Основы моделирования в САПР NX

ОСНОВЫ 
МОДЕЛИРОВАНИЯ 
В САПР NX

Москва
ИНФРА-М
2018

А.О. БУТКО 
В.А. ПРУДНИКОВ 
Г.А. ЦЫРКОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки 09.03.01
«Информатика и вычислительная техника»

Второе издание

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 004(075.8)
ББК 22.18я73
 
Б93

Бутко А.О.
Основы моделирования в САПР NX : учеб. пособие / А.О. 
Бутко, В.А. Прудников, Г.А. Цырков. — 2-е изд. — М. : ИНФРА-М, 2018. — 199 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс; Режим доступа http://www.znanium.com]. — (Высшее образование). — www.dx.doi.org/10.12737/8036.

ISBN 978-5-16-010847-6 (print)
ISBN 978-5-16-102850-6 (online)

В учебном пособии рассматриваются особенности работы в САПР 
Siemens NX версии 6.0 и выше. Приведены типовые команды, примитивы и способы их построения, а также  настройки интерфейса при 
первом запуске. Подробно описан процесс разработки трехмерных твердотельных моделей деталей и сборок и чертежей на их основе. Отдельный 
раздел посвящен разработке программ для станков с ЧПУ – основные 
виды операций. Представлена справочная информация по инструментам и функциям параметризации. Разобраны примеры построения 
моделей и их прочностного анализа конечно-элементным решателем.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения. 
Пособие рекомендовано учебно-методическим объединением для 
студентов технических и гуманитарных вузов, обучающихся по специальностям связанным с моделированием в САПР и разработкой 
программ для ЧПУ.
УДК 004(075.8)
ББК 22.18я73

Б93

© Бутко А.О., Прудников В.А., 
Цырков Г.А., 2013, 2016
ISBN 978-5-16-010847-6 (print)
ISBN 978-5-16-102850-6 (online)

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Основные понятия и определения. . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . 
4

Введение.. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .
5

Глава 1. Основы моделирования в Siemens NX. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6

1.1.
Начало работы. Настройка среды. . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . .
6

1.2.
Трехмерное моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14

Глава 2. Создание чертежей и параметризация
73

2.1.
Создание чертежей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
73

2.2.
Параметризация моделей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94

Глава 3. Разработка программ для ЧПУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108

3.1.
Сверление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
109

3.2.
Фрезерные операции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
117

3.3.
Токарные операции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
137

Глава 4. Инженерный анализ . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
185

4.1.
Основы конечно-элементного анализа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
185

4.2.
Проведение анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
188

Рекомендуемая литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
198

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

Интерфейс – часть программы, отвечающая за взаимодействие с пользо
вателем, оконный интерфейс – общение с пользователем происходит посредством окон и расположенных в них элементам  управления (кнопкам, полям 
ввода и т.п.)

КЭ - конечный элемент; 
МКЭ - метод конечных элементов; 
САПР – система автоматизированного проектирования; 
ЧПУ – числовое программное управление;
B-Spline - описывает сплайн-кривую, которая задана сплайн-функциями, 

выраженными линейными комбинациями B-сплайнов; 

CAD – Computer Aided Design; 
CAM – Computer Aided Manufacturing; 
CAE – Computer Aided Engineering; 
CALS – Continuous Acquisition and Life-Cycle Support (подход к проекти
рованию и производству высокотехнологичной и наукоѐмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия);

FE – Finite Element (конечный элемент);
NURBS - Non Uniform Rational B-Spline (неоднородный рациональный B
сплайн математическая форма, применяемая в компьютерной графике для генерации и представления кривых и поверхностей. Как следует из названия, является частным случаем B-сплайнов);

NC – Numerical Control (см. ЧПУ);
PLM – Product Life-Cycle Management (технологии управления жизнен
ным циклом продукции, комплексные многофункциональные автоматизированные системы);

Spline - кусочно-заданная функция, совпадающая с функциями более про
стой природы на каждом элементе разбиения своей области определения;

UG – Unigraphics; 
UGS – Unigraphics Solutions. 

ВВЕДЕНИЕ

 Пакет NX представляет собой универсальную среду автоматизированного 

проектирования и производства для промышленных предприятий различных 
отраслей экономики. Подход к разработке изделия в системе Unigraphics NX
отражает итерационный процесс, позволяющий конструировать и анализировать полностью электронную модель до тех пор, пока она не будет отвечать необходимым техническим требованиям. Этому способствует мощное ядро гибридного моделирования, благодаря чему конструктор имеет выбор между технологиями параметрического моделирования с использованием твердых тел, 
параметризованных типовых элементов, поверхностей и проволочной геометрии. Можно совмещать параметрические или вариационные модели с не параметризованными данными при любом представлении изделия.

