基于UG的手表零件參數化設計技術

陳恭謙，劉大慧，劉勝勇，袁清珂

(1. 深圳市飛亞達精密計時制造有限公司，廣東深圳518057;2. 湖南電氣職業技術學院，湖南湘潭411101;3. 廣東工業大學機電工程學院，廣東廣州510006)

參數化設計是提高設計效率的重要手段。在手表結構設計過程中，諸如巴的、按的、表針、I-Ring、O-Ring、表帶、表扣、玻璃、底蓋等是經常使用的零件，其結構形式基本不變、只是尺寸的變化。為了提高產品設計開發效率，可以針對這些常用零件建立參數化模板。在進行產品設計開發時，調用這些模板，修改其尺寸、進行參數化設計，可以極大地提高設計開發效率，同時，也便于企業產品設計的規范化管理。

1 手表零件參數化設計的技術與方法

手表零件參數化設計技術有兩種思路［1－4］:一種是直接建模，就是利用各種三維建模軟件二次接口中的各種建模函數，直接在建模空間中生成模型。其實現方法一般是利用宏錄制功能，將建模代碼記錄下來，然后對宏代碼中的參數進行分析轉化，將其轉化為各種變量。在此基礎上，將宏代碼轉化成為生成特定模型的功能函數，以變量來控制模型的各類參數。另一種是模板建模，是將預先設定好的模板中的關鍵尺寸進行修改后得到新的模型。實現方法主要是先利用三維建模軟件建立一個零件的模板，并且對零件中的部分特征進行約束，使其關聯;同時對必要的尺寸進行命名，以為后續程序開發中查找尺寸提供方便。在后續程序開發中，主要是要將模板導入到環境下，并且根據用戶的參數設定對模型進行修改，從而完成模型的參數化建模過程。

基于模板實現參數化建模的方法，主要有3 個步驟:

第一步，將手表零件進行分類和規范化。手表零件的分類主要按照結構的差異性來進行區分。同一類型的零件，如果其結構有差異，必須從同類中分離出來。因為采用模板建模，必須要有模板，使之成為同類結構零件中的一個范本。范本內的零件只有尺寸的差異，沒有結構的差異。此外，還要對零件的尺寸進行規范化系列化，規范化的目的是為了明確哪些尺寸是可變的，哪些是不可變的。系列化就是將部分可變的尺寸系列化，使其與零件的型號相對應，便于標準化命名。對如玻璃、I-Ring、底蓋、巴頭、巴管等零件進行了規范化系列化。

參數化模板需要對三維模型進行參數化尺寸定義(如圖1 所示)，并對尺寸間變量名稱和關系進行定義(如表1 所示)，然后確定尺寸標準化默認值(如表2 所示)。

圖1 參數化尺寸定義

表1 尺寸間變量名稱和關系

表2 尺寸標準化默認值

第二步，建立各種零件的模板。零件模板的建立主要通過三維建模軟件來完成，但是模板的建模與普通零件的建模有所區別:普通零件建模目的是只是要建立一個零件，而模板的建模必須充分考慮到日后模板尺寸的變化對模板的影響。因此。模板的建立必須具有一定的規則，這些規則往往是通過尺寸約束來實現。這些規則如下:

(1)模板內必須有至少一個固定約束，這個固定約束應該作為其他尺寸的參考基準。如圖2 所示，Line1 為固定約束，也是其他尺寸的參考對象。

(2)對于無法利用固定約束作為參考基準的特征，必須找到并利用該特征相對位置關系來對特征進行定位。如圖3 所示，圖中的匙眼位置，則是通過定義相對位置關系來進行定位的。

(3)選用合適的建模方法，以使模板中的特征最少，同時保證關鍵尺寸都能得到控制。如面玻璃，既可以采用圓柱體拉伸后進行倒角來完成建模，同時也可以采用建立截面草圖然后旋轉草圖生成模型。但是前者包含1 個圓柱體拉伸特征、2 個倒角特征總共3 個特征，而后者實際只有1 個特征，相比之下后者比前者更為合適。因為過多的特征不利于進行特征間的定位和特征內部的尺寸控制。

圖2 模板中的固定約束“Line1 固定的”

圖3 匙眼特征的定位

(4)定義好模板模型的二維工程圖布局和按照企業規范標注好尺寸，如圖4 所示。經過這樣的定義，可以保證生成的參數化模型能夠繼承這些布局和標注。

第三步，利用三維建模軟件的二次開發接口，開發與模板對應的建模和制圖函數，具體流程如圖5 所示。首先用戶選擇零件類型，輸入相關參數，系統自動計算其他參數值。用戶可根據需要自行進行修改，系統判斷用戶的輸入是否合理，不合理則返回提示要求用戶修改，合理則進行建模或制圖。

圖4 斜邊螺紋底蓋的二維工程圖

圖5 手表零件參數化設計的工作流程

第四步，開發手表零件參數化設計庫管理系統，實現對參數化的添加、修改、刪除、備份等功能，以不斷豐富完善零件參數化設計庫。

2 手表零件參數化設計系統的開發與應用

在UG 環境下，通過NX Open 接口和Visual Studio 2010 編程環境，開發了手表零件參數化設計系統，目前已開發的標準件包括斜邊螺紋底蓋、包珠底蓋、平頭T 型把頭、球頭T 型把頭、弧形螺紋透視底蓋等。

在實際應用時，選擇不同的零件參數化模板，根據設計要求，輸入參數化變量的數據，點擊建模按鈕，系統就會自動生成三維模型;點擊制圖按鈕，系統就會自動生成二維圖紙，圖6 所示。

圖6 手表零件參數化設計系統的應用

3 結論

手表零件參數化設計系統是手表數字化設計平臺的一個組成部分，現已在企業得到廣泛應用，取得了良好的效果。得到以下結論: (1)把企業產品常用零件、標準件進行參數化建模，實現參數化設計，可以大大提高產品開發效率; (2)設計開發參數化設計模板時，需定義尺寸變量、約束關系、默認值，同時也需要開發參數化模板庫管理系統，以對該庫進行管理和維護。

［1］何麗，孫文磊，王宏偉．基于UG 的Web 三維零件庫系統開發［J］．機床與液壓，2012，40(11):91－95．

［2］王曉虎，翟華，李小慧，等．復雜大型框架式液壓機參數化設計研究［J］．機床與液壓，2012，40(21):106－107，112．

［3］陳青，李青祝．基于NX 的組合機床智能化設計系統開發［J］．機床與液壓，2013，41(19):122－124．

［4］劉杰，辛楊桂．基于VB.net 的三維集成塊校核［J］．機床與液壓，2014，42(14):86－88，140．