基于NX的精密模具標準件庫研究和開發

摘要：根據NX的參數化建模技術，對精密模具標準件庫的客制化開發進行了研究，并通過N型（標準）GB/T 97.4—2002《平墊圈 用于螺釘和墊圈組合件》標準件的開發案例，說明了精密模具標準件庫的開發方法及其設計規則。

關鍵詞：精密模具；標準件庫；NX；CAD；參數化

中圖分類號：TQ330.4+1" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）21-0027-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.21.007

0" " 引言

精密模具是一種用于生產高度精確的零部件的設備，根據其應用領域和制造工藝的差異，可以將其劃分為多個類別，包括沖壓模具、注塑模具、鑄造模具（其中又可細分為低壓重力鑄造模具、高壓鑄造模具、熔模鑄造模具等）。精密模具的多樣性表現在其獨特的特性和應用領域，這使得它們在市場上擁有廣泛的發展潛力。當前，精密模具領域的市場規模正持續擴張，并展現出以下特征：市場規模不斷攀升，我國模具企業數量已達3萬家，市場總值約為3 467億元，年度出口額接近50億美元。在市場結構層面，近年來汽車輕量化進程的持續推進以及我國塑料工業尤其是現代新型材料工業的不斷壯大，促使注塑模具市場迅速擴張，其占比約為45%。接下來依次為沖壓模具和鑄造模具，它們的占比分別約為37%和9%[1]。觀察我國模具應用市場現狀，可以發現各類模具產品在電子、汽車、家電和通信等行業得到了廣泛運用。依據相關數據分析，我國模具市場中，汽車相關模具的比例最高，約占34%，家用電子類占比約為28%，而IT（信息技術）類占比約為12%。這三個領域的總和約占我國模具行業總產值的74%[2]。

在數字化技術逐漸滲透到制造業領域的背景下，尤其是隨著計算機技術的迅猛發展與廣泛推廣，三維數字化技術已經成為精密模具設計和制造過程中的核心工具。在注塑模具的設計階段，非標準零部件的開發所需工作量頗為繁重。在先進國家（例如日本和德國），模具標準化程度高達整套模具的80%以上，甚至更高。然而，在我國，精密模具標準件的使用及標準件定制開發應用的比例相對較低，大約為45%，有時甚至更低。因此，在精密模具設計與開發過程中，交付時間相對較長，同時也提高了模具生產成本[3]。借助三維設計軟件平臺，構建精密模具的三維標準零件庫（其中可包含零件二維工程圖、零部件制造工藝等信息），能夠顯著提升精密模具的設計與制造效率及質量，同時降低生產成本。這對于提高我國精密模具設計與制造水平具有重要意義。

在三維設計軟件平臺上構建參數化的標準零件庫是一項關鍵的應用開發任務。通過這些開發的標準件模具零件庫，可以直接提供可重復使用的模具零件三維模型、二維工程圖紙以及制造工藝等相關信息。當前，市場上普遍使用的三維設計軟件大多采用國外標準件庫，與我國國家標準存在一定差異，這對我國精密模具設計師造成了諸多困擾。因此，利用適宜的設計軟件平臺構建一個符合我國實際情況的精密模具零部件標準庫顯得尤為關鍵。

自20世紀80年代后期起，我國開始采納國際先進的三維工業設計軟件。經過多年的實踐與沉淀，目前在模具行業已基本實現普及。在眾多工業CAD軟件應用平臺中，NX、Creo、Catia、Solidedge、Solidworks、中望3D、CAX、CrownCAD、Sinovation等使用尤為廣泛。在模具設計與制造領域，NX軟件的應用已經普及。然而，其標準零件庫中所包含的零件數量較少，且大多為國外標準件，這一現象已成為制約行業企業發展的關鍵技術障礙。本研究以NX2206為核心，借助其全面的定制開發功能，構建了一套精密模具標準零件庫。通過該標準件庫，可以實現高效便捷地調用庫中零件。此外，采用開放式標準件庫的定制開發策略也為行業工程技術人員提供了機會，以打造具有企業特色的標準件庫。這一做法能夠顯著增強模具企業在市場競爭中的地位和生存能力。

1" " NX的標準件定制開發功能

NX軟件屬于西門子PLM公司旗下的CAD/CAM/

CAE集成工業軟件應用平臺，它提供了多樣的二次開發工具（NX Open API、NX Open Grip、NX Open Menu Script、NX Open UI Styler、Knowledge Fusion、Visual C++、Python、Java等接口；API函數庫，例如.Net等），可用于實現相關功能。

除了上述二次開發語言工具，NX還提供了一系列客制化定制工具。這類工具的應用不需要掌握高級編程技能，僅需借助NX自身的三維建模功能以及辦公電子表格軟件，便可實現標準件庫的定制開發。這類定制開發工具包括：復用組件（Reuse Components）、零件系列（Part Family）、模具導向模塊內的標準部件注冊工具、產品模板編輯室（Product Template Studio）、用戶自定義特性（UDE）、塊UI樣式編輯器、驗證規則編輯器、知識融合腳本語言等。這些工具能夠充分利用經驗證的行業專家知識庫，構建適用于特定行業或企業的零件標準化庫和專業知識庫，從而顯著提升企業產品質量，縮短產品交付時間，減少生產成本，并增強企業競爭力。

