基于UG NX阵列特征的结构建模技术研究

于新

摘要：产品结构建模时常采用阵列相关命令来实现具有相同或类似形状的结构特征。介绍了阵列理论和形式，探讨NX软件中几种阵列命令：阵列曲线（Pattern Curve）、阵列特征（Pattern Feature）、阵列面（Pattern Face）和引用几何体（Instance Geometry），实例演示了阵列有关问题的解决方法和技巧，并进行了比较与分析。设计实践表明，对于具有某种规律特征的零件，阵列命令有助于减少重复性工作，提供设计效率。

关键词：UG NX；结构建模；阵列特征；阵列面；引用几何体

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0199-03

在产品结构设计过程中，经常会采用阵列相关命令来解决一些重复的基本特征建模，如散热孔，加强筋，复杂结构框架等。UG NX提供了完整的产品工程的CAD/CAM解决方案，是基于参数化设计手段开发的专用产品设计系统，借助它不但可使设计人员从繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，而且可以显著提高设计速度及模型健壮性，并减少信息的存储量。阵列命令在整个几何建模当中占据重要的地位，该文就NX8.5环境下阵列的几种命令完成几何建模的方法做一些探讨。

1 阵列理论

阵列特征是将单个特征、特征组或阵列特征按照某种规则排列，生成大量形状相同或相近的特征。常用于快速、准确地创建数量较多、排列规则且形状相同或相近的一组结构。在NX8.5环境中，阵列相关命令有以下几种实现方式[1]。

1.1 阵列曲线（Pattern Curve）

仅适合对与草图平面平行的边、曲线和点的阵列，分线性、圆形及常规阵列类型。

1.2 阵列特征（Pattern Feature）

仅适合对特征进行阵列，所得形状就是阵列的形状。该命令与前期版本相比，在NX8.5中功能显著增强，是完成阵列操作的常用命令，可实现线性、圆形、多边形、螺旋式、沿曲线阵列的各种要求的阵列形式。

1.3 阵列面（Pattern Face）

阵列的对象是实体上的面，选择面所围成的形状就是阵列的形状，一般来说，所选择的面为封闭时才能成功完成阵列，包括矩形、圆形以及镜像面三种形式。

1.4 引用几何体（Instance Geometry）

可以认为其就是阵列的一种，可用于曲线、边、面、实体、片体、点和坐标系等。此阵列相当于把阵列对象复制，在不同空间位置不断的粘贴，而这些对象阵列后都将是相互独立的，同时二者保持一定的关联性。

2 阵列类型[2]

2.1 线性阵列

阵列出来的特征呈直线排列，可以创建一个方向上的阵列，也可以创建两个方向上的阵列。

2.2 圆形阵列

阵列出来的特征呈圆周方向上的阵列，该阵列也有两个方向：圆周方向和半径方向。

2.3 多边形阵列

与圆形阵列类似，可使用正多边形和可选径向间距参数定义阵列布局。

2.4 螺旋式阵列

使用螺旋路径定义阵列布局。

2.5 特征沿线阵列

定义一个跟随连续曲线链和第二条曲线链或矢量的布局，即可将特征沿某曲线进行阵列。

2.6 常规阵列

使用由一个或多个目标点或坐标系定义的位置来定义布局。

2.7 参考阵列

使用现有阵列定义布局。

NX8.5环境下，作为功能命令的基本选项，提供了包括对等距离阵列，距离递增式阵列，对称式阵列等要求的技术支持。以上所有类型的阵列都可以附加可变化的尺寸。其中，线性阵列、圆形阵列、多边形阵列及螺旋式阵列可以满足大多数情况下的需要，并且操作简单，不易出错。

3 创建阵列

3.1 阵列曲线

在制图和草图任务环境下，选择阵列曲线命令，选定曲线、确定方向、数量和节距后即可创建阵列曲线，供后续特征建模操作。另外，也可在指定边界内创建阵列曲线。

3.2 使用阵列面（Pattern Face）

使用阵列面命令可以矩形形式、圆的形式复制一组面，或镜像这一组面，并将其添加到体。操作时先选择多个面，然后使用实体的多个边来定义方向。

阵列面命令不同于阵列特征命令，具体表现在以下方面：您可以选择一组要复制的面，而不是一组特征；结果是只有一个特征，而不是多个特征的实例化副本。

3.3 使用引用几何体（Instance Geometry）

将选择的每个对象复制到引用自路径起点的位置。如果对象位于路径起点处，则将其引用复制到路径上并沿该路径复制。如果对象远离路径起点，则其实例沿该路径进行复制并参考该路径，但不复制到该路径上。在大多数情况下，要引用的这些对象中至少一者应位于路径起点处或路径起点附近。离路径起点越远，结果越不规则。

3.4 使用阵列特征（Pattern Geometry）

3.4.1 线性阵列

等距离阵列，距离递增式阵列，对称式阵列方式等实现形式如图5所示。

3.4.2 阵列增量

通过阵列增量设置后阵列的效果如图6所示。

3.4.3 阵列设置

阵列设置分为仅限框架及交错。当勾选仅限框架特征后，阵列出的图形仅为周边而中间没有。当勾选交错后阵列会在所选方向上有交叉。

3.4.4 可重用引用

可重用的引用功能在阵列中主要应用使长方孔按两边的曲线形状进行阵列。图7为长方孔使用可重用的引用功能后的一个效果。

3.4.5 圆形、多边形阵列

圆形阵列界面与线性阵列实现方法相似。通过径向节距可以控制阵列特征的同心距离。图8为圆形、多边形阵列效果图。

3.4.6 沿线阵列

通过对沿线阵列中线性方法、间距、步距等各个参数的设置，可实现图9所示的沿线阵列效果图。

4 比较与分析

阵列曲线只能在草绘环境下实现一些简单零件形状的建模，复杂零件结构建模一般不采用。与阵列特征命令相比，阵列面特征用法最方便，计算量较小，在设计实践中常被使用；引用集合体阵列命令与阵列特征沿线阵列结果相似，但前者用法较灵活，功能更强大，最能体现设计思路。此外，从阵列所得到的结果来看，各个组成部分之间的关系也不一样[4]。

5 小结

从上面的示例可以看出，NX8.5阵列功能显著增强，设计实践表明，对于具有一定规律特征的零件，阵列命令可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑产品方案几何模型，有助于减少重复性工作，提供设计效率。同时，各种阵列命令各有其特性和使用场所，只有掌握了相互之间的区别和联系后，才能正确选择合理高效的建模方法，提高产品零部件设计质量。文献[4]对NX7.5环境下阵列命令的区别做了对比说明，可以部分借鉴。另外，如果NX8.5能够对用户提供阵列命令编程开发接口，其阵列功能将不断得到完善提高。

参考文献：

[1] Siemens PLM Software. Siemens NX 8.5 幫助文档[OL]. 2012.

[2] 展迪优. UG NX8.5机械设计教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3] 曹霞.UG NX7.0在计算机辅助工业设计中的应用[J].机械工程与自动化，2011（2）179-181.

[4] 汤旭.NX中三种阵列命令的区别[J].CADCAM与制造业信息化，2010（2）52-53.