基于骨架模型的參數(shù)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(jù)Inventor三維設計軟件的設計功能特征，結合壓力機產(chǎn)品的機構特點，進行參數(shù)化設計。建立參數(shù)化的骨架模型，通過尺寸約束或程序約束的控制，進行工程圖紙的生成，指導生產(chǎn)，提高設計效率。
關鍵詞：參數(shù)化設計；骨架模型；Inventor；壓力機
參數(shù)化設計能夠使設計人員在設計初期無需考慮具體細節(jié)而快速草擬零件形狀和輪廓草圖，并可以通過局部修改和變動某些約束參數(shù)進行類似產(chǎn)品的設計。Inventor軟件提供了很多參數(shù)化方法，包括尺寸關聯(lián)、特征關聯(lián)、約束關聯(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)化方法基礎上。針對機床設計特點，總結出基于骨架模型的參數(shù)化設計方法，并進行實例分析。
1.開展原因
開展骨架模型參數(shù)化設計，基于以下的原因和考慮：①設計過程中常常需要反復更改，一處更改涉及的問題往往是多方面的，更改過程難免有疏漏，更改有時比初始設計更繁瑣，更占用時間；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結構，以減少重復勞動，縮短設計時間；③現(xiàn)代設計方法如優(yōu)化設計、有限元分析計算等的應用越來越普及，而三維圖形尤其是參數(shù)化模型是實現(xiàn)這些設計方法的重要保證。
2.方法流程
本方法是模仿實際產(chǎn)品的開發(fā)過程，即先設計產(chǎn)品的原理和結構，然后再進一步設計其中的零件，屬于自上而下的設計方法范疇。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)相當于平面圖各個投影及剖面的空間組合。不同于平面圖的是，它以輪廓為主，表達主要結構，為生成實體服務。
骨架模型是根據(jù)組件內(nèi)的上下關系創(chuàng)建的特殊零件模型，它作為一個元件放置在裝配體中，用來控制裝配結構和尺寸，其他零件參照骨架模型并以骨架模型作為設計規(guī)范。骨架模型也可以通過聲明與布局建立關聯(lián)，可實現(xiàn)布局控制骨架、骨架控制裝配和零件的自頂向下設計的數(shù)據(jù)傳遞關系。此設計流程參照通常設計流程，只是在開始的設計中，先建立主參數(shù)的骨架草圖，之后各個部件／零件設計人員逐級完善，具體流程如圖1所示。
3.應用
為更好地理解此設計方法，選用壓力機上橫梁中間罩子作為建模零件，如圖2所示。因為中間罩子主體由結構件型材焊接完成。在不同的產(chǎn)品設計中，
其外形尺寸及開口尺寸根據(jù)機床的結構特點而變，但總體結構基本不變，其骨架模型可通過圖形驅(qū)動(或尺寸驅(qū)動)方式在設計過程中進行參數(shù)修改，實現(xiàn)新產(chǎn)品圖紙的繪制。建模使用結構件生成器生成型材框架。摸索實現(xiàn)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、零件工程圖設計等操作。
3．1骨架模型的建立
結構件框架通常為三維構造，最好使用三維草圖構件骨架。首先依據(jù)已生產(chǎn)出的產(chǎn)品，進行草圖繪制，施加約束，并進行賦值，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(xiàn)骨架線條，將尺寸和位置約束進行隱藏)，如圖3所示。
3．2自建輪廓隨動結構件
如果所需要的零件為資源庫中的標準型材，需要插入建立的三維草圖，在結構需要的位置點擊“插入結構件”按鈕安裝各種型材。
如果需要的零件在資源庫標準型材中沒有，則需要通過iPart生成零件，并衍生出自建輪廓隨動結構件。建立零件，使草圖方向與結構件框架要求方向一致，建立草圖；投影坐標原點；建立封閉輪廓拉伸實體；運行結構件形狀編寫；填寫相應要求，“確認基點”選項，選擇“幾何圖元”，選擇草圖中投影的坐標原點，發(fā)布零件型材。此自建結構件可以實現(xiàn)結構件編輯器中所有操作。
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。也可以在衍生的草圖中建立相應輪廓及修改衍生草圖已有輪廓，實現(xiàn)修剪，保證模型的柔性。
3．4三維實體模型的建立
結構件生成器設計出來的三維實體與其他由骨架草圖衍生出來的三維零件相結合，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程圖中，進行尺寸標注、明細表格的編制等，就能形成指導生產(chǎn)的工程圖。至此，參數(shù)化骨架模型建立完成。經(jīng)過驗證，與傳統(tǒng)設計方法圖紙相比無差錯。如圖5所示，在結構相同的情況下，當賦予不同的參數(shù)時，可驅(qū)動原有幾何模型生成新的幾何圖形，而且二維視圖自動更新，完成高效建模與模型修改，加速了設計的自動化。
4.結論
通過對上述部件的骨架參數(shù)化建模，實現(xiàn)了設計的自動化，提高了設計效率。今后需要對結構復雜部件的設計進一步研究，推動參數(shù)化設計方法在企業(yè)的推廣。
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