朱琳++宋濤++張婷++劉天政

【摘 要】基于Autodesk inventor軟件平臺(tái)，提出可視化外部參數(shù)建模原理，闡述了參數(shù)及參數(shù)表達(dá)式設(shè)置技巧。以水工平面閘門為例，介紹了參數(shù)化三維建模所涉及的參數(shù)設(shè)置，零部件創(chuàng)建方法，零部件裝配技巧以及二維工程圖設(shè)計(jì)與編輯。模型特性參數(shù)表具有可視化修改功能，局部調(diào)整只在可視化參數(shù)表中修改與產(chǎn)品特征相關(guān)的參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】水工閘 Autodesk inventor參數(shù)化化設(shè)計(jì) 三維模型

1 前言

水工閘門是水利樞紐工程中的主要組成部分，控制著水利樞紐發(fā)電、供水、沖砂、泄洪、防洪等運(yùn)行過程，閘門的設(shè)計(jì)精度及設(shè)計(jì)效率直接影響工程的安危成敗。隨著科技技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大幅度的提高了設(shè)計(jì)效率及精度，但是平面閘門的設(shè)計(jì)綜合性強(qiáng)計(jì)算量大且零部件較多，傳統(tǒng)的二維軟件設(shè)計(jì)仍要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力在重復(fù)勞動(dòng)上。

2 inventor參數(shù)化三維建模原理

2.1 模型特征參數(shù)與尺寸驅(qū)動(dòng)約束

尺寸驅(qū)動(dòng)是模型參數(shù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，尺寸約束是是實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)的前提。為了實(shí)現(xiàn)模型特征參數(shù)來驅(qū)動(dòng)幾何圖形，需要將模型特征參數(shù)以.ipt的模式內(nèi)嵌在模型項(xiàng)目文件中，inventor軟件自動(dòng)提取內(nèi)部系統(tǒng)模型特征參數(shù)。在零件草圖設(shè)計(jì)時(shí)，草圖繪制界面中衍生與零件特征相關(guān)聯(lián)的特征參數(shù)文件，并使特征參數(shù)處于激活狀態(tài)，對(duì)幾何圖形進(jìn)行尺寸約束時(shí)直接鏈接處于激活狀態(tài)的特征參數(shù)，圖形處于全約束狀態(tài)后，隨著參數(shù)的變化，圖形尺寸及與坐標(biāo)的位置關(guān)系都會(huì)協(xié)同變化。模型特性參數(shù)表具有可視化修改功能，當(dāng)圖形幾何尺寸局部或者整體需要修改時(shí)，只在可視化參數(shù)表中修改與產(chǎn)品特征相關(guān)的參數(shù)，無需運(yùn)行整個(gè)設(shè)計(jì)過程。

2.2 參數(shù)表達(dá)式驅(qū)動(dòng)模型特征

表達(dá)模型特征的參數(shù)比較繁多，參數(shù)表中不必對(duì)每個(gè)產(chǎn)品特征定義變量參數(shù)，如若對(duì)所有特征都設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，參數(shù)量巨大，參數(shù)化建模繁瑣，后期參數(shù)化模型應(yīng)用中參數(shù)修改工作更是繁瑣。根據(jù)產(chǎn)品各部件的相互配合及對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，建立特征參數(shù)表達(dá)式來約束模型特征。最終達(dá)到產(chǎn)品特征完全被設(shè)計(jì)參數(shù)及參數(shù)表達(dá)式全約束的狀態(tài)，完善的參數(shù)化三維模型不允許存在過約束或欠約束的狀態(tài)。模型特征參數(shù)與表達(dá)式之間相互依賴，相互傳遞數(shù)據(jù)，提高表達(dá)式設(shè)計(jì)的層次，減少參數(shù)建立及修改的工作量。不同零件之間的參數(shù)表達(dá)式也可以相互鏈接調(diào)用，當(dāng)某一參數(shù)發(fā)生改變，參數(shù)表達(dá)式及調(diào)用參數(shù)表達(dá)式會(huì)關(guān)聯(lián)更新，驅(qū)動(dòng)參數(shù)模型即時(shí)更新。

