三維機(jī)械零部件的參數(shù)化及系列化設(shè)計(jì)方法

王 霞

在用三維軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于那些外型及結(jié)構(gòu)完全相同，僅大小尺寸、材料等要素不同的零件，如果每次都重復(fù)建模，相關(guān)部件模型重新裝配，不僅工作效率低下，而且三維設(shè)計(jì)軟件及計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)也沒(méi)有得到發(fā)揮。實(shí)際上，各種三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)此都已有相應(yīng)的解決方案，如能善加利用，對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率定會(huì)大有益處。本文所述inventor軟件是通過(guò)創(chuàng)建參數(shù)化、系列化的ipart工廠文件的方法，不僅無(wú)需重新建模和部件裝配，甚至也不必重新生成工程圖。

1 參數(shù)創(chuàng)建及編輯方法

1.1 參數(shù)的創(chuàng)建

（1）inventor在定義草圖尺寸時(shí)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建參數(shù)，所以可通過(guò)對(duì)參數(shù)賦值來(lái)確定零件特征的大小和形狀，還可以使用等式等方式定義參數(shù)之間的關(guān)系，如：高度=寬度/2，甚至可以通過(guò)定義參數(shù)，將尺寸與功能要求關(guān)聯(lián)起來(lái)。例如：面積=載荷/材料強(qiáng)度×安全系數(shù)。

（2）inventor在部件模型文件中創(chuàng)建特征或添加部件約束時(shí)也會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建參數(shù)，如將兩個(gè)零件的配合約束定義為：間隙＝1.5 mm。

1.2 參數(shù)編輯工具及操作方法

在inventor中使用“fx參數(shù)”工具查看和編輯“參數(shù)”表中的參數(shù)，建立表達(dá)式，創(chuàng)建用戶參數(shù)及鏈接電子表格等。

（1）模型參數(shù) 在添加尺寸、約束時(shí)，系統(tǒng)指定的默認(rèn)參數(shù)即“模型參數(shù)”，如d1＝50等，可在“編輯尺寸”對(duì)話框中編輯，或在“fx參數(shù)”中賦值。

（2） 用戶參數(shù) 是設(shè)計(jì)師根據(jù)使用需求，在“參數(shù)”對(duì)話框中，通過(guò)“添加”命令創(chuàng)建的參數(shù)。

（3） 電子表格 在“參數(shù)”對(duì)話框中，單擊“鏈接”，選擇Microsoft Excel(.xls)文件，指定參數(shù)開始單元。選擇“嵌入”或者“鏈接”電子表格。選擇“鏈接”后該電子表格參數(shù)可在多個(gè)文件中共享，而一旦修改參數(shù)，所有應(yīng)用該表格的文件都將隨之改變；選擇“嵌入”后如果編輯參數(shù)，只有該模型發(fā)生改變，而不會(huì)影響其他文件。電子表格中的參數(shù)可以在打開Excel文件中修改，也可以在“參數(shù)”對(duì)話框中將表格參數(shù)“添加到用戶參數(shù)”后，再進(jìn)行編輯。

（4）參數(shù)輸出 將模型參數(shù)和用戶參數(shù)輸出到零部件特性中是為了在“BOM表”或“明細(xì)表”中加以使用。在“參數(shù)”對(duì)話框中，將要輸出到“輸出參數(shù)”列中的參數(shù)旁邊的復(fù)選框選中，單擊“完成”。打開“文件”>“iProperty”>“自定義”選項(xiàng)卡，以驗(yàn)證是否已列出參數(shù)。在“BOM表”或“明細(xì)表”對(duì)話框中單擊“列選擇器”，選擇“自定義特性”字段，從“可用的特性”字段中選擇要顯示在“BOM表”或“明細(xì)表”中的參數(shù)，單擊“完成”，所選參數(shù)顯示為新列。

2 創(chuàng)建iPart工廠文件

在創(chuàng)建模型文件時(shí)，先進(jìn)行參數(shù)化賦值，再通過(guò)創(chuàng)建iPart將該參數(shù)化模型系列化，即利用“iPart編寫器”來(lái)創(chuàng)建零件族，iPart表中的每一行都定義了零件族中的一個(gè)成員。在部件中放置某規(guī)格零件時(shí)，只需在表中選擇相應(yīng)成員。

