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基於骨架模型的（de）參數化設計方法

2017-5-18 來源：齊二機床(集團)有限責任公司設計院作者：劉洪成1，黃穎

摘要:根據Inventor三維設計軟件的設計功能特征，結合壓（yā）力機產（chǎn）品的機構（gòu）特點，進行參數化設計。建立參數（shù）化的骨架（jià）模型，通過尺寸約束或程序約束的控製，進行工程（chéng）圖紙的生成，指導生產（chǎn），提高設計效率（lǜ）。

關鍵詞：參數化設計；骨架模型；Inventor；壓力機

參數化設計能夠使設計（jì）人員在設（shè）計初期無需考慮具體（tǐ）細（xì）節而快速草擬（nǐ）零件形狀和輪廓草（cǎo）圖（tú），並可以通過局部（bù）修改和變動某些約（yuē）束參數進行類似產品的設計。Inventor軟件提供了很多參（cān）數化（huà）方（fāng）法（fǎ），包括尺（chǐ）寸（cùn）關聯、特征關聯、約束關聯、參數（shù）傳遞、零件衍生、iPart係列零件（jiàn）、iFeature係列（liè）特征等。本文（wén）在分析Inventor參數化（huà）方法基礎上。針對機床設計特點，總結出基於（yú）骨架模型的參數化設計方法，並進行實例分析。

1.開（kāi）展原因

開展骨架模型參數化設計，基（jī）於以下的原因和考慮：①設計過程中常常（cháng）需要反複更（gèng）改，一處（chù）更改涉及的問題往往（wǎng）是多方麵的，更改過程難免有疏漏，更改有時（shí）比初始設計更繁瑣，更占用時（shí）間；②機床設計總體是參照設計，設計過程充分利用已有成熟的（de）結構，以減少重複勞動，縮（suō）短設計時間；③現代設計方（fāng）法如（rú）優化設計、有限元分析計算等（děng）的應用越來越普及，而三維圖形尤（yóu）其是參數化模型是實現這些設計方法的重要保證。

2.方法流程

本方法是（shì）模仿實際產品的開發過程，即先設計（jì）產（chǎn）品的原理和結構，然後（hòu）再進一步設計其中的零件，屬於自（zì）上而下的設計方法範疇。利用骨架模型的（de）參數（shù）傳遞控製零（líng）部（bù）件的生成。所謂的骨架模型(即草圖模型)相當於平麵圖各個投影及剖麵的空間組合（hé）。不同於平（píng）麵圖的是，它以輪廓為主，表（biǎo）達主要結構，為生成實體（tǐ）服務。

骨架模型是根據組件內的上下關係創建（jiàn）的（de）特殊零件模型，它作為一（yī）個元件（jiàn）放置在裝配體中，用來控製裝配結構和尺寸，其他零件（jiàn）參照骨（gǔ）架模型並以骨架模型作為設計規範。骨架模型也可以通過聲明與布局建立關聯，可實現布局控製骨架、骨架控製裝配和零件（jiàn）的自頂向下設計的數據傳遞關係。此設計（jì）流程（chéng）參照通常設計流程，隻是在開始的設計中，先建立主參數的骨架草圖，之後各個部件／零件設計人員逐級完善，具體流程如圖1所示。

3.應用

為更好地理解此（cǐ）設計方法，選用壓力機上橫梁（liáng）中間罩子作為（wéi）建模零件，如圖2所示。因為中間罩子主體由結構件（jiàn）型材焊接（jiē）完（wán）成。在不（bú）同的（de）產品設計中，

其外形尺（chǐ）寸及開口尺寸根據機床的結構特點而變，但總體結構基本（běn）不變，其骨（gǔ）架模（mó）型可通過圖形驅動(或尺寸（cùn）驅動)方式在設計過程（chéng）中進行參數修改，實現新產品圖紙的繪製（zhì）。建模使用結構件（jiàn）生成器（qì）生成型材框架。摸索實現了三維結構件骨架、自建輪廓隨動結構件、邊角修理、模型的建立、零件工（gōng）程圖設計等操作。

3．1骨架模型的建立

結構件框（kuàng）架通常為三維構造，最好使用三維草圖構件骨（gǔ）架（jià）。首先依據已生產出的產品，進行草圖繪製，施加約束，並（bìng）進行賦值，建立兩個主體二維草圖，在二維草圖基礎上，建立三維草圖(為更清晰地表現骨（gǔ）架線條，將尺寸和位置約束進行隱藏)，如圖3所（suǒ）示。

3．2自建輪（lún）廓隨動結構件

如果所需要的零件為資源庫中的標準（zhǔn）型材，需要插入建立的三維草圖，在結構需（xū）要的（de）位置點擊“插入（rù）結構件”按（àn）鈕安（ān）裝各種型材。

如果需要的零件在資源（yuán）庫標準型材中沒有，則需要通過iPart生成零件，並衍生出自建輪廓隨動結構件。建（jiàn）立零件，使草圖方向（xiàng）與結構件框（kuàng）架要（yào）求方向一致（zhì），建立草圖；投影坐標（biāo）原點；建立封閉輪廓拉伸實體；運行結構件形狀編寫；填寫相應要（yào）求，“確認（rèn）基點”選項，選擇“幾何（hé）圖元”，選擇草圖中投影的坐（zuò）標原點，發布零件（jiàn）型（xíng）材（cái）。此自建結構件可以實現結構件編輯器中所有操（cāo）作。

3．3邊角修理

對結構件型材末端可以采用軟件命令進行處理。也（yě）可以在衍生的草圖中建立相應輪（lún）廓及（jí）修改衍生草圖已有輪廓，實現修剪，保證模型的柔性。

3．4三（sān）維實（shí）體模型的建（jiàn）立

結構件（jiàn）生成（chéng）器設計出來的（de）三維實體與其他由骨架草圖（tú）衍（yǎn）生出來的三（sān）維零件相結合，就形成了整個設計部件的三維圖，如圖4所示。

3．5零件工程圖設計

將三維裝配圖和各個零件圖分別投影到二維工（gōng）程圖中，進（jìn）行尺寸標注、明細表格的（de）編（biān）製（zhì）等，就能形成指導（dǎo）生產的工程（chéng）圖。至此，參數化骨架模型建立完（wán）成。經過驗證，與傳統設計方法圖紙相比無差錯（cuò）。如圖5所示，在結構相同（tóng）的（de）情（qíng）況下，當賦予不同的參數時，可（kě）驅動（dòng）原有幾何模型生成新（xīn）的幾何圖形，而且二維視圖自動更新，完（wán）成高（gāo）效建模與（yǔ）模型修（xiū）改，加速了（le）設計的自動（dòng）化。

4.結論

通過對上述（shù）部（bù）件的骨架參數化建模，實現（xiàn）了設計的自動化，提高了設計效率。今後需要對結構複雜部件的設計進一步研究，推動參數（shù）化設計方法（fǎ）在（zài）企業的推廣。

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