Unigraphics NX лидирует на рынке программных продуктов благодаря 

большому опыту в области автоматизированной подготовки производства. 
CAM модули представляют собой функциональную интегрированную среду, 
поддерживающую технологические процессы многокоординатного фрезерования, сверления, токарной обработки, электроэрозионной обработки, производства литейных форм, пресс-форм и штампов.

Сильной стороной является то, что можно использовать достаточно 

сложный профильный инструмент, например, такой как конические фрезы для 
5-координатной обработки. Модуль Lathe обеспечивает все функции для обработки тел вращения и содержит в себе процедуры для черновой и чистовой обработки, проточки канавок и нарезания резьбы, сверления. Возможен контроль 
скорости подачи инструмента и частоты вращения шпинделя. Пользователь 
может легко определять недообработанные поверхности, что дает возможность 
провести дообработку этих областей. Система Unigraphics NX представляет собой законченную, полнофункциональную и, удобную в работе систему, позволяющую решить проблему создания, внедрения и дальнейшего сопровождения 
изделия на протяжении всего его жизненного цикла.

В последней версии реализованы синхронная технология и расширенный 

функционал имитационного моделирования. 

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В SIEMENS NX

Моделирование в NX осуществляется на базе широко распространенного 

открытого ядра Parasolid, используемого также в таких системах как SolidWorks и TFLEX. NX, как одна из полнофункциональных систем, позволяет 
строить достаточно сложные модели различных технических изделий с применением широкого набора инструментов, что обеспечивает современного проектировщика всем необходимым для полноценной работы без бумажных документов.

1.1.
Начало работы. Настройка среды

После запуска системы появляется рабочее окно (рис. 1.1). Если про
грамма открыта впервые, то область слева, где показаны последние открытые 
модели (История) будет пустой. Как можно видеть, при отсутствии загруженных модулей и приложений окно содержит довольно мало команд и панелей. 
Интерфейс системы реализован с поддержкой нескольких языков, в данном 
случае показан русский релиз.  

Рис. 1.1. Рабочее окно системы NX

Изменения языка интерфейса можно выполнять и после установки NX, с 

помощью специальной переменной среды – UGII_LANG (рис. 1.2). Для этого 
необходим доступ с правами администратора.

Рис. 1.2. Переменные среды

Работа начинается с создания нового объекта (рис. 1.3). В левой области 

диалога предлагается выбор типа объекта по категориям (Модель (CAD), Чертеж (CAD), Симуляция (CAE), Обработка (CAM)). Справа указаны текущие параметры создаваемой модели. Снизу вводится имя файла и папка для его создания. 

Рис. 1.3. Создание нового объекта 

При создании детали рабочее окно будет содержать набор инструментов 

моделирования по-умолчанию (рис. 1.4). Обычно приложение «Моделирование» запускается сразу, с выводом необходимых панелей и команд, если этого 
не происходит его можно активировать вручную, выбрав соответствующий 
пункт из меню приложений «Начало» (рис. 1.4). 
 
Базовый набор приложений включает «Моделирование» - создание трех
мерных моделей, «Черчение» - оформление чертежей, «Обработка» - разработка программ для станков с ЧПУ, «Симуляция» - инженерный анализ с помощью 
решателей Nastran, Ansys и т.п., «Сборки» - проектирование сборок (может 
быть запущено сразу вместе с моделированием для удобства работы).

Рис. 1.4. Рабочее окно после создания нового объекта 

Теперь можно настроить панели и команды в соответствии с пожелания
ми пользователя. Для этого используется команда «Настройка» из меню «Инструменты». Диалог позволяет определить отображаемый набор панелей (первая закладка), их состав и порядок кнопок на них (вторая закладка). На рис. 1.5 
показан рекомендуемый набор (для моделирования) для начинающих пользователей.  

Настройки отдельных панелей показаны на рис. 1.6 (панель команд сбор
ки открывается вместе с одноименным приложением). Назначение панелей: 
«Элемент» - трехмерные примитивы, «Операции с элементом» - команды операций с примитивами, «Кривая», «Прямые и дуги» и «Изменить кривую» - инструменты рисования прямых и кривых.  

Рис. 1.5. Настройка отображения панелей 

Для настройки интерфейса используется закладка «Опции» (рис. 1.7).  С 

ее помощью можно установить параметры визуализации панелей и команд. Для 
небольших диагоналей мониторов можно рекомендовать выбрать минимальные 
размеры кнопок для увеличения рабочей области главного окна, т.к. стандартные крупные кнопки с иконками будут занимать большую ее часть.  Вид после 
распределения панелей показан на рис. 1.8. 

Рис. 1.6. Состав отдельных панелей 

Рис. 1.7. Опции интерфейса 

Рис. 1.8. Распределение панелей в рабочем окне