劉薇娜，劉宗漢，楊立峰，李 明，張 鎮(zhèn)

LIU Wei-na, LIU Zong-han, YANG Li-feng, LI Ming, ZHANG Zhen

（長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022）

0 引言

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司推出的一款三維軟件，使用Autodesk Inventor可以創(chuàng)建三維模型和二維制造工程圖、可以創(chuàng)建自適應(yīng)的特征、零件和子部件，還可以管理上千個零件和大型部件?，F(xiàn)代化設(shè)計集成了人工智能，使得以往復(fù)雜的設(shè)計變的簡單化，最大程度上縮短了設(shè)計時間從而得到高效率的產(chǎn)品。采用模型化設(shè)計體現(xiàn)了現(xiàn)代化設(shè)計的理念，通過設(shè)計可變化的零件模型來代替大量的重復(fù)性工作。

利用Inventor創(chuàng)建出可變換尺寸的模型，而利用 Inventor表單能直觀的表現(xiàn)出所需變換的模型尺寸，Inventor表單能簡潔的表述出所需變化尺寸圖形的每一個變化尺寸[3]，這樣使得使用者在選擇圖形尺寸時省時而又不會出現(xiàn)錯誤。

該設(shè)計就是利用Autodesk Inventor實現(xiàn)零件的尺寸設(shè)計和部件之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計，當(dāng)想要得到所需零件的尺寸規(guī)格時，可直接在選項欄里輸入所需的尺寸，系統(tǒng)會自動生成所需的圖形，這樣的設(shè)計體現(xiàn)了機(jī)械零件設(shè)計的自動化與標(biāo)準(zhǔn)化。

1 零件設(shè)計

1.1 零件草圖設(shè)計

該設(shè)計選取了一個軸承聯(lián)動機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括軸承座、軸、鍵、齒輪四個零件組成。首先我們要利用Inventor繪制這些零件的二位草圖。Inventor在編輯草圖方面就是二維CAD的繪制，Autodesk CAD是Autodesk公司的一款產(chǎn)品，而Autodesk Inventor集成了Autodesk CAD二維繪圖的功能而將之轉(zhuǎn)化成三維圖，繪制Inventor的二維圖形是為了轉(zhuǎn)化為三維圖[6]，所以與普通的二維圖形的繪制標(biāo)注有所區(qū)別如圖1所示。因為我們要做的是自由變換尺寸的零件模型，所以當(dāng)我們繪制二維草圖時需要注意影響變形的因素。我們在繪制圖形時標(biāo)注三維變換所需尺寸，不論是尺寸的遺漏還是過多標(biāo)注都會影響三維圖形尺寸的變換。創(chuàng)建必要的線條之間的約束能讓圖形在三維變換過程中不會出圖形的現(xiàn)畸形化。

圖1 零件草圖

圖2 零件三維圖

1.2 三維圖設(shè)計

應(yīng)用Inventor完成三維參數(shù)化設(shè)計，有利于復(fù)雜幾何形狀圖形的控制和修改，三維參數(shù)化設(shè)計能夠更準(zhǔn)確的體現(xiàn)設(shè)計者的創(chuàng)建思想，給產(chǎn)品機(jī)構(gòu)的設(shè)計帶來方便，也容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的錯誤，采用這種設(shè)計不僅提高了設(shè)計的效率和設(shè)計質(zhì)量，也縮短了設(shè)計周期。利用Inventor進(jìn)行設(shè)計，二維三維是雙向關(guān)聯(lián)的，這使得我們在設(shè)計中可以任意改變?nèi)S實體的尺寸，更改后的三維圖形和二維圖形會自動發(fā)生改變。這樣通過二維三維的雙向變換可以任意的調(diào)整圖形，讓參數(shù)化設(shè)計與自動化設(shè)計相結(jié)合完成我們所需的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。

將所繪制的二維圖生成三維圖如圖2所示，在拉伸過程中要標(biāo)記拉伸長度，因為這關(guān)系著之后設(shè)計中的零件尺寸變化。這些三維圖形將是我們所需零件的模型，我們就是利用這些模型來得到非標(biāo)零件的三維圖形。利用Autodesk Inventor設(shè)計的零件可以關(guān)聯(lián)性的改變尺寸，它把一個零件中的改變映射到另一個零件上，使得我們在改變零件的特征時與它相關(guān)聯(lián)的零件特征也隨之發(fā)生改變[3]。這樣的造型使得設(shè)計更加簡單方便，不論是零件還是部件都可創(chuàng)建所需的關(guān)聯(lián)性變化特征。

2 尺寸表單創(chuàng)建

2.1 表單介紹

利用Inventor iLogic來創(chuàng)建一個表單來控制尺寸的變化。我們都知道如果想編輯對話框表單的話，我們必須使用編程語言VB、VC等來創(chuàng)建，而我們使用Inventor iLogic可以在短暫的時間內(nèi)創(chuàng)建自己想得到的用戶界面表單，Inventor iLogic利用了規(guī)則驅(qū)動設(shè)計的技術(shù)，用一種新的方式可以實現(xiàn)對設(shè)計意圖的直接表達(dá)，使得我們的設(shè)計更具自動化智能化[2]，通過這個表單來控制我們想要完成的工作。

