基于UG NX的內六角沉頭螺釘標準件庫的開發

李　俏，莫玉梅

(廣東理工學院，廣東 肇慶 526100)

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基于UG NX的內六角沉頭螺釘標準件庫的開發

李俏，莫玉梅

(廣東理工學院，廣東 肇慶 526100)

在工業產品創造設計時，經常需要用到零件庫中的標準件，因此標準件庫的建立對提高產品設計的效率具有重要意義。在UG NX8.0環境的基礎上，先建立零件建模參數表達式和其相對應的部件族，再通過數字參數化以及特征造型技術的方法，建立零件內六角沉頭螺釘的標準件庫。通過對標準件庫中的內六角沉頭螺釘的調用實踐，以及對沉頭螺釘進行裝配試驗，詮釋了該標準件庫的正確性以及實用性。調用和裝配零件時，標準件庫中的內六角沉頭螺釘不僅可以直接被用來使用，還可以滿足裝配時不同規格螺釘的需要，這對提高產品的設計效率和設計質量具有很大的促進作用。

螺紋；內六角沉頭螺釘；標準件庫；部件族

在機械行業中，會用到大量的螺紋聯接件，比如在機構、機器與機械的制造、生產、裝配、運輸和設備維修中。如果每用到一種螺紋聯接件，都進行單獨建模制圖設計，既浪費人力時間，又不利于生產效率的提高。為了滿足在產品設計和生產裝配時可以隨時調用不同規格的標準件，本文采用CAD/CAE/CAM平臺上的一體化軟件UG NX的Grade和User Function二次開發工具[1]，針對產品建立了標準件參數化圖庫、行業標準件庫和通用件圖庫。利用UG軟件，產品設計者可以省略繁瑣的重復繪圖和建模，有效地減少了設計時間，提高了產品設計效率，同時也提高了企業內部之間傳遞數據速度以及傳遞數據的統一性，使制造團隊能快速優化生產過程模型，實現企業更高的成本效益。

1　UG NX條件下標準件庫的開發方式

UG NX環境下標準件庫的開發方式有如下幾種[2]。

1)關系表達式法。首先，建立標準件零件的三維模型；然后，通過過程Tools→Expression改正表達式中的特征參數值來驅動模型參數的更新，實現新的零件設計；最后，建立標準件庫。關系表達式法是基于UG/Modeling模塊來建立標準件庫的。

2)部件族(part families)法[3]。首先，建立一個標準件模板的三維模型；然后，用戶化命名參數表達式用于確定零件的尺寸，將零件各參數數據及其他信息導入電子表格的參數表內；最后，填寫該部件族內所有的零件相對應的參數值，獲取數據庫零件參數值。這類方法在調用標準件時，可以選擇任何一組參數來修改標準件模板的尺寸變量，從而得到所需相應的標準件模型。

3)編程法。采用UG NX/Open二次開發工具對每一種類型的標準件建立一個相對應的子程序，并自動形成裝配所需的part零件文件。采用這種方式，要求開發者應精通編程，另外，工作時間長，工作難度大[4]。

4)用戶自定義特征(UDF)法。采用UG NX中的UDF功能，先定義標準件的三維模型特征，調用時改變所需參數。該方式是基于UG/Modeling模塊來建立標準件庫的，采用這種方法，智能性和交互性較差，所以一般不予采用。

關系表達式法和用戶自定義特征法簡單、直觀，但調用標準件庫時不方便，且沒有圖形顯示，不能根據圖形進行交互式操作；而部件族法可以根據零件裝配的需要及時選擇參數，以生成其他所配的部件，易于操作。綜合上述各方法的優缺點，本文內六角沉頭螺釘標準件庫的開發采用了部件族法，它主要利用了數字化參數設計的基本思想。

2　螺紋聯接件標準件庫的建立

本文課題來源于昆明中鐵大型養路機械集團有限公司標準零件庫的建立和維護，在該項目中對不同類型的螺栓、雙頭螺柱、螺釘、螺母和墊圈等機械制造中常見的螺紋聯接件進行了相應的標準件庫建立。通過對螺釘進行分析，提取螺釘的建模基本參數，建立相應參數的表達式，采用部件族生成參數模型，并以GB/T 70.3—2008內六角沉頭螺釘為例，探討標準件庫的開發過程。

2.1參數提取

以螺釘為例進行建模分析，預先設置所需要的約束表達式，再分析其結構與尺寸。內六角沉頭螺釘(GB/T 70.3—2008)的基本參數提取見表1(以M8×60 mm為零件模板)[5-6]，其尺寸結構圖如圖1所示。

