基于UG NX的内六角沉头螺钉标准件库的开发

李　俏，莫玉梅

(广东理工学院，广东 肇庆 526100)



基于UG NX的内六角沉头螺钉标准件库的开发

李俏，莫玉梅

(广东理工学院，广东 肇庆 526100)

在工业产品创造设计时，经常需要用到零件库中的标准件，因此标准件库的建立对提高产品设计的效率具有重要意义。在UG NX8.0环境的基础上，先建立零件建模参数表达式和其相对应的部件族，再通过数字参数化以及特征造型技术的方法，建立零件内六角沉头螺钉的标准件库。通过对标准件库中的内六角沉头螺钉的调用实践，以及对沉头螺钉进行装配试验，诠释了该标准件库的正确性以及实用性。调用和装配零件时，标准件库中的内六角沉头螺钉不仅可以直接被用来使用，还可以满足装配时不同规格螺钉的需要，这对提高产品的设计效率和设计质量具有很大的促进作用。

螺纹；内六角沉头螺钉；标准件库；部件族

在机械行业中，会用到大量的螺纹联接件，比如在机构、机器与机械的制造、生产、装配、运输和设备维修中。如果每用到一种螺纹联接件，都进行单独建模制图设计，既浪费人力时间，又不利于生产效率的提高。为了满足在产品设计和生产装配时可以随时调用不同规格的标准件，本文采用CAD/CAE/CAM平台上的一体化软件UG NX的Grade和User Function二次开发工具[1]，针对产品建立了标准件参数化图库、行业标准件库和通用件图库。利用UG软件，产品设计者可以省略繁琐的重复绘图和建模，有效地减少了设计时间，提高了产品设计效率，同时也提高了企业内部之间传递数据速度以及传递数据的统一性，使制造团队能快速优化生产过程模型，实现企业更高的成本效益。

1　UG NX条件下标准件库的开发方式

UG NX环境下标准件库的开发方式有如下几种[2]。

1)关系表达式法。首先，建立标准件零件的三维模型；然后，通过过程Tools→Expression改正表达式中的特征参数值来驱动模型参数的更新，实现新的零件设计；最后，建立标准件库。关系表达式法是基于UG/Modeling模块来建立标准件库的。

2)部件族(part families)法[3]。首先，建立一个标准件模板的三维模型；然后，用户化命名参数表达式用于确定零件的尺寸，将零件各参数数据及其他信息导入电子表格的参数表内；最后，填写该部件族内所有的零件相对应的参数值，获取数据库零件参数值。这类方法在调用标准件时，可以选择任何一组参数来修改标准件模板的尺寸变量，从而得到所需相应的标准件模型。

3)编程法。采用UG NX/Open二次开发工具对每一种类型的标准件建立一个相对应的子程序，并自动形成装配所需的part零件文件。采用这种方式，要求开发者应精通编程，另外，工作时间长，工作难度大[4]。

4)用户自定义特征(UDF)法。采用UG NX中的UDF功能，先定义标准件的三维模型特征，调用时改变所需参数。该方式是基于UG/Modeling模块来建立标准件库的，采用这种方法，智能性和交互性较差，所以一般不予采用。

关系表达式法和用户自定义特征法简单、直观，但调用标准件库时不方便，且没有图形显示，不能根据图形进行交互式操作；而部件族法可以根据零件装配的需要及时选择参数，以生成其他所配的部件，易于操作。综合上述各方法的优缺点，本文内六角沉头螺钉标准件库的开发采用了部件族法，它主要利用了数字化参数设计的基本思想。

2　螺纹联接件标准件库的建立

本文课题来源于昆明中铁大型养路机械集团有限公司标准零件库的建立和维护，在该项目中对不同类型的螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和垫圈等机械制造中常见的螺纹联接件进行了相应的标准件库建立。通过对螺钉进行分析，提取螺钉的建模基本参数，建立相应参数的表达式，采用部件族生成参数模型，并以GB/T 70.3—2008内六角沉头螺钉为例，探讨标准件库的开发过程。

2.1参数提取

以螺钉为例进行建模分析，预先设置所需要的约束表达式，再分析其结构与尺寸。内六角沉头螺钉(GB/T 70.3—2008)的基本参数提取见表1(以M8×60 mm为零件模板)[5-6]，其尺寸结构图如图1所示。

