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摘要：本文首先简要介绍了基于UG软件的参数化建模技术，然后对UG参数化标准件库建立方法进行研究和分析，并以圆锥滚子轴承零件三维模型为例介绍创建模型零件库的过程，适用于研究UG下三维标准件库的建立与开发流程。
关键词：UG软件；参数化设计；标准件库；应用
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: This paper briefly introduces the parametric modeling technology based on UG software, and then carry on research and analysis of UG parametric standard part library based method, and the tapered roller bearing the three-dimensional model of the part as an example to introduce the process of creating the model of parts library, application of establishment and development process to study UG 3D standard part library.
Keywords: UG; parametric design; standard parts library; application
中圖分类号：TH39 文献标识码：A文章编号：
参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容，也是当前三维CAD技术的研究热点。由于UG软件是目前来说世界上比较先进的数字化的设计制造以及解决方案，此款软件能够提供建模技术、UG/WAVE技术以及二次开发工具，因此，研究UG参数化技术有利于建立具有可扩展性和实用性的三维标准件库。
一、UG参数化建模技术
所谓的参数化设计技术主要是指相关的设计人员依据工程以及几何关系，指定自身的设计要求，利用尺寸参数对产品所具有的几何图形进行定义，如果尺寸参数发生了改变，通过参数化设计技术能够及时地更改几何图形，从而促进产品几何模型进行相应的更新。
（一）参数化模型
参数化设计首先要建立适当的参数化模型。参数化模型是通过捕捉模型中几何元素之间的约束关系，将几何图形表示为几何元素及其约束关系组成的几何约束模型。参数化建模的关键在于建立几何约束关系。
建立参数化模型必须满足以下两点：
（1）确定几何元素之间的约束关系，保证几何拓扑关系一致，维持图形的几何形状不变。
（2）建立几何信息和参数的对应机制，图形的控制尺寸由一组参数约束，设计结果的修改受到尺寸的驱动，实现参数化设计。
（二）UG的参数化建模方法
UG通常有3 种参数化建模方法：基于特征的参数化设计、基于草图的参数化设计和基于装配的参数化设计。通常综合基于特征的参数化设计和基于草图的参数化设计方法就可以完成绝大部分零件的参数化设计。本文由于篇幅关系，仅以基于特征的参数化技术为例介绍UG参数化建模方法。
基于特征的参数化设计是将特征造型技术与参数化技术有机结合起来的一种建模方法，主要是将参数化设计的思想用到特征造型技术中，用尺寸驱动或变量设计的方法实现参数化特征造型。它是参数化设计的一种最基本和最重要的方法。
下面以螺钉紧固轴端挡圈为例来说明特征参数化建模的步骤：
（1）选择并创建特征的几何体素。螺钉紧固轴端挡圈的几何模型是由几个形状特征构成的：圆柱体、螺钉孔、圆柱销孔和倒角。依次创建圆柱体特征、埋头孔特征、简单孔特征和倒角特征，实现模型的建立。
（2）设置几何特征参数D、D1、d、d1 和C，控制模型的几何形状。
（3）设置定位参数L，确定特征的位置以及相关特征之间的位置关系，如图1所示。
图1 形状特征参数设置
（4）调整参数，验证模型。调整模型中的几个参数，检验模型是否随之改变。
二、使用UG参数化设计技术建立三维参数化标准件库
（一）基于UG的三维参数化标准件库的建立方法
目前UG标准件库的研究与开发大致采用以下几种方法：电子表格法、关系表达式法、用户自定义特征法和程序设计法。
1、电子表格（Spreadsheet）法
UG 提供了Microsoft Excel 及Xess 与UG 系统间的接口，便于数据管理及参数化设计。利用UG 的部件族电子表格（Part Families），可以实现标准件库的创建和管理。该电子表格可以将一个系列零件的可变参数管理起来，通过改变或添加记录以驱动已存在零件或生成新零件，避免重复建模。
2、关系表达式（Expression）法
表达式是UG系统中建立参数和参数关系的机制，用来表示参数的数值含义并建立参数之间的关系。UG通过表达式提供了参数驱动与零件模型的控制尺寸之间建立对应关系的功能，可以很方便地将尺寸关联起来以实现参数化。
3、用户自定义特征（UDF）法
用户自定义特征（User Defined Feature，简称UDF）是UG提供的造型特征之一，由部件抽象出结构相似性，可以将一个简单的实体生成用户化的特征，并具有参数化的形状和位置尺寸，特征的参数由用户定义。通过提取特征参数，建立模板零件，形成用户专用的UDF库，提高用户设计效率。
4、程序设计法