表1　內六角沉頭螺釘(GB/T 70.3—2008)的基本參數

圖1　內六角沉頭螺釘尺寸圖

螺紋的主要要素有螺紋大徑、螺紋中徑、螺紋小徑、螺距、線數、導程、螺紋升角、牙型角、牙型斜角和旋向。根據螺紋的牙型及尺寸，在三維設計螺紋時，螺紋的各個主要參數的詳細表示決定于螺紋實體建模時的具體結構尺寸。不同于其他模型零件的建模步驟，在螺紋建模過程中，牙型根據三維建模軟件系統自身的公式自動形成，因此公式合理化才能顯示詳細的螺紋。為了使UG NX 8.0系統能夠識別和運行，給定的詳細牙型公式應具有一定的邏輯性，建模設計也應滿足一定的要求。

2.2建立表達式

根據螺釘的主要幾何參數，在表達式中設定好各變量的表示，再輸入M8內六角沉頭螺釘中各變量的值，最后得到如圖2所示的表達式對話框。

圖2　表達式生成對話框圖

2.3創建模型

通過各種草圖和特征創建模型。在畫草圖時，各個尺寸應利用上述所生成的表達式，生成內六角沉頭螺釘M8×60 mm。模型創建的過程及最后生成的模型分別如圖3和圖4所示。

圖3　模型創建過程圖　　圖4內六角沉頭螺釘模型圖

2.4創建部件族

通過UG NX的部件族(見圖5)這一模塊功能，調用并導入編輯Excel表格，對標準件庫零件的每個參數進行參數化設計。

圖5　生成部件族

2.5調用顯示和裝配試驗參數化的標準件庫

通過調用內六角沉頭螺釘標準件零件庫中的螺釘部件，驗證通過部件族所建立的標準件庫的正確性。首先，創建一個新的文件，選擇進入到建模這一模塊；然后，打開資源條“重用庫”，選擇所要添加的庫，將內六角沉頭螺釘拖到繪圖區域區，彈出“選擇族成員”對話框；最后，選擇所需要驗證的螺紋標準件。內六角沉頭螺釘的參數化模型如圖6所示。

圖6　內六角沉頭螺釘的參數化模型

除了在三維繪圖軟件中調出驗證零件外，還應在實踐應用中進一步驗證螺紋聯接件標準庫的正確性以及實用性。通過對標準件庫中的零件調出顯示后，再進行裝配試驗，才能驗證所調用的螺紋聯接件是否符合裝配需要。本次項目中所建立的標準件庫，通過后續工作得到了很好的驗證。

3　結語

通過基于UGNX的內六角沉頭螺釘標準庫的開發，使參數化建模和標準件的正常調入、修改以及裝配調用得以實現。由上述可知，利用數字參數化設計螺紋聯接件，可以在一定的實用程度上制成符合不同規格的螺紋標準件庫，從而使標準件庫中的部件在實際生產應用中可以直接被調用，以提高螺紋聯接件三維建模的設計效率，進而提高總產品的設計及生產效率，使設計符合國家標準，具有重大意義。

[1] 劉莉莉.利用UG草圖實現模型的參數化設計[J].CAD/CAM與制造業信息化,2003(11):48-49.

[2] 劉靜靜,張培彥.基于UG的螺紋連接件的參數化設計研究[J]. 機械制造與自動化,2009,38(5):12-14.

[3] 陳琪,廖璘志, 陳洪容. NX6.0環境下六角螺母標準件庫的開發[J]. 機電產品開發與創新，2012,25(2):109-110.

[4] 王藝樹, 張毅, 梁強. 基于UG的參數化標準件庫的研究與實現[J]. 機械制造與自動化,2009,38(2):127-129.

[5] 毛雨輝, 邱長華. 基于UG的標準件庫的研究和建立[J]. 工程圖學學報,2007,28(1):157-161.

[6] 馮巖.基寸VB的AutoCAD二次開發標準件和常用件庫[J]. 新技術新工藝，2014(1)：52-54.

責任編輯馬彤

Development of the Threaded Connection Standard Parts Library based on UG NX

LI Qiao， MO Yumei

(Guang Dong Polytechnic College, Zhaoqing 526100, China)

Because the standard parts are possessed in large proportion to the whole parts, the establishment of standard parts library is an important way to improve the efficiency of product design. Using the expression and the function of part family, establish the hexagon countersunk screws standard parts library by using parametric and feature modeling method. Prove that the standard parts library is correct and useful based on the assembling experiment. When calling the parts for assembly, it can call different specifications of the hexagon countersunk screws from the standard parts library and greatly improve the design efficiency.

threaded connection， hexagon countersunk screws， standard parts library， part families

TH 131.3

A

李俏(1990-)，女，碩士研究生，主要從事數字化設計與制造等方面的研究。

2015-12-29