2" " 精密模具標準件的研發方法（基于NX2206版本）

在對NX各類定制開發策略進行綜合評估后，本研究選取了基于NX重用庫中標準件的結構作為自定義精密模具標準件庫的構建方法。這一過程涉及運用NX的三維建模技術，并通過電子表格實現標準件庫的搭建。此方法無須精通高級計算機編程語言，適用于大多數NX應用工程師，只要熟悉NX的參數化建模技巧，便能迅速掌握并運用于定制專屬（行業、企業）標準件庫的實際開發。

基于NX重用庫標準件的一般創建流程如下[4]：

1）創建標準件的3D參數化模型；

2）制定標準零件的示意圖（bmp格式），并在該圖像上注明關鍵索引參數以及其他指示性參數名稱；

3）創建標準件家族；

4）組織標準件庫文件目錄；

5）創建標準件知識融合（KRX）腳本文件；

6）調用標準件庫零件進行測試、修改、定型。

3" " 精密模具標準件庫的系統結構

本文以N型（標準）平墊圈為例，闡述了基于NX軟件的精密模具標準件庫定制開發過程及規范要求。

3.1" " 創建參數化標準件三維模型

依據GB/T 97.4—2002《平墊圈 用于螺釘和墊圈組合件》的標準件參數表（圖1），在NX軟件中運用建模工具創建3D模型（文件名稱為：N型平墊圈，GB-T97_4-2002.prt），圖2展示了相關的3D模型參數表達式。通過“工具—指派材料”選項，將3D模型的材質設置為“鋼鐵”。進而創建3D模型零件屬性“直徑”，該屬性與標準件庫中的“規格”參數相對應，其屬性表如圖3所示。

3.2" " 創建標準件的示意圖（bmp格式）

如圖4所示，制定標準件調用索引（在本示例文件中，選取標準件的“規格”參數作為索引參數，對應3D模型文件中的屬性為“Diameter”）。因此，在設計過程中，根據螺釘的直徑規格來選擇相應的墊片。若需要挑選圖1中的尺寸為“2”的墊片，其墊片規格參數如下：d（公稱）=1.75 mm、dc（公稱）=5 mm、h（公稱）=0.6 mm；針對3D模型標準零件的參數和屬性，具體表現為：內徑=1.75 mm、外徑=5 mm、體厚=0.6 mm，直徑規格為M2。3D模型參數與標準件參數對應關系如表1所示。

3.3" " 創建標準件家族

在NX系統里導入之前已經建立好的墊圈三維圖形，通過“工具→部件族”，在列表中添加“表達式”中的參數“內徑、外徑、體高”，“屬性”中的參數“Diameter、$DESCRIPTION”，勾選部件族對話框“設置”中的“可導入部件族模板”，進而創建如圖1表格所示的N型標準平墊圈系列部件家族參數庫。具體數據如圖5所示。

3.4" " 組織標準件庫文件目錄

將之前制作好的N型平墊圈3D零件文件“N型平墊圈，GB-T97_4-2002.prt”以及圖像文件“N型平墊圈，GB-T97_4-2002.bmp”復制到NX重用庫文件中的“GB標準零件”目錄的墊圈類別（NX2206版本的目錄為：NX安裝路徑＼localization＼prc＼GB Standard Parts＼Washer＼Plain）下（圖6），在指定目錄中，復制一份知識融合腳本文件“*.krx”，并對其文件名進行修改，使之與3D部件文件、圖片文件保持一致性，即更改為“N型平墊圈，GB-T97_4-2002.krx”。

3.5" " 創建標準件知識融合（KRX）腳本文件

通過文本編輯調整“N型平墊圈，GB-T97_4-2002.krx”的內容，使其與部件文件、零件示意圖片文件以及選用標準件時的索引尺寸規格、查詢的標準件尺寸相協調。具體如圖7所示。

3.6" " 調用標準件庫零件進行測試、修改、定型

在NX軟件里創建一個新的零件模型，在重用庫中選擇“GB Standard Parts—Washer—Plain”文件夾，在“成員選擇—Plain”中可以找到客制化的“N型平墊圈，GB-T97_4-2…”標準件庫文件，選取指定圖形后將其拖拽至建模區域，此零件將作為組件被納入當前新創建的部件文件，并觸發“添加可重用組件”對話框。在此對話框中，通過調整“主參數”來進行標準件的篩選、修改和確定，如圖8所示。

4" " 結束語

本研究闡述了基于Siemens NX平臺，以重用庫知識融合為核心的參數化標準件庫的設計原理和結構。該方法無須運用計算機軟件開發的各類高級編程語言及語法，操作相對簡便，易于學習，極適合行業企業工程技術人員。

[參考文獻]

[1] 余暉.2023年中國模具行業市場現狀分析：國內制造業蓬勃發展，行業規模快速擴張[EB/OL].智研咨詢，（2023-09-16）[2024-07-22].https：//www.chyxx.com/industry/1156964.html.

[2] 觀研天下.中國模具行業現狀深度分析與投資戰略研究報告（2023—2030年）[R]，2023.

[3] 孫文學.基于UG NX的壓鑄模三維標準件庫開發及應用[J].模具制造，2012，12（3）：13-16.

[4] 中國就業技術指導中心.模具設計師（注塑模）（國家職業資格二級）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

收稿日期：2024-08-07

作者簡介：孫文學（1971—），男，湖南沅江人，機械高級工程師，主要從事產品設計及模具CAD/CAM、數控銑多軸加工技術、數字孿生技術等領域的研究工作。