基于UG的手表零件参数化设计技术

陈恭谦，刘大慧，刘胜勇，袁清珂

(1. 深圳市飞亚达精密计时制造有限公司，广东深圳518057;2. 湖南电气职业技术学院，湖南湘潭411101;3. 广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)

参数化设计是提高设计效率的重要手段。在手表结构设计过程中，诸如巴的、按的、表针、I-Ring、O-Ring、表带、表扣、玻璃、底盖等是经常使用的零件，其结构形式基本不变、只是尺寸的变化。为了提高产品设计开发效率，可以针对这些常用零件建立参数化模板。在进行产品设计开发时，调用这些模板，修改其尺寸、进行参数化设计，可以极大地提高设计开发效率，同时，也便于企业产品设计的规范化管理。

1 手表零件参数化设计的技术与方法

手表零件参数化设计技术有两种思路［1－4］:一种是直接建模，就是利用各种三维建模软件二次接口中的各种建模函数，直接在建模空间中生成模型。其实现方法一般是利用宏录制功能，将建模代码记录下来，然后对宏代码中的参数进行分析转化，将其转化为各种变量。在此基础上，将宏代码转化成为生成特定模型的功能函数，以变量来控制模型的各类参数。另一种是模板建模，是将预先设定好的模板中的关键尺寸进行修改后得到新的模型。实现方法主要是先利用三维建模软件建立一个零件的模板，并且对零件中的部分特征进行约束，使其关联;同时对必要的尺寸进行命名，以为后续程序开发中查找尺寸提供方便。在后续程序开发中，主要是要将模板导入到环境下，并且根据用户的参数设定对模型进行修改，从而完成模型的参数化建模过程。

基于模板实现参数化建模的方法，主要有3 个步骤:

第一步，将手表零件进行分类和规范化。手表零件的分类主要按照结构的差异性来进行区分。同一类型的零件，如果其结构有差异，必须从同类中分离出来。因为采用模板建模，必须要有模板，使之成为同类结构零件中的一个范本。范本内的零件只有尺寸的差异，没有结构的差异。此外，还要对零件的尺寸进行规范化系列化，规范化的目的是为了明确哪些尺寸是可变的，哪些是不可变的。系列化就是将部分可变的尺寸系列化，使其与零件的型号相对应，便于标准化命名。对如玻璃、I-Ring、底盖、巴头、巴管等零件进行了规范化系列化。

参数化模板需要对三维模型进行参数化尺寸定义(如图1 所示)，并对尺寸间变量名称和关系进行定义(如表1 所示)，然后确定尺寸标准化默认值(如表2 所示)。

图1 参数化尺寸定义

表1 尺寸间变量名称和关系

表2 尺寸标准化默认值

第二步，建立各种零件的模板。零件模板的建立主要通过三维建模软件来完成，但是模板的建模与普通零件的建模有所区别:普通零件建模目的是只是要建立一个零件，而模板的建模必须充分考虑到日后模板尺寸的变化对模板的影响。因此。模板的建立必须具有一定的规则，这些规则往往是通过尺寸约束来实现。这些规则如下:

(1)模板内必须有至少一个固定约束，这个固定约束应该作为其他尺寸的参考基准。如图2 所示，Line1 为固定约束，也是其他尺寸的参考对象。

(2)对于无法利用固定约束作为参考基准的特征，必须找到并利用该特征相对位置关系来对特征进行定位。如图3 所示，图中的匙眼位置，则是通过定义相对位置关系来进行定位的。

(3)选用合适的建模方法，以使模板中的特征最少，同时保证关键尺寸都能得到控制。如面玻璃，既可以采用圆柱体拉伸后进行倒角来完成建模，同时也可以采用建立截面草图然后旋转草图生成模型。但是前者包含1 个圆柱体拉伸特征、2 个倒角特征总共3 个特征，而后者实际只有1 个特征，相比之下后者比前者更为合适。因为过多的特征不利于进行特征间的定位和特征内部的尺寸控制。

图2 模板中的固定约束“Line1 固定的”

图3 匙眼特征的定位

(4)定义好模板模型的二维工程图布局和按照企业规范标注好尺寸，如图4 所示。经过这样的定义，可以保证生成的参数化模型能够继承这些布局和标注。

第三步，利用三维建模软件的二次开发接口，开发与模板对应的建模和制图函数，具体流程如图5 所示。首先用户选择零件类型，输入相关参数，系统自动计算其他参数值。用户可根据需要自行进行修改，系统判断用户的输入是否合理，不合理则返回提示要求用户修改，合理则进行建模或制图。

图4 斜边螺纹底盖的二维工程图

图5 手表零件参数化设计的工作流程

第四步，开发手表零件参数化设计库管理系统，实现对参数化的添加、修改、删除、备份等功能，以不断丰富完善零件参数化设计库。

2 手表零件参数化设计系统的开发与应用

在UG 环境下，通过NX Open 接口和Visual Studio 2010 编程环境，开发了手表零件参数化设计系统，目前已开发的标准件包括斜边螺纹底盖、包珠底盖、平头T 型把头、球头T 型把头、弧形螺纹透视底盖等。

在实际应用时，选择不同的零件参数化模板，根据设计要求，输入参数化变量的数据，点击建模按钮，系统就会自动生成三维模型;点击制图按钮，系统就会自动生成二维图纸，图6 所示。

图6 手表零件参数化设计系统的应用

3 结论

手表零件参数化设计系统是手表数字化设计平台的一个组成部分，现已在企业得到广泛应用，取得了良好的效果。得到以下结论: (1)把企业产品常用零件、标准件进行参数化建模，实现参数化设计，可以大大提高产品开发效率; (2)设计开发参数化设计模板时，需定义尺寸变量、约束关系、默认值，同时也需要开发参数化模板库管理系统，以对该库进行管理和维护。

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