（1） 創(chuàng)建過(guò)程概述

啟動(dòng)一個(gè)新零件，確定需要發(fā)生變化的特征，創(chuàng)建草圖和全部特征。使用“fx參數(shù)”工具來(lái)進(jìn)行重命名參數(shù)、建立表達(dá)式及創(chuàng)建用戶參數(shù)等操作。使用“創(chuàng)建iPart”工具來(lái)創(chuàng)建零件族，指定每種零件成員的參數(shù)及其它要素。保存文件，則該零件被自動(dòng)存為一個(gè)參數(shù)化、系列化的“iPart工廠”文件。

（2） iPart編寫器

在創(chuàng)建iPart過(guò)程中，“iPart編寫器”的編寫內(nèi)容概括為以下幾個(gè)方面：

參數(shù) 只有經(jīng)過(guò)重命名的參數(shù)才會(huì)自動(dòng)列入表格中，其它參數(shù)如果需要添加到表中，則應(yīng)在瀏覽器中將其選中，再點(diǎn)擊“包含”箭頭完成添加。若要?jiǎng)h除參數(shù)，則先將參數(shù)選中，然后單擊“刪除”箭頭。

特性 在“特性”選項(xiàng)卡上，展開“項(xiàng)目”文件夾，添加與每個(gè)成員相對(duì)應(yīng)的“零件代號(hào)”。這樣在放置某一個(gè)成員的時(shí)候，BOM表和明細(xì)表以及工程圖圖紙標(biāo)題欄中的零件代號(hào)都能更新。

螺紋信息 模型中如果包含有螺紋特征，則在“螺紋”選項(xiàng)卡上至少應(yīng)確定“族”和“規(guī)格”兩個(gè)要素，而且螺紋的“族”和“規(guī)格”必須符合inventor標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

iMate信息 在“iMate”選項(xiàng)卡上，如果特征狀態(tài)為“計(jì)算”，則自動(dòng)包含iMate；如果特征狀態(tài)為“抑制”，則不包含iMate。

特征抑制 在部件模型中放置零件時(shí)，可以通過(guò)抑制基礎(chǔ)模型的某些特征將iPart工廠文件中每一個(gè)成員定義出多種配置形式。只需在“抑制”選項(xiàng)卡上添加所要抑制的特征,就可以更加精確地確定每個(gè)零件的具體形狀。

定位特征 在“定位特征”選項(xiàng)卡上，可根據(jù)需要定義一個(gè)或多個(gè)定位特征。這些定位特征在約束部件中的零件時(shí)將會(huì)用到。

其他 在“其他”選項(xiàng)卡上，定義諸如“顏色”、“材料”或“文件名”等要素。

成員名稱 inventor自動(dòng)生成唯一的名稱以區(qū)分iPart表中的每個(gè)成員。如果更改默認(rèn)名稱，則保存時(shí)文件名也會(huì)相應(yīng)改變。

關(guān)鍵字 用以標(biāo)識(shí)iPart的主要特征。如需指定多個(gè)關(guān)鍵字，還可根據(jù)編號(hào)來(lái)指定順序，例如Key1、Key2等。

插入行 通過(guò)執(zhí)行“插入行”并修改行中的參數(shù)，就可以創(chuàng)建新的成員。

通過(guò)電子表格編輯 在電子表格中能夠利用復(fù)制、粘貼、公式和排序等功能，使編輯成員工作更加靈活方便。但注意不能更改列標(biāo)題，否則會(huì)導(dǎo)致iPart的所有引用無(wú)法計(jì)算。

放置到部件中 在“放置標(biāo)準(zhǔn)iPart”對(duì)話框中選擇iPart列表中的某個(gè)成員，裝配并保存部件文件。

3 創(chuàng)建實(shí)例

本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的研磨工具為例介紹參數(shù)化、系列化建模過(guò)程，該研磨工具由一個(gè)研具體和四個(gè)手柄裝配而成。

3.1 研具體

（1） 建模

通過(guò)創(chuàng)建草圖及特征等步驟完成研具體建模（見(jiàn)圖1），打開“fx參數(shù)”，將需要編輯的參數(shù)重新命名（見(jiàn)圖2）。此外，將草圖中的尺寸顯示設(shè)置為“顯示表達(dá)式”。不但表達(dá)清晰，也有利于編輯尺寸（見(jiàn)圖3）。

