基于UG NX的刀具参数化设计

摘 要：在产品设计和开发过程中，零部件的标准化、通用化和系列化是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径，而基于三维CAD 系统的参数化设计与二维绘图相比更能够满足制造信息化的要求。在CAD技术的发展过程中，参数化技术的出现是一次重要的革命。该技术以约束造型为核心，允许工程设计人员以尺寸驱动的方式实现对设计结果的修改，非常适合于结构类似的系列化产品设计。本文选UG NX为支撑平台，以公司厂标片铣刀为例，研究参数化设计的实现途径和方法。其他刀具的设计方法与其类似。
关键词：UG NX；参数化；约束；建模；片铣刀；零件库

数控机床和加工中心用刀具(简称数控刀具)在国外发展很快，品种规格已形成系列。我国对数控刀具的研究开发起步较晚，数控刀具的开发与生产成为我国工具行业的薄弱环节，数控刀具的落后已成为影响国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障碍之一。

目前国外设计数控刀具的方式基本上是通过直接调用已有的设计结果或经过局部修改而形成新的品种或规格。而国内企业(包括中国第一汽车制造厂)在数控刀具设计中则大多在用CAD(多为AutoCAD)软件平台上由设计人员进行交互式绘图。由于交互式绘图很难利用已有的设计结果，劳动强度大，设计效率低，难以满足实际生产需要。因此，研究开发先进的数控刀具CAD／CAM 技术，对于提高数控刀具设计、制造的质量和效率十分必要。

参数化技术以约束造型为核心，允许工程设计人员以尺寸驱动的方式实现对设计结果的修改，非常适合于结构类似的系列化产品设计。UG NX是美国EDS公司的CAD／CAE／CAM 一体化软件，具有强大的参数化设计功能，在设计和制造领域得到了广泛的应用。本文以UG NX为支撑平台，以公司片铣刀为例，研究参数化设计的实现途径和方法。其他数控刀具的设计方法与其类似。

1 参数化设计思想

在使用uG软件进行产品设计时，为了充分发挥软件的设计优势，首先应当认真分析产品的结构，在大脑中构思好产品各个部分之间的关系，充分了解设计意图，然后用UG 提供的强大的设计及编辑工具把设计意图反映到产品的设计中去。因为设计是一项十分复杂的脑力活动，一项设计从任务的提出到设计完成从来不会是一帆风顺的，一项设计的完成过程就是一个不断改进、不断完善的过程，因此，从这个意思上讲，设计的过程就是修改的过程，参数化设计的目的就是按照产品的设计意图能够进行灵活的修改，所以它的易于修改性是至关重要的。这也是UG软件为什么特别强调它的强大的编辑功能的原因。

UG刀具参数化设计思想：将刀具零件模型的构造工作划分为几何约束、尺寸约束、确定尺寸值和模型生成4个基本任务。模型生成是一项工作量巨大、琐碎但是有规律的工作，可以由计算机基于UG等三维软件完成；形状约束、尺寸约束和尺寸值的确定是非规律性的创造性工作，由设计者根据设计要求设定，并建立零件特征之间的尺寸关联，用户修改零件模型时，只需要输入一组新的特征尺寸值，或是个别尺寸值，改变零件结构，而不需要重新设计，只需要改变某些特征参数即可。

片铣刀的产品模型中应包括刀片、刀杆、夹紧装置等，在设计过程中，刀具零部件均以几何形状的形式来描述。构成片铣刀每一部分的几何体都由结构约束、图素集和参数集组成。图素集为构成几何体的基本几何元素，如点、线段、圆弧、多边形等。为提高软件的运行效率，多采用封闭多边形来定义几何体，以减少图素的数量。结构约束用于限定几何体的结构，如两圆的同心、相邻边互相垂直或平行；参数集用于确定几何体的大小，如直线的长度、圆(弧)的半径等。并通过各参数集之间的相同参数来表达各几何体之间的位置关系。