3 基于inventor的平面閘門參數(shù)化建模步驟

使用inventor三維軟件進(jìn)行平面閘門的三維建模設(shè)計(jì)，首先要充分了解平面閘門的結(jié)構(gòu)，各零部件之間的相對(duì)位置關(guān)系，以及閘門與門槽之間的裝配關(guān)系。建模設(shè)計(jì)前，明晰并構(gòu)思好所有能表達(dá)閘門特征的參數(shù)以及鏈接特征參數(shù)的表達(dá)式，以最少數(shù)量的參數(shù)來表達(dá)最完善的產(chǎn)品特征。每一個(gè)產(chǎn)品在可研階段的設(shè)計(jì)，并不是一個(gè)方案一撮而就，往往要一波三折，經(jīng)過反復(fù)的論證、重新設(shè)計(jì)和修改的過程，從而不斷完善設(shè)計(jì)成果。采用參數(shù)化的設(shè)計(jì)能按照我們所論證的方案，進(jìn)行靈活修改設(shè)計(jì)，不用推翻設(shè)計(jì)的全運(yùn)行過程。

3.1 平面閘門三維模型參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

外部參數(shù)表主要包括控制零件尺寸和形狀特征參數(shù)，是參數(shù)化建模的核心部分，為了建立一套參數(shù)化驅(qū)動(dòng)平面閘門的模型，首先要對(duì)平面閘門包含的參數(shù)特征進(jìn)行分解歸類和采用簡(jiǎn)化表達(dá)式鏈接。平面閘門主要由門葉、止水、埋件、主側(cè)輪等部分組成，對(duì)主要組成部分建立相對(duì)應(yīng)的外部參數(shù)表，如門葉參數(shù)、止水參數(shù)等，外部參數(shù)表以.ipt零件形式設(shè)置，利用參數(shù)表設(shè)置閘門的特征名稱及相對(duì)應(yīng)的控制尺寸，特征名稱及尺寸在建模過程中與后續(xù)使用中能進(jìn)行可視化修改。以側(cè)輪為例，首先建立側(cè)輪裝配公用參數(shù)，而后建立與側(cè)輪相對(duì)應(yīng)的參數(shù)表，參數(shù)表中包括側(cè)輪直徑、輪架高度、底板寬度及厚度等表達(dá)側(cè)輪特征的參數(shù)。側(cè)輪外部參數(shù)表通過.ipt的格式保存于平面閘門模型的項(xiàng)目中，以備建立側(cè)輪零件圖時(shí)衍生調(diào)用。

3.2 平面閘門三維模型零件設(shè)計(jì)

模型零件設(shè)計(jì)主要包括草圖繪制，草圖特征，放置特征。草圖設(shè)計(jì)是生成零件特征的基礎(chǔ)，創(chuàng)建新零件模板文件時(shí)，inventor軟件會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建草圖，直接進(jìn)入草圖設(shè)計(jì)環(huán)境。草圖繪制前，將內(nèi)嵌在項(xiàng)目中的外部參數(shù)衍生到草圖繪制環(huán)境中，并激活驅(qū)動(dòng)草圖尺寸的參數(shù)。草圖繪制可以在原始坐標(biāo)系中默認(rèn)的XY、YZ、XZ平面中進(jìn)行，也可以根據(jù)各零件的互相裝配關(guān)系自行建立平面繪制草圖，不同繪制平面中的草圖以及各零件之間的草圖可以相互借用，只須共享草圖選擇所要調(diào)用的工作平面即可。繪制平面閘門各零件草圖時(shí)，首先創(chuàng)建一個(gè)工作平面，以“XZ”平面為基礎(chǔ)，偏移0，創(chuàng)建草圖繪制工作平面。以坐標(biāo)原點(diǎn)作為基礎(chǔ)零件面板的原點(diǎn)，在工作平面上創(chuàng)建面板二維草圖，調(diào)用衍生參數(shù)中的面板厚度，面板高度等參數(shù)進(jìn)行二維尺寸標(biāo)注，當(dāng)面板草圖處于全約束狀態(tài)時(shí)，完成面板草圖。依照此方法完成平面閘門其他各零件草圖的繪制。草圖繪制階段，利用參數(shù)約束，完成約束各零部件之間的裝配位置關(guān)系，目的是為了方便后續(xù)零部件的裝配工作。

4 結(jié)語

Autodesk Inventor軟件具有強(qiáng)大的三維造型能力，有良好的二維工程圖編輯能力及設(shè)計(jì)表達(dá)能力。通過inventor軟件平臺(tái)進(jìn)行平面閘門的參數(shù)化設(shè)計(jì)，形成平面閘門的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，可視化外部參數(shù)驅(qū)動(dòng)功能縮短產(chǎn)品周期，提高閘門設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)今水利項(xiàng)目日趨增多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，參數(shù)化三維模型設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)柔性，縮短了市場(chǎng)反應(yīng)時(shí)間。

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