常 娟，刘德仿，王 斌，胡志斌

(1.盐城工学院优集学院，江苏盐城 224051；2.安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南 232001；3. 济南时代新纪元科技有限公司，山东济南 250022)

基于NX参数化自顶向下的设计方法及其在减速器中的应用

常 娟1,2，刘德仿1，王 斌1，胡志斌3

(1.盐城工学院优集学院，江苏盐城 224051；2.安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南 232001；3. 济南时代新纪元科技有限公司，山东济南 250022)

介绍了自顶向下的设计方法，并且在NX中利用自顶向下的方法对减速器进行了设计，将自顶向下方法和NX参数化相结合，通过建立减速器的控制结构，实现了减速器的整体结构控制；利用NX的wave功能和“表达式”功能实现了参数的逐级传递、各零件参数之间的关联、零部件的并行设计和自动化装配。

自顶向下；参数化；控制结构；并行设计；自动化装配

为了适应迅速变化的市场需求，提高市场竞争能力，实现产品的快速设计一直是设计行业的研究焦点，设计过程智能化是国家科技部智能制造科技发展“十二五”规划中重点研究的领域之一。

传统的自底向上设计方法零件之间没有数据联系和约束，其装配过程是通过坐标变换将设计好的零件拼凑在一起的过程，零件不会因为其他数据的改变而改变，主要适用于装配无关联的结构，逐渐不能适应现在产品的更新速度。而自顶向下的设计方法可以实现设计数据从原理布局向装配结构传递，零件与零件之间也能进行数据传递，可以保证装配结构整体的数据关联性及约束信息，更好地实现产品的快速设计[1-2]。

本文利用NX的“表达式”功能和wave功能，很好地解决了参数传递和尺寸关联的问题，将自顶向下的设计方法和NX的参数化完美结合，在后期修改时可实现关联性修改，使产品的设计周期进一步缩短。

1 NX参数化技术和自顶向下的设计

NX是一套集成CAD/CAM/CAE等一系列模块的系统软件，提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性和实用性[3]。

通常，参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。参数化设计可以方便设计者根据实际情况对零件或部件的特定参数进行修改，进而实现模型的更改[4]。

实现参数化的方法比较成熟的有以下4种，其优缺点如表1所示[5]。

表1 实现参数化的方法优缺点对照表

实现参数化设计不同的软件有不同的方法，对于Pro/E可利用模型系统[6],在NX中实现参数化设计有3种方式：1)使用草图对零件进行参数化设计；2)使用表达式对零件进行参数化设计[7]；3)利用形状约束条件建立截面之间的相关对应关系来对零件进行参数化设计。本文利用的是第2种方法实现零部件的参数化设计[8]。 产品的自顶向下设计过程一般包括：功能概念分析、结构装配设计、零部件的详细设计。功能概念分析是指根据产品的功能要求分析得出产品的组成方案、总体驱动参数、产品的参数总体驱动路线图的过程；结构装配设计是根据产品的外形要求进行零部件的位置分配得出产品的总体控制结构图的过程；零部件的详细设计是指在总体控制结构的约束下进行零部件的细节设计[9-14]。

2 基于NX参数化自顶向下的设计方法在减速器上的应用

2.1基本思路

本文利用基于NX参数化自顶向下的设计方法对直齿轮二级减速器进行了设计，可实现参数的有效传递和零部件的自动化装配。基本思路如图1所示：在NX环境下首先建立一个“装配体”文件，在该文件内建立减速器的控制结构，其主要元素为关键的点、线、面，然后利用NX的wave功能将控制结构的点、线、面分别分配给下一级具体的部件，在每一个部件内再次利用NX的wave功能将部件内的点、线、面分配给具体的零件，从而进行具体零件的建模，最后将所有零件模型采用绝对原点的方法进行装配，得到最后的产品模型。

