UG的参数化建模方法四篇

2024-08-20

UG的参数化建模方法篇1

参数化设计(Parametric Design)也叫尺寸驱动(Dimension-Driven),它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能,还具有自动绘图的功能。利用参数化设计手段开发的实用产品设计系统,可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来,从而大大提高设计速度,并减少信息的存储量。应用参数化设计系统进行机械产品设计,能将已有的某种机械产品设计的经验和知识继承下来。参数化设计的参数化模型的尺寸用对应关系表示,即给图形元素赋予相应的变量,而不需要确定具体数值。当变化一个参数值,将自动改变所有与其相关的尺寸,并遵循约束条件。

在新产品的设计开发中其全新设计只占据20%,大部分则是复用已经存在的设计或对已有设计进行改进,特征技术满足了高层次抽象描述的需要,有效地提高了几何建模的效率[1],因此特征技术被越来越广泛地应用于参数化设计中。

1 特征

从CAD/CAM角度上看,特征是CIMS的核心部分,贯穿于零件从设计、制造到成品的全过程。自20世纪70年代末提出特征的概念以来,通过对特征的定义,可以避免计算机内部实体模型数据与外部特征数据的不一致和冗余。1985年Pratt和Wilson[2]给出了一个比较广泛的关于特征的概念性定义:“特征就是对零件表面感兴趣的区域”,也就是说产品的不同环节,只要是对研究或操作有用的信息,均可称之为“特征”。Shah[3]也提出:“特征是一个形状,对于这类形状,工程设计人员可以附加一些工程信息特征、属性以及可用于几何推理的知识”。根据应用领域和条件的不同,特征的定义也有所不同。对于一个特征来说,其构成的几何图素之间的拓扑关系是不变的,特征形状的变化可通过为特征定义不同的参数值来实现。因此对零件的修改就可以转化为对构成零件的特征参数值进行修改,不用直接修改几何图素的特征,方便了零件的设计修改过程,提高了设计的效率和准确性。

2 UG参数化建模的实现

2.1 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,它能在草图设计时,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 的尺寸约束的特点就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。

2.2 特征和表达式驱动图形

UG建模技术是一种基于特征的建模技术,其模块中提供各种标准设计特征,各标准特征突出关键特征尺寸与定位尺寸,能很好地传达设计意图,并且易于调用和编辑,也能创建特征集,对特征进行管理。特征参数与表达式之间能相互依赖,互相传递数据,提高了表达式设计的层次,使实际信息可以用工程特征来定义。不同部件中的表达式也可通过链接来协同工作,即一个部件中的某一表达式可通过链接其他部件中的另一表达式建立某种联系,当被引用部件中的表达式被更新时,与它链接的部件中的相应表达式也被更新。

2.3 利用电子表格驱动图形

UG的电子表格(Spreadsheet)提供了一个Microsoft Excel与UG间的智能接口。在建模应用模块中,UG电子表格是较为高级的表达式编辑器,可以将参数信息从部件提取到Excel中,在更新部件前可进行手工处理。事实上,表格驱动的界面及内部函数为相关的参数化设计提供了方便而有力的工具。

2.4 基于Wave的自顶向下装配设计

从设计人员的思维角度来说,设计是一个不断细化求解、从全局到局部的过程,这是一种称为“Top-Down”的自顶向下的设计过程[4]。

根据设计后续各阶段的要求,产品模型应该是一种树状与网状相结合的模型,便于组织和管理数据。树状能够清晰地描述产品中零部件之间的层次结构,网状可以描述产品中零部件之间的关系。Top-Down设计方法可以满足这种需求,便于用树状结构来描述产品结构模型,允许设计者在高层产品设计发生变化时自动更新低层零部件的设计,如图1所示。由于产品的总体参数、产品的包容空间、零部件的布置与定位等主要参数都在装配的高层定义,而详细设计在零部件的底层构建,因此,通过设定产品的高层几何定义和约束,使得详细设计可以在概念设计完成之前开始实施,使产品设计并行开展。