表1　内六角沉头螺钉(GB/T 70.3—2008)的基本参数

图1　内六角沉头螺钉尺寸图

螺纹的主要要素有螺纹大径、螺纹中径、螺纹小径、螺距、线数、导程、螺纹升角、牙型角、牙型斜角和旋向。根据螺纹的牙型及尺寸，在三维设计螺纹时，螺纹的各个主要参数的详细表示决定于螺纹实体建模时的具体结构尺寸。不同于其他模型零件的建模步骤，在螺纹建模过程中，牙型根据三维建模软件系统自身的公式自动形成，因此公式合理化才能显示详细的螺纹。为了使UG NX 8.0系统能够识别和运行，给定的详细牙型公式应具有一定的逻辑性，建模设计也应满足一定的要求。

2.2建立表达式

根据螺钉的主要几何参数，在表达式中设定好各变量的表示，再输入M8内六角沉头螺钉中各变量的值，最后得到如图2所示的表达式对话框。

图2　表达式生成对话框图

2.3创建模型

通过各种草图和特征创建模型。在画草图时，各个尺寸应利用上述所生成的表达式，生成内六角沉头螺钉M8×60 mm。模型创建的过程及最后生成的模型分别如图3和图4所示。

图3　模型创建过程图　　图4内六角沉头螺钉模型图

2.4创建部件族

通过UG NX的部件族(见图5)这一模块功能，调用并导入编辑Excel表格，对标准件库零件的每个参数进行参数化设计。

图5　生成部件族

2.5调用显示和装配试验参数化的标准件库

通过调用内六角沉头螺钉标准件零件库中的螺钉部件，验证通过部件族所建立的标准件库的正确性。首先，创建一个新的文件，选择进入到建模这一模块；然后，打开资源条“重用库”，选择所要添加的库，将内六角沉头螺钉拖到绘图区域区，弹出“选择族成员”对话框；最后，选择所需要验证的螺纹标准件。内六角沉头螺钉的参数化模型如图6所示。

图6　内六角沉头螺钉的参数化模型

除了在三维绘图软件中调出验证零件外，还应在实践应用中进一步验证螺纹联接件标准库的正确性以及实用性。通过对标准件库中的零件调出显示后，再进行装配试验，才能验证所调用的螺纹联接件是否符合装配需要。本次项目中所建立的标准件库，通过后续工作得到了很好的验证。

3　结语

通过基于UGNX的内六角沉头螺钉标准库的开发，使参数化建模和标准件的正常调入、修改以及装配调用得以实现。由上述可知，利用数字参数化设计螺纹联接件，可以在一定的实用程度上制成符合不同规格的螺纹标准件库，从而使标准件库中的部件在实际生产应用中可以直接被调用，以提高螺纹联接件三维建模的设计效率，进而提高总产品的设计及生产效率，使设计符合国家标准，具有重大意义。

[1] 刘莉莉.利用UG草图实现模型的参数化设计[J].CAD/CAM与制造业信息化,2003(11):48-49.

[2] 刘静静,张培彦.基于UG的螺纹连接件的参数化设计研究[J]. 机械制造与自动化,2009,38(5):12-14.

[3] 陈琪,廖璘志, 陈洪容. NX6.0环境下六角螺母标准件库的开发[J]. 机电产品开发与创新，2012,25(2):109-110.

[4] 王艺树, 张毅, 梁强. 基于UG的参数化标准件库的研究与实现[J]. 机械制造与自动化,2009,38(2):127-129.

[5] 毛雨辉, 邱长华. 基于UG的标准件库的研究和建立[J]. 工程图学学报,2007,28(1):157-161.

[6] 冯岩.基寸VB的AutoCAD二次开发标准件和常用件库[J]. 新技术新工艺，2014(1)：52-54.

责任编辑马彤

Development of the Threaded Connection Standard Parts Library based on UG NX

LI Qiao， MO Yumei

(Guang Dong Polytechnic College, Zhaoqing 526100, China)

Because the standard parts are possessed in large proportion to the whole parts, the establishment of standard parts library is an important way to improve the efficiency of product design. Using the expression and the function of part family, establish the hexagon countersunk screws standard parts library by using parametric and feature modeling method. Prove that the standard parts library is correct and useful based on the assembling experiment. When calling the parts for assembly, it can call different specifications of the hexagon countersunk screws from the standard parts library and greatly improve the design efficiency.

threaded connection， hexagon countersunk screws， standard parts library， part families

TH 131.3

A

李俏(1990-)，女，硕士研究生，主要从事数字化设计与制造等方面的研究。

2015-12-29