图1 基本思路流程图Fig.1 Flow chart of basic ideas

2.2实施步骤

2.2.1 确定传动方案、驱动参数，并得出参数驱动路线

根据减速器的传动功率、传动比等功能要求进行分析，得出减速器的传动方案、驱动参数以及表示驱动参数和自定义参数之间的传递驱动关系的具体参数驱动路线图，如图2所示。

2.2.2 建立控制结构

根据图2中的参数驱动路线，以步骤2.2.1确定的驱动参数和自定义参数为已知数据，计算出零部件的形状参数和位置关系参数，并建立了表示各参数之间关系的公式，将零部件的形状参数、位置关系参数以及各参数之间关系的公式利用NX的“表达式”功能输入NX的表达式表格中，如图3所示。利用上述表达式约束减速器的控制结构图中各元素的关系，如图4所示。在控制结构图中包含了减速器所用到的一切表达式和信息，同时可利用NX中的PMI功能对控制结构图进行必要的尺寸标注，在对减速器进行修改时只需在控制结构中对其进行修改即可。

图2 参数驱动路线图 Fig.2 Parameter-driven roadmap

图3 NX参数表达式表Fig.3 Parameter expression table of NX

图4 控制结构图Fig.4 Control structure

2.2.3 对减速器进行分级

根据减速器的传动方案，对减速器进行逐级划分，采用整体—部件—零件的形式。减速器的零部件分级如图5所示。

图5 减速器的零部件分级图Fig.5 Reducer parts grading chart

根据减速器的零部件划分，分别将第一级部件的控制结构图利用NX的wave功能从总体控制结构图中复制出来，从而建立第一级部件的控制结构图，同样具体零件的控制结构也是利用NX的wave功能从第一级部件的控制结构图中复制出来，这个过程在NX中即为建立如图6所示的装配导航图。

图6 装配导航图Fig.6 Assembly guiding map

2.2.4 并行设计

从装配导航器的最低一级开始对零件逐一进行建模，此时，可将零件分发给不同的工作人员进行建模，实现不同零件的并行设计，缩短产品设计周期。

2.2.5 装配

具体零件建模完成后，进行装配。在装配时将装配导航图所示的所有零件进行装配，此时可使用绝对原点装配，不必使用约束，摒除了传统自底向上设计装配时所要进行的复杂的各个零件之间的配合，实现装配的自动化，如图7所示，简单准确快捷。

图7 减速器模型Fig.7 Reducer model

3 结 语

根据以上减速器的设计实例可以看出，将NX参数化和自顶向下设计的设计方法相结合，通过建立控制结构和使用wave功能，可以实现不同零件的并行设计，而且自顶向下设计的设计方法符合产品设计人员的思维过程，将其应用在NX里，可以方便产品设计人员将思维过程反映在电脑里，并且NX参数化可以很方便地对产品的参数进行修改，避免了传统修改过程的繁琐，更好地实现产品的快速设计。

基于NX参数化自顶向下设计的设计方法能够满足产品功能和结构要求，能及时准确地向下传递设计信息，是一种高效率的方法，可以为企业缩短产品设计周期，使产品更新速度越来越快，提高企业竞争力，给企业带来更大的效益，在当今这个“时间就是金钱”的时代一定会发挥巨大的作用。

/

[1] 谢少波．基于参数化技术的产品自顶向下设计[D]．武汉：武汉理工大学，2007． XIE Shaobo. The Product Top-down Design Based on Parametric Technology[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2007.

[2] 柯常忠，谢少波．基于参数化技术的自顶向下设计[J]．中国制造业信息化，2007, 36(3)：50-52． KE Changzhong, XIE Shaobo. Top-down design based on parametric technology[J]. Manufacture Information Engineering of China,2007, 36(3): 50-52.

[3] 张春燕，车晨寅，马其华．NX WAVE技术在飞行器模型建模中的应用[J]．机械设计与制造，2010(1)：91-93． ZHANG Chunyan, CHE Chenyin, MA Qihua. Application of NX WAVE in modeling of aircraft model[J]. Machinery Design & Manufacture, 2010(1): 91-93.

[4] 李光伍．UG参数化设计的概述[J]．湖南农机，2011, 38(1)：86-88． LI Guangwu. UG overview of parametric design[J].Hunan Agricultural Machinery,2011, 38(1): 86-88.

[5] 陈酹滔．零部件参数化设计方法研究与系统实现[D]．南京：南京理工大学，2004． CHEN Leitao. Parts Parametric Design Method and System Implementation[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2004.

