基于骨架模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法
2017-5-18 來(lái)源：齊二機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院 作者：劉洪成1，黃穎
摘要:根據(jù)Inventor三維設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)功能特征，結(jié)合壓力機(jī)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。建立參數(shù)化的骨架模型，通過(guò)尺寸約束或程序約束的控制，進(jìn)行工程圖紙的生成，指導(dǎo)生產(chǎn)，提高設(shè)計(jì)效率。
關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì)；骨架模型；Inventor；壓力機(jī)
參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)初期無(wú)需考慮具體細(xì)節(jié)而快速草擬零件形狀和輪廓草圖，并可以通過(guò)局部修改和變動(dòng)某些約束參數(shù)進(jìn)行類(lèi)似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。Inventor軟件提供了很多參數(shù)化方法，包括尺寸關(guān)聯(lián)、特征關(guān)聯(lián)、約束關(guān)聯(lián)、參數(shù)傳遞、零件衍生、iPart系列零件、iFeature系列特征等。本文在分析Inventor參數(shù)化方法基礎(chǔ)上。針對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)特點(diǎn)，總結(jié)出基于骨架模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行實(shí)例分析。
1.開(kāi)展原因
開(kāi)展骨架模型參數(shù)化設(shè)計(jì)，基于以下的原因和考慮：①設(shè)計(jì)過(guò)程中常常需要反復(fù)更改，一處更改涉及的問(wèn)題往往是多方面的，更改過(guò)程難免有疏漏，更改有時(shí)比初始設(shè)計(jì)更繁瑣，更占用時(shí)間；②機(jī)床設(shè)計(jì)總體是參照設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程充分利用已有成熟的結(jié)構(gòu)，以減少重復(fù)勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間；③現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法如優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析計(jì)算等的應(yīng)用越來(lái)越普及，而三維圖形尤其是參數(shù)化模型是實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)方法的重要保證。
2.方法流程
本方法是模仿實(shí)際產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，即先設(shè)計(jì)產(chǎn)品的原理和結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)一步設(shè)計(jì)其中的零件，屬于自上而下的設(shè)計(jì)方法范疇。利用骨架模型的參數(shù)傳遞控制零部件的生成。所謂的骨架模型(即草圖模型)相當(dāng)于平面圖各個(gè)投影及剖面的空間組合。不同于平面圖的是，它以輪廓為主，表達(dá)主要結(jié)構(gòu)，為生成實(shí)體服務(wù)。
骨架模型是根據(jù)組件內(nèi)的上下關(guān)系創(chuàng)建的特殊零件模型，它作為一個(gè)元件放置在裝配體中，用來(lái)控制裝配結(jié)構(gòu)和尺寸，其他零件參照骨架模型并以骨架模型作為設(shè)計(jì)規(guī)范。骨架模型也可以通過(guò)聲明與布局建立關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)布局控制骨架、骨架控制裝配和零件的自頂向下設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系。此設(shè)計(jì)流程參照通常設(shè)計(jì)流程，只是在開(kāi)始的設(shè)計(jì)中，先建立主參數(shù)的骨架草圖，之后各個(gè)部件／零件設(shè)計(jì)人員逐級(jí)完善，具體流程如圖1所示。
3.應(yīng)用
為更好地理解此設(shè)計(jì)方法，選用壓力機(jī)上橫梁中間罩子作為建模零件，如圖2所示。因?yàn)橹虚g罩子主體由結(jié)構(gòu)件型材焊接完成。在不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，
其外形尺寸及開(kāi)口尺寸根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而變，但總體結(jié)構(gòu)基本不變，其骨架模型可通過(guò)圖形驅(qū)動(dòng)(或尺寸驅(qū)動(dòng))方式在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行參數(shù)修改，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品圖紙的繪制。建模使用結(jié)構(gòu)件生成器生成型材框架。摸索實(shí)現(xiàn)了三維結(jié)構(gòu)件骨架、自建輪廓隨動(dòng)結(jié)構(gòu)件、邊角修理、模型的建立、零件工程圖設(shè)計(jì)等操作。
3．1骨架模型的建立
結(jié)構(gòu)件框架通常為三維構(gòu)造，最好使用三維草圖構(gòu)件骨架。首先依據(jù)已生產(chǎn)出的產(chǎn)品，進(jìn)行草圖繪制，施加約束，并進(jìn)行賦值，建立兩個(gè)主體二維草圖，在二維草圖基礎(chǔ)上，建立三維草圖(為更清晰地表現(xiàn)骨架線條，將尺寸和位置約束進(jìn)行隱藏)，如圖3所示。
3．2自建輪廓隨動(dòng)結(jié)構(gòu)件
如果所需要的零件為資源庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)型材，需要插入建立的三維草圖，在結(jié)構(gòu)需要的位置點(diǎn)擊“插入結(jié)構(gòu)件”按鈕安裝各種型材。
如果需要的零件在資源庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)型材中沒(méi)有，則需要通過(guò)iPart生成零件，并衍生出自建輪廓隨動(dòng)結(jié)構(gòu)件。建立零件，使草圖方向與結(jié)構(gòu)件框架要求方向一致，建立草圖；投影坐標(biāo)原點(diǎn)；建立封閉輪廓拉伸實(shí)體；運(yùn)行結(jié)構(gòu)件形狀編寫(xiě)；填寫(xiě)相應(yīng)要求，“確認(rèn)基點(diǎn)”選項(xiàng)，選擇“幾何圖元”，選擇草圖中投影的坐標(biāo)原點(diǎn)，發(fā)布零件型材。此自建結(jié)構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件編輯器中所有操作。
3．3邊角修理
對(duì)結(jié)構(gòu)件型材末端可以采用軟件命令進(jìn)行處理。也可以在衍生的草圖中建立相應(yīng)輪廓及修改衍生草圖已有輪廓，實(shí)現(xiàn)修剪，保證模型的柔性。
3．4三維實(shí)體模型的建立
結(jié)構(gòu)件生成器設(shè)計(jì)出來(lái)的三維實(shí)體與其他由骨架草圖衍生出來(lái)的三維零件相結(jié)合，就形成了整個(gè)設(shè)計(jì)部件的三維圖，如圖4所示。
3．5零件工程圖設(shè)計(jì)
將三維裝配圖和各個(gè)零件圖分別投影到二維工程圖中，進(jìn)行尺寸標(biāo)注、明細(xì)表格的編制等，就能形成指導(dǎo)生產(chǎn)的工程圖。至此，參數(shù)化骨架模型建立完成。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法圖紙相比無(wú)差錯(cuò)。如圖5所示，在結(jié)構(gòu)相同的情況下，當(dāng)賦予不同的參數(shù)時(shí)，可驅(qū)動(dòng)原有幾何模型生成新的幾何圖形，而且二維視圖自動(dòng)更新，完成高效建模與模型修改，加速了設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。
4.結(jié)論
通過(guò)對(duì)上述部件的骨架參數(shù)化建模，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，提高了設(shè)計(jì)效率。今后需要對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜部件的設(shè)計(jì)進(jìn)一步研究，推動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在企業(yè)的推廣。
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