基于UG的手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

陳恭謙，劉大慧，劉勝勇，袁清珂

(1. 深圳市飛亞達(dá)精密計(jì)時(shí)制造有限公司，廣東深圳518057;2. 湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南湘潭411101;3. 廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州510006)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是提高設(shè)計(jì)效率的重要手段。在手表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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(jīng)常使用的零件，其結(jié)構(gòu)形式基本不變、只是尺寸的變化。為了提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)效率，可以針對(duì)這些常用零件建立參數(shù)化模板。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，調(diào)用這些模板，修改其尺寸、進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以極大地提高設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)效率，同時(shí)，也便于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)范化管理。

1 手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的技術(shù)與方法

手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)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(shù)，直接在建模空間中生成模型。其實(shí)現(xiàn)方法一般是利用宏錄制功能，將建模代碼記錄下來(lái)，然后對(duì)宏代碼中的參數(shù)進(jìn)行分析轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為各種變量。在此基礎(chǔ)上，將宏代碼轉(zhuǎn)化成為生成特定模型的功能函數(shù)，以變量來(lái)控制模型的各類參數(shù)。另一種是模板建模，是將預(yù)先設(shè)定好的模板中的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行修改后得到新的模型。實(shí)現(xiàn)方法主要是先利用三維建模軟件建立一個(gè)零件的模板，并且對(duì)零件中的部分特征進(jìn)行約束，使其關(guān)聯(lián);同時(shí)對(duì)必要的尺寸進(jìn)行命名，以為后續(xù)程序開(kāi)發(fā)中查找尺寸提供方便。在后續(xù)程序開(kāi)發(fā)中，主要是要將模板導(dǎo)入到環(huán)境下，并且根據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)定對(duì)模型進(jìn)行修改，從而完成模型的參數(shù)化建模過(guò)程。

基于模板實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模的方法，主要有3 個(gè)步驟:

第一步，將手表零件進(jìn)行分類和規(guī)范化。手表零件的分類主要按照結(jié)構(gòu)的差異性來(lái)進(jìn)行區(qū)分。同一類型的零件，如果其結(jié)構(gòu)有差異，必須從同類中分離出來(lái)。因?yàn)椴捎媚０褰＃仨氁心０澹怪蔀橥惤Y(jié)構(gòu)零件中的一個(gè)范本。范本內(nèi)的零件只有尺寸的差異，沒(méi)有結(jié)構(gòu)的差異。此外，還要對(duì)零件的尺寸進(jìn)行規(guī)范化系列化，規(guī)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(hào)相對(duì)應(yīng)，便于標(biāo)準(zhǔn)化命名。對(duì)如玻璃、I-Ring、底蓋、巴頭、巴管等零件進(jìn)行了規(guī)范化系列化。

參數(shù)化模板需要對(duì)三維模型進(jìn)行參數(shù)化尺寸定義(如圖1 所示)，并對(duì)尺寸間變量名稱和關(guān)系進(jìn)行定義(如表1 所示)，然后確定尺寸標(biāo)準(zhǔn)化默認(rèn)值(如表2 所示)。

圖1 參數(shù)化尺寸定義

表1 尺寸間變量名稱和關(guān)系

表2 尺寸標(biāo)準(zhǔn)化默認(rèn)值

第二步，建立各種零件的模板。零件模板的建立主要通過(guò)三維建模軟件來(lái)完成，但是模板的建模與普通零件的建模有所區(qū)別:普通零件建模目的是只是要建立一個(gè)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(duì)模板的影響。因此。模板的建立必須具有一定的規(guī)則，這些規(guī)則往往是通過(guò)尺寸約束來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些規(guī)則如下:

(1)模板內(nèi)必須有至少一個(gè)固定約束，這個(gè)固定約束應(yīng)該作為其他尺寸的參考基準(zhǔn)。如圖2 所示，Line1 為固定約束，也是其他尺寸的參考對(duì)象。

(2)對(duì)于無(wú)法利用固定約束作為參考基準(zhǔn)的特征，必須找到并利用該特征相對(duì)位置關(guān)系來(lái)對(duì)特征進(jìn)行定位。如圖3 所示，圖中的匙眼位置，則是通過(guò)定義相對(duì)位置關(guān)系來(lái)進(jìn)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(shí)保證關(guān)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(jìn)行倒角來(lái)完成建模，同時(shí)也可以采用建立截面草圖然后旋轉(zhuǎn)草圖生成模型。但是前者包含1 個(gè)圓柱體拉伸特征、2 個(gè)倒角特征總共3 個(gè)特征，而后者實(shí)際只有1 個(gè)特征，相比之下后者比前者更為合適。因?yàn)檫^(guò)多的特征不利于進(jìn)行特征間的定位和特征內(nèi)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(yè)規(guī)范標(biāo)注好尺寸，如圖4 所示。經(jīng)過(guò)這樣的定義，可以保證生成的參數(shù)化模型能夠繼承這些布局和標(biāo)注。

第三步，利用三維建模軟件的二次開(kāi)發(fā)接口，開(kāi)發(fā)與模板對(duì)應(yīng)的建模和制圖函數(shù)，具體流程如圖5 所示。首先用戶選擇零件類型，輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算其他參數(shù)值。用戶可根據(jù)需要自行進(jìn)行修改，系統(tǒng)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(jìn)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(shù)化設(shè)計(jì)的工作流程

第四步，開(kāi)發(fā)手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)化的添加、修改、刪除、備份等功能，以不斷豐富完善零件參數(shù)化設(shè)計(jì)庫(kù)。

2 手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

在UG 環(huán)境下，通過(guò)NX Open 接口和Visual Studio 2010 編程環(huán)境，開(kāi)發(fā)了手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，目前已開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用時(shí)，選擇不同的零件參數(shù)化模板，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸入?yún)?shù)化變量的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊建模按鈕，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成三維模型;點(diǎn)擊制圖按鈕，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成二維圖紙，圖6 所示。

圖6 手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用

3 結(jié)論

手表零件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的一個(gè)組成部分，現(xiàn)已在企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的效果。得到以下結(jié)論: (1)把企業(yè)產(chǎn)品常用零件、標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以大大提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率; (2)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)參數(shù)化設(shè)計(jì)模板時(shí)，需定義尺寸變量、約束關(guān)系、默認(rèn)值，同時(shí)也需要開(kāi)發(fā)參數(shù)化模板庫(kù)管理系統(tǒng)，以對(duì)該庫(kù)進(jìn)行管理和維護(hù)。

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