[6] 刘顺芳，曹慧琴，董金华．基于Pro/E参数化技术的三维建模方法[J]．河北科技大学学报，2011, 32(1)：57-59． LIU Shunfang, CAO Huiqin, DONG Jinhua. Three-dimension modeling based on Pro/E parametric technology[J].Journal of Hebei University of Science and Technology, 2011, 32(1): 57-59.

[7] 李海涛，蔡建军．基于UG-NX6的渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计研究[J]．河北科技大学学报，2011, 32(4)：330-332． LI Haitao, CAI Jianjun. Parameterized design of cylindrical involute helical gear by using UG-NX6[J]. Journal of Hebei University of Science and Technology, 2011, 32(4): 330-332.

[8] 孟祥旭，徐延宁．参数化设计研究[J]．计算机辅助设计与图形学学报，2002, 4(11)：1086-1090． MENG Xiangxu, XU Yanning. A survey of the research works on parametric design[J]. Journal of Computer-aided Design & Computer Graphics, 2002, 4(11): 1086-1090.

[9] 赵文龙，吴国洋，许勇军，等．UG/WAVE技术的研究[J]．机械，2004, 31(sup)：69-71． ZHAO Wenlong, WU Guoyang, XU Yongjun, et al. Research on the UG/WAVE technology[J]. Machinery, 2004, 31(sup):69-71.

[10] 沈 进，李长春．基于UG/WAVE的产品参数化建模技术[J]．中国制造业信息化，2008, 37(13)：27-29. SHEN Jin, LI Changchun. The parameter modeling technology of products based on UG/WAVE[J].Manufacture Information Engineering of China, 2008, 37(13): 27-29.

[11] 申 刚．基于UG/WAVE软件的产品级参数化设计[J]．机械工程师，2009(1)：98-99． SHEN Gang. Parameterized design for a group of products based on UG/WAVE[J]. Mechanical Engineer, 2009(1): 98-99.

[12] 温莉娜，王雷刚，黄 瑶．基于UG/WAVE技术的自顶向下产品建模[J]．模具技术，2006(6)：49-52． WEN Lina, WANG Leigang, HUANG Yao. Top-Down design model based on UG/WAVE technology[J]. Die and Mould Technology, 2006(6): 49-52.

[13] 杨洪君，宁汝新．支持自顶向下设计的产品装配模型研究[J]．组合机床与自动化加工技术，2006(7)：99-102． YANG Hongjun, NING Ruxin. Study on product assembly model for top-down design[J]. Modular Machine Tool and Automatic Manufacturing Technique, 2006(7): 99-102.

[14] 刘海平，饶建平．Top-Down策略在产品系列化设计中的应用[J]．电子机械工程，2011, 27(5)：57-60． LIU Haiping, RAO Jianping. Application of Top-Down strategy to product serialization design[J]. Electro-Mechanical Engineering, 2011, 27(5): 57-60.

Top-down design method and its application in reducer based on NX parametric

CHANG Juan1,2, LIU Defang1, WANG Bin1, HU Zhibin3

(1.UGS College, Yancheng Technology University, Yancheng Jiangsu 224051, China;2.College of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China;3.Jinan Times New Era Technology Company Limited, Jinan Shandong 250022, China)

This paper introduces top-down design method, and uses this method to design reducer in NX. By combining top-down design method and NX parametric, and through the establishment of reducer control structure, the overall structure control is achieved. The wave function and "expression" function of NX is used to achieve a gradual transfer of parameters, the link of parameters between each part, concurrent design of the parts and automated assembly.

top-down; parametric; control structure; concurrent design; automated assembly

1008-1534(2014)04-0316-05

2014-03-06;

2014-03-26；责任编辑：李 穆

第九批江苏省“六大人才高峰”资助项目(ZBZZ-043)；江苏省教育厅省属高校自然科学研究面上自筹经费项目(12KJD520010)

常 娟(1988-)，女，山东邹城人，硕士研究生，主要从事机械制造及其自动化方面的研究。

王 斌副教授。E-mail: wangbin@ycit.cn

TH122

A

10.7535/hbgykj.2014yx04010

常 娟，刘德仿，王 斌，等.基于NX参数化自顶向下的设计方法及其在减速器中的应用[J].河北工业科技,2014,31(4):316-320. CHANG Juan, LIU Defang, WANG Bin, et al.Top-down design method and its application in reducer based on NX parametric[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(4):316-320.