（2） 創(chuàng)建iPart

打開“iPart編寫器”，重命名的變量參數(shù)，“特性”中的“零件代號(hào)”以及“成員”將自動(dòng)列入表中（見(jiàn)圖4）。因該例中“手柄孔”是需要編輯的螺紋孔，所以在“螺紋信息”中將“族”和“規(guī)格”信息也添加到表格中。這樣對(duì)于一個(gè)研具體來(lái)說(shuō)，表格中信息已經(jīng)完整，可以通過(guò)執(zhí)行“插入行”命令創(chuàng)建新iPart成員（見(jiàn)圖5）。

圖3 研體旋轉(zhuǎn)特征草圖

iPart表中背景為綠色者為默認(rèn)行，該成員的模型被顯示在模型空間，若改變編輯器中的默認(rèn)行或模型瀏覽器中的成員名，則所顯示的模型零件將被替換成為其它成員的模型。

圖4 研具體的iPart編寫器

圖5 創(chuàng)建新iPart成員

3.2 手柄

（1） 建模

建模以編輯參數(shù)等過(guò)程同上。此處，根據(jù)“備注”中“倒角C”應(yīng)大于等于螺紋牙型高要求，特增加用戶參數(shù)“螺距P”以及“牙型高”，以使“倒角C”滿足備注要求；同時(shí)，“退刀g2”在“螺距P”為“1.5”時(shí)，其備注要求也得到滿足（見(jiàn)圖 6）。

圖6 手柄參數(shù)表編輯

（2） 創(chuàng)建iPart

打開“iPart編寫器”，將“螺紋信息”中的“族”和“規(guī)格”信息也添加到表格中，將成員名改為“螺紋規(guī)格×手柄長(zhǎng)度”的型式，如：“M10×100”。并指定該列為關(guān)鍵字列（見(jiàn)圖7）。

3.3 部件裝配

（1） 裝入零件

新建一個(gè)部件模型，將研具體和手柄裝入到該模型中。即在“放置標(biāo)準(zhǔn)iPart”對(duì)話框中選擇符合要求的成員裝入到部件模型空間中（見(jiàn)圖8）。

（2） 裝配

圖7 手柄ipart編輯器

圖8 放置標(biāo)準(zhǔn)iPart

在該列中研具體與手柄的裝配關(guān)系只有“插入”一種，再利用“陣列零部件”，生成沿研具體圓周均布的四個(gè)手柄陣列。將部件文件保存成“研具”（見(jiàn)圖9）。在“表”右鍵命令行中選擇“更改零部件”即可更改研具體或手柄成員。

4 工程圖

4.1 零件工程圖

（1）采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模板創(chuàng)建工程圖。

（2） 必須使用iPart工廠文件作為生成工程圖的基礎(chǔ)模型文件，即：研具體.ipt、手柄.ipt，但保存研具體和手柄成員工程圖時(shí)，則應(yīng)另存為具體項(xiàng)目的工程圖文件，例如：研具體成員為“406.4-1.ipt”，其工程圖保存為“R113032653101002研具體406.4A3.idw”。

圖9 研具部件模型

（3）工程圖中的技術(shù)要求和文字說(shuō)明中如果涉及到模型中的數(shù)字參數(shù)，可以在“文本格式”對(duì)話框中，選擇相應(yīng)的模型參數(shù)，然后執(zhí)行“添加參數(shù)”命令。

4.2 裝配件工程圖

（1）采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模板生成裝配件工程圖，其基礎(chǔ)模型是唯一的，即：研具.iam。

（2）編輯“特性”中的“零件代號(hào)”使其對(duì)應(yīng)當(dāng)前零件。

5 結(jié)語(yǔ)

（1） 采用上述方法在一個(gè)模型文件中建立iPart工廠模型文件以后，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的操作即可調(diào)用不同的成員，對(duì)應(yīng)的工程圖也無(wú)需重新投影、標(biāo)注，甚至可共用一個(gè)工程圖文件。

（2）尤其在建立三維設(shè)計(jì)圖庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)時(shí)采用這種方法最有效。