基于骨架模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

劉洪成，黃 穎

（1.齊二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.齊齊哈爾北方機(jī)器有限公司工藝處，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

基于骨架模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

劉洪成1，黃 穎2

（1.齊二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.齊齊哈爾北方機(jī)器有限公司工藝處，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

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。

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。

圖1 骨架模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用流程圖

3 應(yīng)用

圖2 中間罩子

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。

圖3 三維草圖

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；填寫相應(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。

圖4 三維裝配圖

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。

圖5 模型參數(shù)表

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。

[1]戴春來(lái).參數(shù)化設(shè)計(jì)理論的研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2002.

[2]胡 琪，等.汽車覆蓋件包邊模工作部件參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，49（5）：80-82.

[3]蘇夢(mèng)香，等.基于Autodesk Inventor的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007，（6）：168-169.

[4]張 峰，等.參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J].機(jī)械工程師，2002，（1）：13-15.

Parametricdesign method of model on the basis of skeleton

LIU Hongcheng1,HANG Ying2
(1.Research Institute,Qiqihar No.2 Machine Tool(Group)Co.,Ltd., Qiqihar 161005,Heilongjiang China; 2.Technical Process Department,Qiqihar North Machine Co.,Ltd., Qiqihar 161005,Heilongjiang China)

Based on the design features of the Inventor 3D design software,the parametric design has been carried out to press according to the characteristics of the mechanism.The parametric model of the skeleton has been established.The engineering drawing has been generated by control of the sizeor procedureconstraints,which guides the production and improves the design efficiency.

Parametric design；Skeleton model；Inventor

TP391.72

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.01.025

1672-0121（2016）01-0085-03

2015－07－31；

2015－08－09

劉洪成（1985-），男，工程師，從事自動(dòng)冷鐓機(jī)、曲柄壓力機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。E-mail：q2jclhc@163.com