大。

【作者】09材料与能源学院高分子材料与工程古华学号：

3109006991

【关键字】UG参数化设计实体建模应用

【参数化设计】

   参数化设计（ParametricDesign）亦称尺寸驱动（Dimension--Driving）,就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，以便在人机交互过程中根据实际情况随时加以更改。

投人少，周期短，且针对性强，专业突出，适合不同行业的要求。

目前参数化设计技术大致可以分为三种方式:

基于几何约束的数学方法、基干几何原理的人工智能方法和基于特征造型的建模方等其中，数学方法又分为初等方法和代数方法。

   初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束，这种方法简单，易于实现;代数法是将几何约束转化为代数方程，形成一个非线性方程组，但该方程组求解困难，因此实际应用受到了限制;人工智能方法是利用专用系统对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好;特征造型方法是三维实体造型方法的新发展，是CAD建模方法的一个新里程碑，它是在CAD/CAM技术的应用和发展达到一定水平后要求进一步提高生产组织集成化和自动化程度的产物。

特征造型着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。

UG软件提供的强人的绘图功能和良好的开发性，实现了零部件的参数化设计。

   特征分析特征是指可以用参数驱动的实体模型，是产品模型的基本单元。

模型特征就是指图形的拓朴关系、几何参数，以及这些几何参数与图形结构参数之间的关系。

对于一个零件，首先分析图形的拓扑关系及变化规律，提炼出图形的结构参数，然后建立图形结构参数和几何参数之间的关系，构建图形的参数化模型。

改变与特征相关的形状和位置的定义，可以改变与模型相关的形位关系。

对于某个特征既可以将其与某个已有的零件相联系，也可以把它从某个已有的零件中删除，还可以与其它多个特征共同组合创建新的实体。

各个特征的几何形状与尺寸大小用变量的方式来表示，这个变量参数不仅可以是常数，而且可以是某种代数式。

如果定义某个特征变量参数发生了改变，则零件的这个特征的几何形状或尺寸大小将随这个参数的改变而改变。

系统将会随之重新生成该特征及其相关的各个特征，而不需要重新绘制。

基于特征的三维参数化设计参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制设计结果，从而能通过变换一组参数值，方便地创建一系列形状相似的零件。

   参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。

程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以及各尺寸间的数尽管稳定功能有复杂的要求，模块结构是透明、简单的。

稳定功能要求的实现受到分析方法的支持，这种分析方法认为是非线性的最小模块。

  参数化设计开始于零件模型的建立，零部件三维模型的构建是实现虚拟设计和虚拟制造的基础。

参数化设计主要体现在两个方面:

①用程序实现参数化设计，即利用参数化绘图程序生成图形;②利用CAI）系统提供的参数化功能实现模型的设计变量驱动，即在模型构建过程中用变量来控制模型的几何尺寸和约束关系。

前者是完全的程序驱动，一个专用程序可以生成系列形状相似的模型。

这种方法不足之处是编程量大，程序设计效率低，灵活性和扩充性差；后者主要是利用CAD系统的全参数化功能，无需用户编程，利用设计变量来控制模型的形状和大小，即用户通过直接控制变量的数值实现三维模型的参数化设计。

设计者从产品要求和零件的功能入手，对产品的每个零件建立圣佳模型。

零件和装配可以统称为模型，所以本文此处所述的三维实体造型包括三维零件造型和装配造型两个部分。

在产品设计过程中，零件不单单是孤立的几何元素。

从设计到制图、数控加工、分析和装配都存在着相关性。

相关性设计为我们提供了非常方便的修改产品的方法，减少了重复性的工作，保持了信息的一致性，是支持并行设计的基础技术之一。

运用现代的CAD技术，对产品进行参数化建模，可以用参数建立起零件内各个特征之间的相关关系和不同部件中几何体的相关关系。

通过对部件的关键参数进行调整，达到优化性能的目的。

同时，通过设计时设定的关联参数，实现相关部件的关联改变，可以有效地减少设计改变的时间及成本，并维护设计的完整性。

产品设计包括零件设计和装配设计。

【实体建模】

在进行产品设计时，可以先设计组成产品的每一个零件，然后再进行装配设计，这是一种自底向上（Bottom-Up）的设计方法；二是用自顶向下（Top-Down）方法，即从装配到零件的设计，先建立装配结构，逐步添加零件或设计几何，产生子装配或部件；三是上下文设计（Context-Text），利用装配结构中其他部件的信息设计零件几何。

在产品设计中，经常会综合运用上述方法。

设计一个新产品，可以先用自顶向下的方法构造出产品的基本结构，根据装配关系把产品分解成若干零部件，确定这些零部件之间的几何和位置的约束关系，根据这些约束条件再对零部件进行概念设计和详细设计。

一个零部件中不仅保存着自身特征和属性信息，也保存着与其他零部件之间的联系信息，当自身发生改变时，可以自动传递到其他相关零部件，使相关零部件发生更新；相应地，其他相关零件的变化亦能驱动自身作出变化，从而保持了整个产品的一致性和完整性。

实体为齿轮泵，分析一下齿轮泵的十个基本零件图，可以发现泵体泵盖垫片有相同的地方，这里为了提高速度，节省时间，我们采用草图拉伸的方法来进行实体建模，根据尺寸要求，得到的草图如下：

