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 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 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)動學(xué)與動力學(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)的開發(fā)的實(shí)現(xiàn)主要采用虛擬樣機(jī)技術(shù)對印刷機(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對相關(guān)部分進(jìn)行運(yùn)動仿真，使系統(tǒng)更接近實(shí)際功能。本部分主要介紹在系統(tǒng)開發(fā)過程中所采用的參數(shù)化特征建模技術(shù)。

1989年美國評出近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)爭結(jié)束后的第三個星期，美國政府發(fā)表了跨世紀(jì)的國家關(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)目對于美國的國家安全和經(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國家科技現(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基于Windows開發(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，動態(tài)觀察可運(yùn)動零部件的運(yùn)動情況。它有較好的開發(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，SolidWorks的整個產(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)體表示方法使用簡單的原始的幾何元素來表達(dá)實(shí)體，比如線條、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義豐富的特征來代替簡單的原始的幾何元素作為基本元素，通過一定的組合法則來建模，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)體都可看成是簡單單元體的組合，類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吏體進(jìn)行加工全過程動態(tài)的心理活動。

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，需要時可通過繼承來添加所需信息，它對特征造型提供了強(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)是通過定義特征間的幾何約束和尺寸約束，自動維護(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。

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

基于參數(shù)化特征進(jìn)行建模有以下幾個特點(diǎn)：

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

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。特征庫具有相對獨(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)過程分以下3個步驟：

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