机械参数化设计方法概述

２ 参 数 化 技 术 的 现 状 员 的 编 程 能 力 要 求 较 高 ，需 要 对 Ｃ Ｄ二 次 开发 和 编 程语 言 掌 握 到 一 定 Ａ 程 Ａ 能 目前 ， 数化 技 术 大 致 可 以分 为直 接 式 和 非 直 接 式 两 种 。非 直 接 式 程 度 。与 前 者 相 比较 ， 序 驱 动 对 用 户 Ｃ Ｄ软 件 使 用 能 力 较 低 ， 提 供 参 参 数化 技 术有 ： 程 法 和 基 于三 维 参 数 化 的形 体 投影 法 。 直 接 式 参 数 化 友 好 的 交互 界 面 ， 维建 模 不 受 参 数 输 入 顺 序 影 响 。但 是 它也 有 不 足 之 编 三 在 程 执 技 术则 是 指设 汁 者通 过 用 户 界 面直 接 对 图形 进 行 操 作 ， 而不 必 理 会 计 算 处 ， 实 现 复 杂 零件 参 数化 设 计 时 ， 序 一 般 过 于复 杂 ， 行速 度 明 显 不 对 我 二 机 内部 的 处 理 方 式 ， 是 当 前 使 用 最 为 广 泛 的 一种 方 法 ， 称 人 机 交 互 如 尺 寸 驱 动 ， 软硬 件要 求 较 高 。 因此 ， 们 建 议 采 用 第 三 种 方 法 一 者 这 也 法。 的结合。
不是某个单一 的产品 。 另外参数化设计能够使工程设计人员在产品设计 在 ； 型尺 寸 己经 完 全 定 义 。 模 初期无需考虑具体细节而能够尽快 草拟零 件形状和轮廓草 图， 并可 以通 ３２ 程 序 驱 动 ． 过局部修改 和变动某些约束 参数而不必对 产品设计 的全过程进行 重新 程序驱动 ， 其实就是通过程序按 照模 型建模顺 序 ， 驱动 Ｃ Ｄ软件建 Ａ 设计 。 模。 它不仅考 虑了尺寸约束及拓扑约束 ， 还考虑 了工程约束。 它对设计人
５ 结论
机 械 压 力 机 的 生 产 属 于 单 件 小 批 量 生 产 ， 位 客 户 根 据 自 己企 业 需 每 求 的不 同， 于每一台锻压机 都有 自己的要求 ， 对 因此对于 每一台锻压机 都必须重新设计 。 长期 以来 ， 这个工作 由人工完成 ， 浪费了大量 的时间和 人力 。考虑到锻压机某些典型零件具有相似性 ， 可以对这些零件进行参 数 化 设 计 ， 而 达 到 加 速 设计 的 目的 。 从
计 的主 要 技 术 路 线 。 从 实 现 参 数 化 的 原 理 上 分 ， 机 交 互 法 主 要 有 ： ） 于 几 何 约 束 的 人 １基
变量几何法 ， 这是 一种基 于约束 的数学方 法 ， 它将 图形 的几何模 型分解 为一 系列特征 点 ， 以特征点 坐标 为变量形 成了一个非 线性方程组 ， 当约 束发生变化时 ， 利用 Ｎｅｔｎ Ｒ ｐ ｓｎ法迭代求解方程组 ， 可以求 出这 ｗｏ — ａ ｈｏ 就 些特征点 的新 坐标 ， 从而 生成了新 的图形 ； ） ２ 基于 几何 推理 的人工 智能 法 ， 种 方 法 是 用 基 于 规 则 的 推理 方 法来 确 定 用 组 约 束 描 述 的几 何 模 这 一 型 。在 推 理 过 程 中 ， 用 专 家 系统 将 几 何 形 体 的 约 束 关 系 用 一 阶逻 辑 谓 利 词 描 述 ， 人 事 实 库 中。 推 理 机 把 从 规 则 库 中 提 取 出 来 的规 则 用 于 当 前 存 的事 实 集 中 ， 后 推 理 出 几 何 形 体 的 细 节 。 