Inventor草图CAGD功能在快速建模过程中的应用

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笔者所在单位从事非标设备设计和生产，通过对Autodesk公司三维设计软件Inventor(AIP版本)的试用，发现其对既有设计过程有明显加速和推动作用。基于Inventor草图环境下，设计人员可以快速开展机构的概念设计、运动过程分析、完成设计方案筛选和优化。其优点是：1）过程快速展开，结果表达准确；2）基于参数化设计表达，但源于Inventor突出的参数管理功能使得变量化设计修改更便捷；3）由上至下的设计过程中已开始部件预装配，不需要在三维装配过程中才开始确定部件的尺寸和位置关系。现把使用经验作简要介绍。

1 设计的表达

计算机辅助几何设计，即CAGD(puter Aided Geometrical Design)在Inventor软件中赋予设计者通过图素组合求解参数和模型的方法。CAGD和传统的机构简图不同，CACD中图素间的位置和尺寸关系是作为参数定义的可修改变量，方便参数管理和进一步开展设计。但在一些图素表示方法上可以相近，如用直线表示连杆、用圆表示铰接等。

2 设计过程及方法

以下通过一个摆架设计说明主要设计过程。首先由总师或设计者确定摆架初始参数，并在新建零件中加入到用户参数；第二步，由设计者完善概念设计补充其它设计结构和参数，为方便修改和管理建议将主要参数加入到用户参数栏内，模型参数调用设好的用户参数；第三步，在草图下各部件添加尺寸和约束，调整参数值至机构运动过程满足初始设计要求：第四步，确定机构运动过程中的驱动尺寸参数并勾选参数栏后面的"导出参数"选择，随后进入Studio模块在"参数收藏夹中"可看到刚才导出的参数．据此参数制作"参数驱动"动画，再现完整的概念设计表达。对于机构的概念设计阶段，此时即可在设计意图得到充分表达的结果上开展评审了。需要指出的是，虽然是基于平面草图环境但设计者并不需要局限于单一平面开展设计，必要时可以在若干相互平行的草图上定义图素。

由于Studio模块不支持线面要素为主体的动画导出，需要利用第三方软件支持，而且平面图素并不能满足三维设计表达的要求，所以在接着的结构设计阶段要进行由"线"及"体"的工作拓展，主要过程为：1）新建装配体，将前期完成的机构概念设计草图导入；2）新建主要构件并导入装配体中，并约束到上述机构草图上对应的图素上。

Inventor支持三维零部件直接捕获草图上的点、直线、圆作为约束相关条件，在部件三维化完成后整个装配体仍能由最初的概念草图正确驱动表达设计意图。在导入Studio模块设置好相关参数后即可完成机构运动动画的制作。

利用参数内在传递机制，在部件建模过程中运用基于装配关系的关联性设计方法使得到的设计结果能可靠地造成装配关联并便于修改，这是在快速建模过程中优先选用的方法。一个做法是建立外部Excel表格或将零部件Fx参数表参数"链接"到相关的零部件；另一个做法是将所需参数、图素乃至结构特征利用"衍生"功能映射到新的零部件上。后一种做法是通过自顶向下步骤逐层分解设计过程，更利于设计者把握设计思路，缩短建模时间。现通过齿轮轴组件建模说明其过程：1)确定将用于衍生的主体零部件；2)在主体零部件上选择典型平面（通常为过回转中心线的剖面）按实际比例绘制草图，以确定其它相关零件与主体零部件相互装配关系；3)在主体零部件上分别将不同的图素衍生出对应的新零部件，为方便区分和管理各图素必要时须将图素做成单独块；4)在新零部件中根据衍生得到的图素完成剩下的建模工作。设计者也可以直接衍生"特征"生成对应的新零部件。值得一提的是通过上述衍生过程生成的下级零部件，与主体零部件间坐标系重合在设计初始阶段即已实现了预装配过程，随后的装配过程只需在装配体中相互重合约束各自坐标原点并补充相应约束。

3 结论

通过正确的设计步骤，利用Inventor参数管理功能可实现设计过程、设计结果之间的参数传递和参数关联。草图与主要零部件在概念设计阶段实现预装配节省了调整三维零件结构及位置的时间，设计结果较采用装配约束关系和"自适应"约束更牢固可靠。