2.5 网络协同设计

随着网络技术的发展,为并行工程带来了新的内涵,UG/Wave技术为此提供了一个桥梁,允许产品的设计者们分布在不同的区域,并行对产品进行设计。首先服务器利用UG软件建立产品模型,确定产品的主要参数以及产品各零件之间的约束关系,并将其传递给分布在不同地域的各个节点,然后节点的设计师根据产品功能要求对产品进行设计。零部件之间的约束关系,可以通过UG/Wave来关联。网络协同设计过程见图2。

3 设计示例

现以推进器上、下罩壳设计为例,说明UG参数化设计的过程。首先创建一个装配文件assemble.prt,在装配中添加一个底盖文件down.prt,然后以底盖文件为工作部件,对底盖进行设计,如图3所示。接下来,在装配中添加一个顶盖文件top.prt,以top.prt为工作部件,通过Wave建立与down.prt之间的联系,利用“镜像体”可得到如图4所示结果。建立起top.prt与down.prt之间的约束关系,当down.prt的参数发生变化时,top.prt的参数也随之改变,从而达到参数化设计的要求。

4 总结

特征的研究为机械制造各领域带来了新的发展,也为参数化设计趋向智能化设计提供了研究的基础,基于特征的参数化技术也为三维软件的发展注入了新的活力。

参考文献

[1]李爱民,方宗德,张国胜.几何模型自由特征设计复用技术[J].机械设计,2007(5):68-70.

[2]Pratt M J,Wilson P R.Requirements for support of formfeatures in a solid modelling system:Technical Report,R-85-ASPP-01[R].USA:CAM-I Inc,1985.

[3]Shah J J,Tadepalli R.Feature based assembly modeling[J].Computer Engng,1992(1):253-260.

UG的参数化建模方法篇2

关键词：滚珠直线导轨副,参数化建模,自动装配

0 引言

机床的发展水平是衡量一个国家科技水平和现代化的重要标尺之一，而导轨是机床的重要零部件[1]。导轨副优点是结构紧凑、安装简便、承载性能好、反应灵敏[2,3]，近年来导轨副在国内发展比较迅速，已经广泛应用在加工中心、数控机床上，产品的多样化生产要求直线导轨副的设计分析更加趋于专业化。为了对导轨副进行多体动力学、热平衡等有限元分析，必须精确地建立滚珠直线导轨副。Creo是现阶段比较流行的CAD/CAM/CAE软件之一，其为用户提供了丰富的二次开发工具。根据不同类型的导轨副具有相同或相似的结构，利用对Creo软件进行二次开发实现参数化，能够减少设计中大量的重复性工作从而提高工作效率[4,5]。

本文基于Creo软件的Pro/TOOLKIT进行二次开发[6]，为用户提供了友好的交互界面，运用参数化的设计方法，简化了用户的使用难度，加快了参数化导轨副设计的进程，实现了导轨系列产品的快速、高效、参数化、自动化三维实体设计，减少了设计更改50%以上，缩短了开发周期约1/3，降低了研发成本近1/2，安全高效。

1 Pro/TOOLKIT二次开发技术

Pro/TOOLKIT为PTC专用于Creo二次开发的函数库，它给第三方应用程序和用户提供了与Creo的无缝连接。Pro/TOOLKIT封装了很多关于Creo底层资源调用库函数和头文件，外部应用程序可以安全有效地访问Creo数据库和应用程序，使用C语言编程和应用程序与Creo的无缝集成，第三方和客户可以在Creo系统中添加需要的功能。

对于应用程序，Creo提供了两种工作模式[7]：异步模式（Asynchronous Mode）和同步模式（Synchronous Mode）。前者因使用比较复杂故使用很少，同步模式有动态链接库模式（DLL）和多进程模式（Spawn）。Pro/TOOLKIT应用程序集成到Creo中的标准方法为DLL，在该模式下，通过函数调用来实现Pro/TOOLKIT应用程序和Creo的信息交换。Pro/TOOLKIT开发应用程序包括了3个基本步骤：编写源文件（程序源件和资源文件）、生成可执行文件和可执行文件在Creo中注册并运行。

