二維框架是一種高級的二維草圖重用機制，它提供給三維設(shè)計師一種方式，用于構(gòu)建零部件基礎(chǔ)構(gòu)造，通過使用設(shè)計良好的二維框架可以對整個零部件的主要形狀大小、位置以及貫穿整個零部件的尺寸參數(shù)進行控制。二維框架不僅能成為零件的設(shè)計基準，也能成為部件的裝配基準，在此過程中可以做到參數(shù)傳遞，以及與其他零部件的參數(shù)進行交流。其設(shè)計過程在Autodesk Inventor中采取自上而下的設(shè)計方法。

1 Autodesk Inventor簡介

    Inventor是一個“參數(shù)化/變量化特征建模的三維設(shè)計軟件”，整個設(shè)計可以在裝配中基于裝配關(guān)系進行。裝配的基礎(chǔ)要素是相關(guān)的零件，零件是由若干參數(shù)化的可以基于裝配關(guān)系的特征堆砌而成的；特征是一些與機械設(shè)計的表達意圖相關(guān)的一些簡單幾何形體，這些幾何形體的基礎(chǔ)是參數(shù)化，可以基于裝配關(guān)系的二維或者三維草圖；草圖是一些簡單類型的圖線，可以用幾何關(guān)系約束、裝配關(guān)系約束和驅(qū)動尺寸約束加以控制和關(guān)聯(lián)。

    參數(shù)化設(shè)計適合于設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)方案比較穩(wěn)定，有可能用一組不很龐大的參數(shù)集約束所有零部件的尺寸關(guān)系。這種參數(shù)的求解比較簡單，與設(shè)計對象的控制尺寸有明顯對應關(guān)系，設(shè)計的結(jié)果將實現(xiàn)這些參數(shù)下的尺寸驅(qū)動，機械設(shè)計中常用的標準件就是這一類型的典型。變量化設(shè)計適合于設(shè)計結(jié)構(gòu)方案需要相對更大的自由度，要通過求解一組“約束方程”來確定零部件的尺寸和形狀。這些約束方程可以是幾何關(guān)系，也可以是工程計算條件。設(shè)計結(jié)果將實現(xiàn)這些約束方程下的尺寸和形狀驅(qū)動。

2 參數(shù)化模型及二維框架的建立

    鉆機底架由幾十個零部件組成，這些零部件都可以利用Autodesk Inventor在計算機上進行三維實體建模，全部實現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動和變量化，其中拉桿旋轉(zhuǎn)軸組件和立桿旋轉(zhuǎn)軸組件除了尺寸不同外，結(jié)構(gòu)完全一樣，因此在設(shè)計過程中只要建立好某一個部件的三維實體模型，通過改變Excel表格里面的參數(shù)值，就可以得到另外一個部件的三維實體模型。系統(tǒng)的零部件建模過程及思路如圖1所示。

圖1 零部件建模流程圖

    2.1 建立參數(shù)表

    分析兩部件的結(jié)構(gòu)和尺寸關(guān)系，建立如圖2所示的參數(shù)表。參數(shù)表采用Excel表格建立。

圖2 參數(shù)表

    2.2 建立二維框架零件

    啟動Inventor零件模板，在新建的零件模型中通過參數(shù)鏈接的方式，將Excel參數(shù)表關(guān)聯(lián)到零件模型參數(shù)表中，為了方便與其他零件參數(shù)進行交流或關(guān)聯(lián)，將參數(shù)對話框中的注釋欄前打上√，如圖3所示。在零件環(huán)境中繪制圖4所示草圖，標注尺寸時以參數(shù)的表達式形式來賦值，完成草圖后保存零件為二維框架，在一個二維框架零件里面可以建立多個框架草圖。

圖3 參數(shù)表鏈接

圖4 二維框架草圖

    2.3 零件模型的建立

    新建零件，通過衍生零部件的方法將二維框架衍生到該零件中，衍生二維框架時，選中需要的用戶參數(shù)、草圖等特征，如圖5所示。利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像、倒角等特征即可得到所需要的三維參數(shù)化旋轉(zhuǎn)軸零件，需要變化的尺寸采用用戶參數(shù)或表達式來賦值，使用同樣的方法建立抱箍座的參數(shù)化模型。

圖5 衍生零件

    2.4 部件模型建立

    新建部件，將二維框架添加到部件中作為固定的參考零件，由于只有草圖，所以不計入重量，不影響其他的建模，將旋轉(zhuǎn)軸和抱箍座添加到部件中，讓其原始坐標系三平面分別與二維框架原始坐標系三平面平齊，將得到旋轉(zhuǎn)軸組件，如圖6所示。

圖6 旋轉(zhuǎn)軸組件

3 參數(shù)化獲得新模型

    通過改變Excel表格里面的參數(shù)值，就可以獲得不同尺寸的新模型，圖7所示為同形狀不同大小模型的比較。

圖7 參數(shù)化模型比較

4 結(jié)束語

    應用基于二維框架的Inventor三維參數(shù)化進行設(shè)計，易于同結(jié)構(gòu)不同大小零部件幾何形狀的控制和修改。在計算機上從三維開始，實現(xiàn)全部的設(shè)計過程，提高可視化程度，三維參數(shù)化設(shè)計能準確反映設(shè)計者的思想，給產(chǎn)品機構(gòu)的運動設(shè)計帶來很大的方便，還易于進行多方案的比較，也容易檢查設(shè)計錯誤，這樣不僅提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，也縮短了設(shè)計周期。Inventor軟件中二維和三維的關(guān)聯(lián)，使得設(shè)計過程中二維視圖隨著三維參數(shù)的變化面變化，這給二維工程圖的處理帶來很大的便利。本文所提供的設(shè)計思路對于其他機械零部件設(shè)計，具有很好的參考價值。

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本文標題：基于二維框架的Inventor三維參數(shù)化設(shè)計

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