王志華

（遼寧省新聞出版學(xué)校 遼寧沈陽(yáng) 110032）

SolidWorks軟件中參數(shù)化特征建模技術(shù)應(yīng)用

王志華

（遼寧省新聞出版學(xué)校 遼寧沈陽(yáng) 110032）

虛擬樣機(jī)技術(shù)是以三維建模技術(shù)和多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)建模技術(shù)為基礎(chǔ)。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以直接應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械、電氣系統(tǒng)進(jìn)行三維建模和虛擬裝配，從而獲得虛擬樣機(jī)，并可以在計(jì)算機(jī)上根據(jù)各種工作情況的運(yùn)行和受力情況進(jìn)行仿真分析，最終對(duì)樣機(jī)的性能有所了解，進(jìn)而為生產(chǎn)物理樣機(jī)提供可靠的數(shù)據(jù)分析。CAD特征造型能力的逐步完善，為產(chǎn)品集信息模型的建立奠定了基礎(chǔ)。

虛擬樣機(jī)技術(shù) Solidwork參數(shù)化特征建模技術(shù)

印刷機(jī)輸紙機(jī)構(gòu)模擬運(yùn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)主要采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)印刷機(jī)輸紙機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，然后利用Solidworks自帶的插件COSMOSmotiot對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，使系統(tǒng)更接近實(shí)際功能。本部分主要介紹在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所采用的參數(shù)化特征建模技術(shù)。

1989年美國(guó)評(píng)出近25年間當(dāng)代10項(xiàng)最杰出的工程技術(shù)成就，其中第4項(xiàng)就是CAD。1991年3月20日海灣戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后的第三個(gè)星期，美國(guó)政府發(fā)表了跨世紀(jì)的國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，其中列舉了6大技術(shù)領(lǐng)域的22項(xiàng)關(guān)鍵項(xiàng)目，認(rèn)為這些項(xiàng)目對(duì)于美國(guó)的國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要，而CAD技術(shù)與其中的兩大領(lǐng)域11個(gè)項(xiàng)目緊密相關(guān)。CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。

SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)。該軟件可以快速設(shè)計(jì)出三維實(shí)體零件，并自動(dòng)生成各種工程視圖，而且支持實(shí)體零件和工程視圖的相關(guān)性。還可以使用實(shí)體零件進(jìn)行仿真裝配，動(dòng)態(tài)觀察可運(yùn)動(dòng)零部件的運(yùn)動(dòng)情況。它有較好的開(kāi)發(fā)性接口和功能擴(kuò)充性，能輕松實(shí)現(xiàn)各種CAD軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳送。

其次，SolidWorks的資源管理器是采用和Windows一樣的資源管理器，可以方便地管理CAD文件。同時(shí)，SolidWorks的整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間是全相關(guān)的，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化建立模型。

傳統(tǒng)的實(shí)體表示方法使用簡(jiǎn)單的原始的幾何元素來(lái)表達(dá)實(shí)體，比如線(xiàn)條、圓弧、圓柱以及圓錐等，這樣顯得很枯燥、單調(diào)，計(jì)算機(jī)很難識(shí)別和理解這樣粗糙的模型。由此我們可以利用較高層次的語(yǔ)義豐富的特征來(lái)代替簡(jiǎn)單的原始的幾何元素作為基本元素，通過(guò)一定的組合法則來(lái)建模，這就是特征造型。

與傳統(tǒng)的指導(dǎo)二維圖的投影理論不同，三維建模宅要采用的是構(gòu)造實(shí)體幾何fConstructiveSolidGeometry—CSG）及形體幾何特征等圖學(xué)理論。CSG是對(duì)實(shí)體的整體形成的分析，即任何復(fù)雜實(shí)體都可看成是簡(jiǎn)單單元體的組合，類(lèi)似于工程制圖中組合體的形體分析法，把物體分解成若干基本體（即為單元體），一般采用布爾運(yùn)算（并集、差集、交集）來(lái)實(shí)現(xiàn)這種組合。這種形體分析法的思維模式是全三維的，是在大腦中立體地模擬客觀世界中對(duì)吏體進(jìn)行加工全過(guò)程動(dòng)態(tài)的心理活動(dòng)。

特征的表示和建立就成為其中的關(guān)鍵。隨著面向?qū)ο蟮募夹g(shù)的建立和發(fā)展，尤其是封裝和繼承的概念，解決了可擴(kuò)充性和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得特征可以只包含所需的信息，需要時(shí)可通過(guò)繼承來(lái)添加所需信息，它對(duì)特征造型提供了強(qiáng)有力的支持。

特征是一組與零件描述相關(guān)的信息集合，是組成零件的基本元素，它包含了大量設(shè)計(jì)意圖，一般可分為形狀特征、精度特征、材料特征、技術(shù)特征和裝配特征［25］。

參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過(guò)定義特征間的幾何約束和尺寸約束，自動(dòng)維護(hù)特征間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證模型修改的一致性和有效性。一般分為尺寸約束參數(shù)化和定位約束參數(shù)化。

特征集是指為實(shí)現(xiàn)某一功能而相關(guān)聯(lián)的若干特征的集合，這些特征之間的相互關(guān)聯(lián)表現(xiàn)在幾何和位置上的相互依存。

基特征指在一個(gè)特征集中，一般總可以選出一個(gè)比較明顯的特征，是其它特征定位的基礎(chǔ)。

基于參數(shù)化特征進(jìn)行建模有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.自動(dòng)化程度高。利用參數(shù)化特征進(jìn)行建模，此時(shí)設(shè)計(jì)人員的操作對(duì)象不再是基本的線(xiàn)條和體素，而是根據(jù)產(chǎn)品的功能和加工特性，直接引用特征庫(kù)來(lái)創(chuàng)建產(chǎn)品的集合解構(gòu)特稱(chēng)，實(shí)現(xiàn)了信息共享，使設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度大大提高；

2.具有良好的集成性和繼承性。在創(chuàng)建模型的過(guò)程中，除創(chuàng)建零件的幾何形狀特性外，還包含了工藝、制造、裝配等其它屬性。特征庫(kù)具有相對(duì)獨(dú)立的靈活性和可傳輸性，它可以嵌入通用的CAD軟件，可以利用軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，從而具備良好的集成性和繼承性；

3.可以教為完整地表達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理信息，建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。

常用的三維造型軟件非常多，但總的設(shè)計(jì)思想是相同的。其基本建模方法和技巧都大同小異。具體采用什么軟件可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。一般模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程分以下3個(gè)步驟：

1.建立三維模型并添加尺寸及解構(gòu)約束；

2.提取控制模型的表達(dá)式；

3.編寫(xiě)程序控制模型的表達(dá)式實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。