由于垫片最简单，先进行垫片的建模，将草图中间再画两个圆，中间用直线相连，边上可以画六个圆，尺寸如图纸要求，保存，另存以备后用，然后拉伸，选择意图选任何，可以得到垫片的实体模型如下：

然后建泵盖，将草图拉伸，然后尺寸要求的位置建两个圆台和一凸垫高度是10毫米，接下来打孔，先打两个简单孔，直径13毫米深度14毫米，再打六个沉头孔，尺寸6X￠7︼￠13，得到的泵盖如下：

接下来做泵体，调用垫片的草图，然后将草图边界拉伸36毫米，在要求的地方分别建两个圆台，直径分别是26毫米和34毫米，在34毫米的圆台上再建一个直径27毫米的圆台，定位方式选点到点，圆弧中心，然后将草图的内部曲线拉伸18毫米方向与上面一致，布尔运算里面选择求差，实现打孔的另一种方式，在底部面上建一个100X44X8的凸垫，在凸垫上打两个沉头孔，位置和尺寸按照图纸要求，然后在直径为34毫米的圆台中心打一个直径13毫米深度为86（这个尺寸可以大些，通孔）的孔，然后在打一个直径是18毫米深度是42毫米的孔，在泵体的侧面打一个直径4毫米的通孔，然后在这个孔的两边再打两个直径14毫米深度10毫米的简单孔，修饰，倒角，添加螺纹，等等可以得到泵体的实体模型如下：

接下来做一个圆柱销，直径3毫米高度28毫米的圆柱即可，然后倒角，C1，图如下:

做从动轴，做一个直径13毫米（一下如无特殊要求，单位都是毫米）高度40的圆柱，倒角C1，打通孔直径2.5，图如下：

做螺栓，先用基本曲线里的六边形做一个外接圆直径12的六边形，拉伸4，然后点圆锥，选底部直径和高度，直径12，高度4，拔模角150°，布尔运算选求交，既可以对螺母头倒圆。

然后在另一边上建一个直径6高度20的圆台，定位点到点，圆弧中心，加上螺纹，长度12，倒角，得到的图如下：

主动轴，建一个直径13高度90的圆柱，在圆柱中心建一个直径11高度70的圆台，在距离直径13毫米的圆柱一个断面20毫米的地上打通孔，直径2.5，在另外一端做键槽长度31，宽4深2定位方式根据尺寸要求，倒角，得到的图如下：

压盖螺母，和做螺栓一样先将螺母头做出来，包括螺母头的修饰，然后在中心打通孔，直径13，在另一端打一个直径27深度20顶锥角0的孔，在建一个直径28宽度3的沟槽，倒角得到的图如下：

填料压盖，做一个直径18高度的23的圆柱，在端面中心上建一个直径22高2的圆台，然后打一个直径14的通孔，倒角得到的图如下：

最后来做齿轮，齿轮要麻烦的多，首先要建一个后缀名为.EXP的文件，用记事本打开，将下面的内容粘贴到里面，a=0

a1=20

b=360

d1=m*（z+2）

d2=m*（z-2.5）

m=4.5

r=m*z*0.5*cos（a1）

s=（1-t）*a+t*b

t=1

xt=r*cos（s）+r*rad（s）*sin（s）

yt=r*sin（s）-r*rad（s）*cos（s）

z=8

zt=0

然后选择工具，表达式，从外部导入刚才那个文件。

选择规律曲线，将刚才的表达式所表示的渐开线的方程做出来。

然后以原点为中心做三个直径分别是d2，36，40，的圆，再做一个以原点为中心半径到渐开线端点的圆，将渐开线多余的部分修剪掉，建一直线，原点到渐开线的终点，然后将这个直线绕原点旋转360/32的角度，将渐开线绕刚才的旋转后直线作镜像，修剪多余的部分，然后将直径d2的圆拉伸18毫米，将两条渐开线和另外两条圆弧组成的部分拉伸18毫米。

两个实体布尔运算求和，再做环形阵列8，角度为360/8，然后在打孔，两个齿槽中间的部分，直径2。

5，得到齿轮的图如下：

然后将泵体的图用二维图做出来，加上尺寸标注，剖面线，等等得到的图如下：

装配，可以分为三个步骤，第一，先将齿轮，圆柱销，从动轴装配起来，作为一个整体部件，作为装配图1图如下:

第二，将主动轴，齿轮，圆柱销装配起来，作为装配图2，得到的图如下：

第三，根据顺序，依次将装配图1，装配图2，垫片，泵盖，六个螺栓，填料压盖，压盖螺母装在泵体上，得到的装配图如图示：

其爆炸示图如下：

然后做一个运动仿真，将六个螺栓和泵盖隐藏掉，将泵体垫片，填料压盖，压盖螺母作为一个连杆，装配图2作为另外一个连杆，装配图1作为第三个连杆，建螺旋付，齿轮副可得到如下图所示得运动仿真

【参考文献】

【1】张幼军.UGCAD/CAM基础教程.清华大学出版社，2006.

【2】张云杰.模具设计实例教程.清华大学出版社，2008

【3】王卫兵.UGNX数控编程.清华大学出版社.2004

【4】曾向阳.UGNX高级开发实例.电子工业出版社，2004

【5】胡小康.UGNX2运动分析培训教程.清华大学，2005

【6】《UG相关参数化设计培训教程》清华大学出版社     张琴编