2 参数化设计

导轨副是机床的一个重要组成部分，本文把滚珠直线导轨副作为研究对象，在Creo二次开发研究的基础上，对其参数化设计进行研究与开发。滚珠直线导轨副可划分为五个大部件：滑块、导轨、滚珠、端盖和反向器。首先对每个零件进行检查，提取各个零部件主要参数以及需经常修改的详细参数，然后建立滑块、导轨、滚珠、端盖和反向器的尺寸驱动参数。本文基于零件特征建立特征参数，特征参数可分为结构参数、驱动参数、工艺参数。结构参数被用来快速调用导轨副参数化模型；驱动参数的作用是根据客户要求对其进行修改以得到客户需求的导轨副；工艺参数则是对参数化模型细节进行修补改善。滚珠直线导轨副参数的分类见表1。

性能参数（刚度等）对结构参数约束，当所建立的模型不能达到导轨副的性能指标时，系统提示错误，进行参数修正。

利用Creo软件，用户可以方便地建立尺寸参数与模型尺寸关系，点击“工具-关系”建立尺寸驱动与模型的关系，其中驱动参数在“工具-参数”建立，名称在此处自行定义。本设计建立的参数名称和初始值如图1所示，其中定义参数名称采用惯用的导轨副各尺寸标注名称。

3 系统设计

3.1 滚珠导轨副设计原理

滚珠直线导轨副设计开发平台采用零件并行设计模式，设计流程如图2所示，用户设定模型主要参数，将主要参数输入到计算机，设计数据输入计算机后系统自动完成对模型的校验，确定设计是否可行，不可行系统提示错误，修正进行重新设定；可行，完成模型建立，进入装配，进行自动装配，装配完成进行干涉检查，不满足条件修正参数，满足保存退出。滚珠直线导轨副模型中滚珠的数量众多，占用了大量的时间，各个滚珠尺寸和性能参数相同，完成一个设计后，系统将自动完成其余滚珠的设计。

3.2 用户界面设计

MFC为Creo对话框开发的可视化工具，其建立的对话框与Creo集成，用户可以高效、方便地与Creo进行交互操作，选取所需要的模型数据，对参数进行设置，简单而且操作快捷。界面中主要是通过编辑框的形式将数据传给参数从而达到改变模型尺寸的目的，如图3所示采用了标签控件实现各个零件对话框的相互切换，将数据输入编辑框便可控制模型尺寸。其具体代码如下：

DDX＿Control和DDX＿Text两个函数是将编辑框输入的内容取出来，然后通过函数ProParam eterValueGet将数值传递给参数Φ（滚珠直径），最后使用函数ProSolidRegenerate完成模型的更新。

3.3 数据库设计

导轨副特征数据比较多，手工输入效率低，本设计采用了ADO数据管理技术，通过对象模型提供数据的底层连接，比较容易实现[8]。设计平台为模型参数提供数据主要是采用ADO技术访问数据库的形式，将检测仪所提供的Excel数据汇总导入到Access数据库，为ADO数据管理访问数据库做准备。

数据库中的数据以一行为单位保存，保持着严格顺序性，主要分为数据部分和标志部分，标志部分方便程序查找和调用。调用数据库主要分成连接、命令和读取三部分，对应的程序分别是Connection、Command和Recordset对象。

3.4 滚珠直线导轨副建模实例

首先将已经完成的dll文件导入到Creo，菜单栏将出现新的菜单项“滚珠直线导轨副参数映射”，如图4所示。菜单下拉列表分别是：导轨、滑块、滚珠、端盖、反向器。选取滑块进行验证，单击滑块，弹出一个对应的对话框，如图5所示；然后通过提示输入相应的参数值，选择第几条记录连接到数据库读取相应的数据，单击确定，完成滑块的建模，如图6所示。

3.5 自动化装配

将滚珠直线导轨副虚拟装配系统应用在产品开发过程中，能基于三维实体模型在计算机上进行数字化的装配，并做为分析与验证产品可装配性的可视化工具。整个导轨副结构设计与优化后，装配体是否满足可装配性的要求、装配体结构内各零部件之间是否发生干涉、导轨副在装配过程中是否发生干涉以及导轨副在工作过程是否发生干涉需要在滚珠直线导轨副虚拟装配模块进行检查，为导轨副设计提供反馈[9]。程序设计采用函数应用法，此方法在程序设计之前，应该首先规划好整个产品的结构，即零件彼此之间所有的约束关系，在此基础建立装配体虚拟模型。滚珠直线导轨副最主要约束关系包括滑块与滚珠、滚珠与导轨、滚珠与滚珠的约束关系。滚珠直线导轨装配后效果如图7所示，其干涉检查如图8所示。部分代码如下：