2.2 生成表單

下面介紹一下該設(shè)計表單的設(shè)計過程。

圖3 尺寸表單

圖4 尺寸表單

圖5 軸承表單

創(chuàng)建iLogic表單就是將所需變更的外形尺寸創(chuàng)建到到表單框中，通過直接編輯表單中的尺寸數(shù)據(jù)來調(diào)整所創(chuàng)零件的外形尺寸如圖3所示。我們通過創(chuàng)建多個選項卡組使得我們在調(diào)整零件尺寸的時候更加方便，并在表單中插入二維圖，使得在編輯零件的尺寸時更加直觀如圖4所示。當(dāng)創(chuàng)建軸承表單時，我們使用滑塊尺寸變換模式，當(dāng)移動滑塊時，可自動調(diào)整軸承尺寸，同時對軸承尺寸的變化范圍進(jìn)行了限定，這樣使得階梯軸尺寸變換更方便更直觀而且變化范圍也有了約束，最終得到的軸承表單如圖5所示。

2.3 限定尺寸變化范圍

利用Inventor iLogic編寫程序控制零件的尺寸范圍。當(dāng)輸入的尺寸超出我們限定的約束時系統(tǒng)會自動給出提示，我們通過下列程序?qū)崿F(xiàn)尺寸范圍的限定，這些程序?qū)⒓s束軸承尺寸的變化范圍。當(dāng)我們輸入的長度范圍超出了約束系統(tǒng)會自動提示錯誤。從而限定使用者的輸入的編輯范圍。

If dz1（第一段圓直徑）＜1 cm Or dz1（第一段圓直徑）＞8 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dz1（第一段圓直徑）=4 cm

End If

If dl1（第一段拉伸長度）＜1 cm Or dl1（第一段拉伸長度）＞20 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dl2（第一段拉伸長度）=10 cm

End If

If dz2（第二段圓直徑）＜1 cm Or dz2（第二段圓直徑）＞12 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dz2（第二段圓直徑）=6 cm

End If

If dl2（第二段拉伸長度）＜1 cm Or dl2（第二段拉伸長度）＞20 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dl2（第二段拉伸長度）=10 cm

End If

If jk（鍵槽寬度）＜0.2 cm Or jk（鍵槽寬度）＞4 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

jk（鍵槽寬度）=1 cm

End If

If jc（鍵槽長度）＜1 cm Or jc（鍵槽長度）＞15 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

jc（鍵槽長度）=5cm

End If

3 部件設(shè)計

利用Inventor實現(xiàn)零件的裝配完成一個完整的部件模型，通過創(chuàng)建零件之間的關(guān)聯(lián)達(dá)到變換尺寸后部件的協(xié)同化整體化。我們利用Inventor-iLogic來實現(xiàn)部件尺寸之間的約束關(guān)系，使得我們改變一個尺寸的同時整體尺寸也發(fā)生改變，這樣節(jié)省了逐一修改各個零件尺寸的時間，使得使用者有更多的選擇性，當(dāng)使用者需要改變整體尺寸時大大節(jié)約了時間，而在改變單一零件尺寸時也可抑制這些關(guān)聯(lián)單一的改變所需改變的零件尺寸[4]。這樣的設(shè)計使得非標(biāo)零件的設(shè)計更具靈活性，省時又省力。下面是尺寸關(guān)聯(lián)的一些程序這些程序?qū)f(xié)同的改變模型的尺寸

Parameter(“軸承底座：1”,“小圓直徑2”)=Parameter(“軸承：1”,“第三段圓直徑1”)

Parameter(“軸承：1”,“第六段圓直徑1”)=Parameter(“軸承底座：1”,“小圓直徑2”)

Parameter(“鍵：1”,“鍵長1”)=Parameter(“軸承：1”,“鍵槽長度2”)

Parameter(“軸承：1”,“鍵槽半寬度1”)=Parameter(“齒輪：1”,“半寬度3”)=Parameter(“鍵：1”,“鍵半寬2”)

這樣我們便得到了軸承聯(lián)動機(jī)構(gòu)，如圖6所示，它是一個可變換尺寸的機(jī)構(gòu)，只要我們改變尺寸模型就會自動生成我們所需的圖形。

圖6 軸承機(jī)構(gòu)

4 結(jié)論

本設(shè)計通過對繪制三維零件模型實現(xiàn)對非標(biāo)零件進(jìn)行尺寸的自由設(shè)定，使得使用者在需要某種零件時只需調(diào)用零件模型，再對零件模型尺寸進(jìn)行設(shè)定就可以得到所需的三維圖形。這種方式既可以使工廠設(shè)計人員節(jié)約了大量的設(shè)計時間，也體現(xiàn)了非標(biāo)零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計理念，可以通過創(chuàng)建多個零件模型來組建零件庫，達(dá)到對非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)字化系統(tǒng)化管理的目的。

[1] 劉朝儒.機(jī)械制圖[M].高等教育出版社.2000.12.

[2] 陳伯雄,馮偉.Inventor iLogic程序設(shè)計解析與實現(xiàn)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2014.7.

[3] 陳伯雄.Inventor機(jī)械設(shè)計解析與實戰(zhàn) 基礎(chǔ)篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2013.6.

[4] 陳伯雄.Inventor機(jī)械設(shè)計解析與實戰(zhàn) 專業(yè)篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2013.6.

[5] 韓偉娜.基于Autodesk inventor的零件系列化設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造.2007.5.8.

[6] 胡仁禧.Inventor9中文版機(jī)械設(shè)計高級應(yīng)用實例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.