推 理 过 程 输 出 的 是 由一 系 列 然 推 理 出 的 规 则 组 成 的 一 个 几 何 形 体 的 构 造 计 划 ， 数 化 的模 型 也 因 此 由 参 在 构 造 计 划 中顺 序 算 出 的规 则 所 决 定 ； ） 于 构 造 过 程 的 方 法 ， 种 方 ３基 这 法 在 交 互 造 型 过 程 中 的 每 一 步 操 作 ，采 用 了 一 种 称 为 “ 数 化 履 历 ” 参 （ａａ ｅｒ ｉ ｏｙ 的机 制 ， 设 计 过 程 中 ， 统 自动 记 录造 型操 作 过 程 Ｐ ｒｍ ｔｃ Ｈ ｓ ｒ） ｉ ｔ 在 系 的程序化描述 ， 记录的定量信 息作 为变量 化参数 ， 将 当赋 参数不 同的 值 时 ， 新 模 型 生 成 历 程 ， 会 得 到 不 同 大 小 或 形状 的 几 何模 型 。 种 方 更 就 这 法 较 适 用 于 结构 相 同 而 尺 寸不 同 的零 件 设 计 ， 由 于 需 要 严 格 遵 循 某 种 但
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２１ ０ １年第 ２期
机械 参数化设 计 方法概述
刘 琪 （ 龙江八一农垦大学 ， 黑 黑龙 江 大 庆 １ ３ １ ） ６ ３ ９
摘 要： 首先介 绍了参数化的发展及技术现状 ， 然后分别介绍 了零件参数化和部件参数化的基本方法 ， 零件 参数 化主要 是尺寸驱动和程序驱动 两 种 方 法 ， 件 参 数 化 主 要 是 自顶 向 下和 自底 向上 两种 设 计 方 法 ， 且 介 绍 了各 种 方 法 的优 缺 点 ， 部 并 为机 械 压 力 机 参 数 化 设 计 打 下理 论 基础 。 关键词 ： 参数化设计 ； 零件参数化 ； 部件参数化 ； 方法
构 图 顺 序 ， 柔 性 和 灵 活性 较 差 ； 基 于辅 助 线 的 方 法 ， 种 方 法 是 计 所 故 ４） 这
该 过 程 模 仿 实 际机 器 的装 配 ，即 把 事 先 制 造 好 的零 件 装 配 成 部 件 ， 再把零部件装配成机器 。 自底 向上设计过程也是这样 ， 先构造好所有 的 零件模 型， 再把零件模型装配成子部件 ， 然后再装配成机器 ， 产生最终 的 装配模 型。在 自底 向上 的设计过程 中， 如果在装配时发现某些零件不符 合要求 ， 诸如零件与零件之问产生干涉 ， 某一零件根本无法进行安装 等， 就要对零件进行重新设计 ， 重新装配 ， 再发现问题 ， 进行修 改。 从 上述过程可 以看 出， 自底 向上设计的优点是思路简单 ， 操作快捷 、 方便 ， 容易被大多数设计人员所理解和接受 。但 自底 向上设计 的缺点在 于事 先 缺 少 一 个 很 好 的规 划 和 全 局 的 考 虑 ，设 计 阶 段 的重 复 工 作 较 多 ， 会造成时间和人力资源的浪费 ， 作效率较低。 工 ４２ 自顶 向下 ． 自顶 向下 的设 计 过 程 是 模 仿 实 际 产 品 的 开 发 过程 。 先进 行 功能 分 首 解 ， 过设计 计算将总功能 分解成一系列 的子功能 ， 通 确定 每个子功能 的 参数 ； 其次进行结构设计 ， 根据总的功能及各个子功能 的要求 ， 设计 出总 体结构及确定各个子部件之间的位置关 系 ， 连接关 系 ， 配合关系 ， 而各种 关 系 及 其 参 数 通 过 几 何 约 束 或 功 能 的 参 数 约束 求 解 确 定 ； 后 分 别 对 每 然 个部件进行功能分解和结构设计 ， 到分解至零件。当各零件设计完成 直 时， 由于 装 配 模 型 约 束 求 解 机 制 的 作 用 ， 个 机 器 的设 计 也 就 基 本 完 成 。 整 自顶 向下与 白底 向上两种设计方法各有特点 ， 分别适 用于不 同的场合 。