4 结论

本文在对Creo二次开发的基础上，综合Creo工具集Pro/TOOKIT所提供的优势，对滚珠直线导轨副部件参数详细分类，对滚珠直线导轨副零部件进行参数化设计；将其零部件参数分类为结构参数、驱动参数和工艺参数。经过程序的编译，得到滚珠直线导轨副参数化设计系统，可以实现滚珠直线导轨副三维模型的自动化装配，并进行干涉检查。该系统提高了生成模型的效率，缩短了模型设计周期，降低了模型出错概率。但是，Creo二次开发参数化建模在细小特征的处理上仍存在不足之处，如果完全满足用户的需求，参数化建模后还需要对模型进行细微的修改，或者采用人机互动操作方式来进行参数化建模。

参考文献

[1]郑茜滢.高刚度滚动直线导轨设计及精度分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2013:1-15.

[2]黄新.滚动直线导轨副性能分析及工程技术研究[D].武汉:华中科技大学,2005:20-28.

[3]屈岳陵.直线导轨的原理与发展[J].现代制造,2003(20):40-42.

[4]张军伟,王士军,郑晓龙.基于SolidWorks尺寸驱动法二次开发的滚珠丝杠三维建模[J].组合机床与自动化加工技术,2015(11):22-24.

[5]黄康,熊杨寿,陈奇,等.对数螺旋锥齿轮参数化建模方法研究[J].组合机床与自动化加工技术,2015(10):8-11.

[6]曾庆芦,李铂涛,刘昊,等.基于CARD和Pro/E二次开发的轧机零件参数化设计[J].机械工程与自动化,2015(5):41-42,45.

[7]史晓航,牛秦洲.基于Pro/Toolkit二次开发机床零件参数化变形研究与实现[J].机床与液压,2014(22):1-4.

[8]徐枫,马国之,刘良旭.基于ADO技术的数据库访问研究与实现[J].计算机工程与设计,2004(1):107-110.

UG的参数化建模方法篇3

关键词：建模；设计；参数化；UG

1 参数化建模概念

参数化建模技术是UG软件的精华，是CAD技术的发展方向之一。在整个产品开发过程中，Unigraphics提供给设计人员强大的设计功能。但怎样才能使产品之间在设计过程中产生关联，以实现产品的各零部件间的协同变化、快速修改，提高产品设计的效率，减少设计人员的工作量，这些都可以通过参数设计来实现。

参数是设计过程中的核心。参数化设计也可称为尺寸驱动，是指参数化模型的所有尺寸，部分或全部使用相应的表达式或其他方式指定，而不需要给出指定具体数值的方法。参数化设计是可以修改若干个参数，由UG NX自动完成表达式中或与之相关联的其他参数的改变，从而方便的修改了一条曲线、一个轮廓，甚至生成新的同类型模型。其本质是在保持原有图形的拓扑关系不变的基础上，通过修改图形的尺寸（即几何信息），而实现产品的系列化设计。

2 参数化建模分类

对产品进行设计建模的基础是对产品的了解程度。只有在了解了产品的结构特性及产品的设计意图为基础上，才能更好的对产品设计和建模。设计时要根据零件产品的结构特性，设计出零件各个部分的拓扑关系，最终把设计者的设计意图通过UG的参数化工具反映到零件产品的设计建模中。设计过程是一项很艰巨的任务，从提出设计方案到最终完成要经历漫长的积累，这期间还要不断的修改。因此，从这个意义上讲，建模的过程就是不断修改的过程。利用UG进行参数化设计的优势就是能够方便的对产品模型进行修改，减少设计人员的劳动量，提高产品设计效率。

2.1 使用表达式进行参数化建模

表达式是UG中进行参数化设计的一个非常重要的手段。表达式的特点是把各参数之间的关系通过指定各参数的函数关系来表达。可以把参数定义为具体数字、三角函数、数学计算公式，或者把几个参数用数学运算符连接使其产生关联。如想对零件进行修改，只要改变表达式中一个或几个参数就可以实现。将这种易于修改的特性应用到汽车、航天等领域，可实现系列化零件设计。