程序设计法一般采用 UG/Open Grip 或UG/Open API 直接编写参数化程序，并从建立的数据库中获取标准件的参数信息，实现三维标准件建模以及与UG 的接口，对每一系列的标准件，采用一个独立的子程序来实现。
（二）创建三维参数化模型零件库
由于电子表格法在实际运用中使用较多且较为简单，下面我们以圆锥滚子轴承模型零件简化三维模型的建立为例，详细叙述使用基于特征的参数化建模技术与电子表格法结合建立三维标准件库的方法。
1、提取相应的特征参数并建模
此款零件模型具有如下的尺寸特征：轴承内径d、外径D、宽度方向的尺寸参数T、B和C以及圆角r、r1和尺寸参数A。其中参数A不是主要的设计变量，但可以由设计变量d和D表示，即A=（D－d）/2。利用UG的expression功能建立圆锥滚子轴承主要控制尺寸的数学表达式，并确定其相互间的变量关系，根据表达式以及圆锥滚子轴承的各种特征，建立参数化模型，如图2所示。
图2 参数化建模
2、制作三维零件样板
采用UG软件中的有关工具，能够比较方便的对零件主要参数进行定义，进而得到系列化的零件数据库。具体做法如下：先进入Tools- Part families页面，将表达式里面的主要参数d、D、B和r当做提取参数，选择合适的Create命令，然后进入相关的Excel表格中，如图3所示。
图3 提取主要参数图
在Excel中，依据有关标准对零件的控制参数所具有的数值进行录入，同时把Part_Name（文件名）分别设置成对应的轴承代号，如图4所示。表中第一行为各个设计变量，以下每行为一个记录，表示确定某一尺寸零件的一组参数。这一数据形式可以直接和UG链接，从而实现了零件的三维参数化模型。输入完毕后，对输入的每个记录进行验证，以确保参数的正确性，能够生成正确的零件模型。最后保存该零件族的各项参数，并退回UG系统，则圆锥滚子轴承的模板零件库建立完毕。
图4 参数数据表
3、对三维零件库进行调用
我们可以将三维零件样板当做是装配件，并将其引入进主模型中，由于匹配成员的列表中具有以前在Excel表格中录进去的全部规格，我们只需要挑选自身需要的规格，就能够生成零件了。
三、结语
本文对参数化设计技术以及基于UG的三维参数化标准件库的建立方法等进行深入研究与分析。通过上面的叙述我们了解到，采用UG软件所具有的参数化建模的功能，可以比较方便地对参数进行编辑与修改工作，并且设计的进程相比较而言更加快捷，能够快速而又准确地建立三维模型库。
参考文献：
[1] 张开运．基于ＵＧ的产品级三维参数化设计研究［Ｊ］．机械,2011,(02)
[2] 王相兵，王宗彦，吴淑芳，等．大规模定制下的参数化设计技术研究［Ｊ］．机械设计,2009,(15)
[3] 朱勇，田怀文. ＵＧ参数化设计技术在桥梁支座设计中的应用研究[J]. 机械工程与自动化,2012,(12)
[4] 高宗为. UGNX参数化建模方法在三维零件库创建上的应用[J]. 职教与经济研究,2007,(09)
关键词：UG软件；参数化设计；标准件库；应用
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: This paper briefly introduces the parametric modeling technology based on UG software, and then carry on research and analysis of UG parametric standard part library based method, and the tapered roller bearing the three-dimensional model of the part as an example to introduce the process of creating the model of parts library, application of establishment and development process to study UG 3D standard part library.
Keywords: UG; parametric design; standard parts library; application
中圖分类号：TH39 文献标识码：A文章编号：
参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容，也是当前三维CAD技术的研究热点。由于UG软件是目前来说世界上比较先进的数字化的设计制造以及解决方案，此款软件能够提供建模技术、UG/WAVE技术以及二次开发工具，因此，研究UG参数化技术有利于建立具有可扩展性和实用性的三维标准件库。
一、UG参数化建模技术
所谓的参数化设计技术主要是指相关的设计人员依据工程以及几何关系，指定自身的设计要求，利用尺寸参数对产品所具有的几何图形进行定义，如果尺寸参数发生了改变，通过参数化设计技术能够及时地更改几何图形，从而促进产品几何模型进行相应的更新。
（一）参数化模型
参数化设计首先要建立适当的参数化模型。参数化模型是通过捕捉模型中几何元素之间的约束关系，将几何图形表示为几何元素及其约束关系组成的几何约束模型。参数化建模的关键在于建立几何约束关系。
建立参数化模型必须满足以下两点：
（1）确定几何元素之间的约束关系，保证几何拓扑关系一致，维持图形的几何形状不变。
（2）建立几何信息和参数的对应机制，图形的控制尺寸由一组参数约束，设计结果的修改受到尺寸的驱动，实现参数化设计。