该方法综合 了前 面两种方法 的优点 ，能提供友好 的人机交互界 面 ， 不受参数设 置顺序 限制 ， 响应速度快 ， 目前的主流微机配置都能满足。 因 此 ， 种 方法 在 Ｃ 此 ＡＤ二 次 开 发得 到 了 广泛 的应 用 。
４ 部 件 参 数 化 设 计 ４１ 自底 向上 ．
参 考 文 献
１孙 基 Ｊ机 １ 有的几何图形的轮廓线 都建立 在辅助线 的基础 上， 辅助线的求解条件 在 『Ｉ 正 兴． 于特 征 参数 化 设 计 中 的尺 寸 约 束 及 其 表 示 ｆ ． 械 设 计 ， 作 图 过 程 中 已 明 确 规定 ，由辅 助 线 来 管理 图形 的 儿 何 约 束 和 结 构 约 束 ， １９ （ ：— ． ９ ８ ５） １ ４ 由辅 助 线 来 直 接 定 义 图 形 的 约束 集 ， 这样 就 省 去 了 在 图 中遍 历 搜 索 和 检 『１苏春 ． 字化 设 计 与制 造 ｆ ． 京 ： 械 工 业 出版社 ，０ ６ １８ — １ ２ 数 Ｍ］ 北 机 ２ ０ ， ：５ ９ ． 查求解条件是否充分 的工作 ， 使约束 的表达得 以简化 ， 小了约束方程 ｆ１候 玉翠． 减 ３ 岸边集装 箱起重机 小车机构的参数化设计［Ｊ Ｄ． ： 大连 大连理 工 大 学 ，０ ７ ２０． 的 求 解规 模 。 『１上 海 第二 锻 压 机 床 厂 ， ． ４ 等 开式 曲栖 压 力 机 设 计 ［ ． ＭＩ ３ 零 件 参 数 化 设 计
１ 概 述 ３１ 尺 寸驱 动法 ． 它 只考 虑 尺 寸 及 拓 扑 约 束 ， 考 虑 ． 程 约 束 。它 采 用 预 定 义 的办 法 不 ［
参 数 化 方 法 的本 质 即是 基 于 约 束 的 产 品 描 述 方 法 ， 是 由 于 产 品 的 这
整 个 设 计 过 程 就 是 约 束 规 定 ， 束 变 换 求 解 以 及 约 束 评 估 的 逐 步 求 精 过 建 立 图形 的 几 何 约 束 集 ，并 指 定 一 组 尺 寸 作 为 参 数 与 几 何 约 束 集 相 联 约 程 。 因此 与 传 统 设 计 方 法 的 最 大 区 别 在 于 ， 数 化 设 计 方 法 通 过 基 于 约 系 。因 此 ， 变 尺 寸 值 就 能改 变 图形 。尺 寸 驱 动 的 几 何 模 型 由 几何 元 素 ， 参 改 束 的产 品描 述 方 法 实 际 上 存 储 了产 品 的 设 计 过 程 ， Ｉ 因 而它设 汁出 一 族 而 尺 寸 约 束 与 拓 扑 约 束 三 部 分 组 成 。此 种 方 法 ， 两 个 前 提 ： 型 已经 存 有 模
图作 较 多 的处 理 。 人 机 交互 法 参 数 化 设 计 是 目前 参 数 化 设 计 领 域 发 展 得 较 快 的 … 个 方 。 这 种 方 法 已经 成 为 目前 参 数 化 设 也
３３ 尺 寸 驱 动 与 程 序 驱 动结 合 ．