在UG NX表达式操作中，会弹出“编辑表达式”对话框。在此对话框中，可以对有特殊意义的表达式重命名，便于和其他表达式区别，同时利于查找。对表达式也可以加注解，用来描述该表达式的含义。例如，齿轮的分度圆直径可以表达为齿轮齿数的函数。当齿轮的齿数发生变化时，只需修改齿数参数，则齿轮的分度圆直径也自动随之改变。

在整个建模过程中，如有某个表达式引用很频繁，为了便于记忆与输入，可给它输入一个简单易记的名称（如半径可用R表示）。在设计完成后，再将其名称改为一个更具易于识别的名称即可。

2.2 利用电子表格进行参数化建模

在表达式操作功能中，UG NX提供了通用的电子表格、“用户入口”（Gateway）电子表格、编辑表达式的电子表格和建模应用电子表格，共四种电子表格。每一种电子表格与部件的关系都略有差异，与其功能都略有不同，各具特点，需灵活运用。

电子表格能作为.prt文件保存。在电子表格中可以对表达式进行编辑，也可以创建函数公式和注解等信息。为了更好的使用这些强大的参数化工具进行建模设计，在建模之初就应提前理清思路，以减少反复修改的工作量。

电子表格的创建步骤，首先是参数化模型的创建，然后是电子表格的创建。参数化模型创建后，模型中的尺寸和位置含有若干参数。创建电子表格后，需把这些参数一一摘出，输入到电子表格中，再对参数分别定义，使参数与模型尺寸和位置分别对应。通过使用电子表格，使得模型尺寸与表格中的参数建立了联系。此时，若想对模型结构进行调整，可以直接通过修改电子表格中的若干参数来轻松实现。此时的参数化模型也可通过改变参数成为多个同结构不同尺寸和位置的新的模型零件。因而可大大减少重新建立模型、修改模型所花费的时间和精力，提高了工作效率。

2.3 基于特征进行参数化建模

UG NX的建模包含几何建模和特征建模两种方式。其提供的设计特征多达十数种。特征可拥有如下状态：被抑制（suppressed）、过期的（out-of-date）、父特征过时（parent is out of date）和不激活（inactive）。

UG NX的参数化建模的最核心技术就是基于特征的参数化建模。现在的产品模型不仅要包含各要素的尺寸、各结构的位置等信息，还要有产品的精度、公差、注释等信息。可以说UG NX是第三代CAD技术的典型代表。其与前一代产品比较，更符合当代技术飞速发展，零件产品要求更高的趋势。

3 数化建模应用

参数化建模以其自身快速、高效、简单易用的特点得到了广泛的应用，在汽车、航天、机械零件、模具加工、医疗器械等行业都使用较多。除了上述行业可以应用在单一零件设计以外，利用参数化设计模型还可以进行零件的系列化产品建模。系列化产品建模其中最重要的工作就是对需要系列化建模的零件产品进行分类，确定零件样板。此样板要求必须具备此系列零件的所有特征。在确定了零件样板的基础上，接下来，需选取一组合适的参数来定义模型。在众多的模型尺寸中究竟选择哪个尺寸做参数是个值得深究的问题。此参数选择不正确，直接会影响到参数化模型的生成速度和优化程度。在这些前期工作完成的情况下，设计人员可以对关键参数进行修改，改变模型的尺寸和不同部件间的位置数值，以得到系列化零件。

综上所述，UG参数化建模主要是维持模型的拓扑关系基本不变，通过尺寸驱动模型，即改变模型的尺寸，或改变表达式中的参数值来实现模型的重建，适合结构类似或同系列的产品设计。UG提供的参数化设计技术，是较为高级的建模手段，设计人员不需要投入大量精力掌握其建模方法，易于理解和操作，也为产品设计的各环节提供必要的信息支持。而且，利用参数化设计可以极大的提高设计效率，被越来越广泛的应用。

参考文献：

[1]UG NX6.0 零件与装配设计[M].清华大学出版社.

[2]关意鹏，关来德.基于Excel参数表的三维零件库的设计.