基于NX的复杂模型建模方法研究
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摘 要：复杂零件设计在产品设计过程中是一个比较常见的设计，由于其具有外型不规则，特征繁多的特点。所以，在设计这类复杂模型的时候，提前做好充分的准备工作，不但可以在设计过程中提高效率，还可以减少在设计后期更改、完善时的工作量。
中图分类号：TP391.9
Siemens NX是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。NX是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。为设计者提供了一个理想的工作环境，不仅能以直观的方式提供信息，而且能够验证决策以全面提升产品开发效率，是一个关联性很强的设计软件。在NX中如何能够保持复杂模型设计结果的科学性、准确性，提高设计人员的设计效率是笔者的目的。
1 环境设置
环境设置是指在建模设计环境中对预设值（固定不变的值）的提前定义，也可以被认为是对设计环境的平台定制。由于NX软件具有通用性的特点，在使用软件设计初期，必须对这些预设值进行具体设置，使其符合国家标准、行业标准和企业标准等。这些预设值可以是文件命名规范、设计背景、单位、图层、比例、材料、密度等等许多方面。通常预设值保存在文件模板中，设计时只要直接调用模板，就能使用统一的环境参数，无需设计者重复设置。
2 建模过程中的注意事项
产品设计模型的目标，是应用NX软件创建一个参数化的具有相关性和可编辑性的模型。复杂零件设计过程中要尽量避免“无参数”的模型。
2.1 型体分析。型体分析法是指假想将模型分解成若干个基本区域，分析各基本区域相对位置、实现特征及各区域之间如何过渡，形成清晰的建模思路。不能在没有统一规划的情况下就盲目急于建模，一个比较清晰地建模思路至少要包括型体及与之有关的零部件在产品结构件的功能和作用，还有，外形轮廓内部结构，定位孔（面）等主要参数。建模前利用型体分析法来解读模型，应从粗到细，从大至小，先外后里的分析设计特征，在进行细节设计，如各类孔特征、沟槽、倒角、斜角等。有条不紊的完成对模型型体的逐步分析、判断。
2.2 参考基准一致。参考基准在零件设计中应用十分广泛，是用来确定设计对象上几何关系所依据的点、线或面的。在设计复杂零件的时候，参考基准会随着零件设计的逐渐复杂化而变得越来越多，这时参考基准之间的关系也变得越来越紧密，它们既互相关联又相对独立。比如零件设计的原点位置；每一个草图所在面的位置；以及每一个特征的设计位置，它们必须是来自同一的参考基准。
复杂模型设计的难点除设计本身外，还难在模型的反复修改上，当参考基准使用不当时，修改会出现一连串的关联效应，而这种关联此时是负面的，不仅工作量大，还容易出现失误。如何保证模型不论是设计状态下，还是更改状态下的模型都能准确又方便的得到？答案是各基本区域须尽可能的采用统一、相对的参考基准。
2.3 草图设计。草图是可以用于创建关联到部件的二维轮廓的特征工具，是参数化建模的基础。草图以简单的直线、圆弧条为主，具有自相关性，也与任何一个从它上面创建的特征相关，对于复杂的几何轮廓，应该用草图来实现。
为了预防草图参数在修改时容易引起关联错误，在草图设计时需要注意的几个问题：首先，不使用绝对坐标系定位草图参数，而是选择工作坐标系（WCS）定位草图和辅助线，然后，不要随意使用已有的模型设计边缘定位草图；最后，设计时不要使用修剪、对称和镜像命令操作。
2.4 层的使用。随着零件建模进度不断推进，所做的特征越来越多，参考基准、草图、辅助曲线、片体等元素也会越来越多，必须把这些元素（如基准、草图等）分层、分类、分区域放置，这样既利于管理，也利于提高工作效率。
2.5 倒圆角顺序。光顺设计结果的体现表现在复杂零件结构设计中就是特征倒圆操作。一个倒圆角特征的参数大小及它的关联范围可以影响整个模型甚至整个设计结果。如图例所示，必须在管路建立之前就要进行倒角特征（如图1所示），才能得到图2中的设计效果。反之，倒角后效果会如图3所示，这样得到的设计外型是完全不一样的两种。此时，在什么节点做倒圆角特征变得尤其重要，设计者需要尽量在设计之前分析出来，尽量减少与这些倒圆角特征相关联的点、线、面元素，从而减少由于倒圆角特征引起的关联错误。否则影响的范围也将会直接影响到最终的设计结果。
图1 先倒角效果示意图
图2 符合设计意图的效果图
图3 倒角顺序颠倒后效果图
2.6 孔特征顺序。设计孔特征时需要注意的几个方面。第一，注意选择设计的孔方法。NX7.5软件中有多个设计孔特征的方法，其中最常用的是简单孔、阶梯孔和埋头孔、锥形孔、带螺纹的孔等功能特征，善于运用这些方法可以在遇到孔与孔的嵌套设计时提高设计效率。第二，注意设计孔特征的顺序。孔特征的先后顺序要根据实际情况来判断，这是在复杂模型设计中经常出现错误后需要改动或需要重做的问题（如图4所示）。
图4 最后做孔特征示意图
在复杂模型设计中还有一个特殊的情况，区分哪些是外型看上去是孔特征的位置，其实是管路内腔经过的地方。此时不需要用孔特征来实现，在设计内管路造型的时候把端口设计考虑进去，最后再跟管路一起直接裁减掉（如图5、图6所示）。
图5 内管路端部裁减前示意图
图6 内管路端部裁减后示意图
2.7 内管路设计。内管路设计是指铺设在零件实体内的管路，首先分析中心线空间的位置跨越了几个平面，判断截面是统一截面还是变截面，再确定变截面的位置在哪里；然后，根据中心线所在的平面与截面，将管路分段，分别用草图确定出中心线与截面的具置。在分段建立管路中心线时，要确保管路中心线相切（G1）连续；在多个变截面时，一般使用“swept”命令实现内管路外型设计。使用“swept”命令时，参数的选择需注意截面草图所在位置、引导线（可能是由管路中心线组成一根引导线或根据过渡方式建立的多跟引导线）的形状及位置，以及各截面之间的耦合方式（如两端截面与其他截面相连，应保证G1连续）。
创建管路截面轮廓和中心线，不能急于一蹴而就，通过具体分析后使用外观造型设计模块来辅助得到内管路设计的造型（如图7所示）。当管路实体创建出来后，与零件实体进行布尔剪操作。这样的实现手法从整个部件导航器来看简洁利落，易于检查和修改。
图7 内管路外型示意图
3 结束语
所谓“牵一发而动全身”，就是产品设计建模重要性的真实写照。本文对复杂零件的建模技术进行研究，从多方面进行归纳总结，阐述了复杂零件的建模思想及技巧，实现复杂模型参数化建模，提高建模效率、准确度和可编辑性。
参考文献：
[1]张方瑞，于鹰宇，韩冰副.UG NX入门精解与实战技巧[M].北京：电子工业出版社，2004.
[2]洪如瑾.UG NX6 CAD快速入门指导[M].北京：清华大学出版社，2009.
作者简介：苏霞（1982-），女，湖南株洲人，主管设计师，工程师，学士，研究方向：工程技术应用。
作者单位：中航工业航空动力机械研究所，湖南株洲 412002