（二）UG的参数化建模方法
UG通常有3 种参数化建模方法：基于特征的参数化设计、基于草图的参数化设计和基于装配的参数化设计。通常综合基于特征的参数化设计和基于草图的参数化设计方法就可以完成绝大部分零件的参数化设计。本文由于篇幅关系，仅以基于特征的参数化技术为例介绍UG参数化建模方法。
基于特征的参数化设计是将特征造型技术与参数化技术有机结合起来的一种建模方法，主要是将参数化设计的思想用到特征造型技术中，用尺寸驱动或变量设计的方法实现参数化特征造型。它是参数化设计的一种最基本和最重要的方法。
下面以螺钉紧固轴端挡圈为例来说明特征参数化建模的步骤：
（1）选择并创建特征的几何体素。螺钉紧固轴端挡圈的几何模型是由几个形状特征构成的：圆柱体、螺钉孔、圆柱销孔和倒角。依次创建圆柱体特征、埋头孔特征、简单孔特征和倒角特征，实现模型的建立。
（2）设置几何特征参数D、D1、d、d1 和C，控制模型的几何形状。
（3）设置定位参数L，确定特征的位置以及相关特征之间的位置关系，如图1所示。
图1 形状特征参数设置
（4）调整参数，验证模型。调整模型中的几个参数，检验模型是否随之改变。
二、使用UG参数化设计技术建立三维参数化标准件库
（一）基于UG的三维参数化标准件库的建立方法
目前UG标准件库的研究与开发大致采用以下几种方法：电子表格法、关系表达式法、用户自定义特征法和程序设计法。
1、电子表格（Spreadsheet）法
UG 提供了Microsoft Excel 及Xess 与UG 系统间的接口，便于数据管理及参数化设计。利用UG 的部件族电子表格（Part Families），可以实现标准件库的创建和管理。该电子表格可以将一个系列零件的可变参数管理起来，通过改变或添加记录以驱动已存在零件或生成新零件，避免重复建模。
2、关系表达式（Expression）法
表达式是UG系统中建立参数和参数关系的机制，用来表示参数的数值含义并建立参数之间的关系。UG通过表达式提供了参数驱动与零件模型的控制尺寸之间建立对应关系的功能，可以很方便地将尺寸关联起来以实现参数化。
3、用户自定义特征（UDF）法
用户自定义特征（User Defined Feature，简称UDF）是UG提供的造型特征之一，由部件抽象出结构相似性，可以将一个简单的实体生成用户化的特征，并具有参数化的形状和位置尺寸，特征的参数由用户定义。通过提取特征参数，建立模板零件，形成用户专用的UDF库，提高用户设计效率。
4、程序设计法
程序设计法一般采用 UG/Open Grip 或UG/Open API 直接编写参数化程序，并从建立的数据库中获取标准件的参数信息，实现三维标准件建模以及与UG 的接口，对每一系列的标准件，采用一个独立的子程序来实现。
（二）创建三维参数化模型零件库
由于电子表格法在实际运用中使用较多且较为简单，下面我们以圆锥滚子轴承模型零件简化三维模型的建立为例，详细叙述使用基于特征的参数化建模技术与电子表格法结合建立三维标准件库的方法。
1、提取相应的特征参数并建模
此款零件模型具有如下的尺寸特征：轴承内径d、外径D、宽度方向的尺寸参数T、B和C以及圆角r、r1和尺寸参数A。其中参数A不是主要的设计变量，但可以由设计变量d和D表示，即A=（D－d）/2。利用UG的expression功能建立圆锥滚子轴承主要控制尺寸的数学表达式，并确定其相互间的变量关系，根据表达式以及圆锥滚子轴承的各种特征，建立参数化模型，如图2所示。
图2 参数化建模
2、制作三维零件样板
采用UG软件中的有关工具，能够比较方便的对零件主要参数进行定义，进而得到系列化的零件数据库。具体做法如下：先进入Tools- Part families页面，将表达式里面的主要参数d、D、B和r当做提取参数，选择合适的Create命令，然后进入相关的Excel表格中，如图3所示。
图3 提取主要参数图
在Excel中，依据有关标准对零件的控制参数所具有的数值进行录入，同时把Part_Name（文件名）分别设置成对应的轴承代号，如图4所示。表中第一行为各个设计变量，以下每行为一个记录，表示确定某一尺寸零件的一组参数。这一数据形式可以直接和UG链接，从而实现了零件的三维参数化模型。输入完毕后，对输入的每个记录进行验证，以确保参数的正确性，能够生成正确的零件模型。最后保存该零件族的各项参数，并退回UG系统，则圆锥滚子轴承的模板零件库建立完毕。
图4 参数数据表
3、对三维零件库进行调用
我们可以将三维零件样板当做是装配件，并将其引入进主模型中，由于匹配成员的列表中具有以前在Excel表格中录进去的全部规格，我们只需要挑选自身需要的规格，就能够生成零件了。
三、结语
本文对参数化设计技术以及基于UG的三维参数化标准件库的建立方法等进行深入研究与分析。通过上面的叙述我们了解到，采用UG软件所具有的参数化建模的功能，可以比较方便地对参数进行编辑与修改工作，并且设计的进程相比较而言更加快捷，能够快速而又准确地建立三维模型库。
参考文献：
[1] 张开运．基于ＵＧ的产品级三维参数化设计研究［Ｊ］．机械,2011,(02)
[2] 王相兵，王宗彦，吴淑芳，等．大规模定制下的参数化设计技术研究［Ｊ］．机械设计,2009,(15)
[3] 朱勇，田怀文. ＵＧ参数化设计技术在桥梁支座设计中的应用研究[J]. 机械工程与自动化,2012,(12)
[4] 高宗为. UGNX参数化建模方法在三维零件库创建上的应用[J]. 职教与经济研究,2007,(09)