基于特征参数化的机械设计

机械CAD技术基础基于特征参数化的机械设计制作：本章

学习目标

通过实例了解PRO/E特征参数建模学习标准件库建立方法掌握自顶向下设计思想理解虚拟装配技术和图形渲染学习工程图设计重点：参数化设计概念理解和应用学习内容特征参数化设计概述标准件库设计虚拟装配技术图形渲染工程图设计

1.特征参数化设计概述齿轮减速器特征建模分析基于Pro/E的参数化特征设计基础基于Pro/E的参数化特征造型实现基于特征参数化设计技术是面对产品制造全过程的信息描述和信息关系的产品数字建模方法Pro/E、I-DEAS…都肯定程度上以参数化、变量化、特征设计为特点参数化建模指在参数化造型过程中记录建模过程和其中的变量(即捕获设计意图)以及用户执行的CAD/CAM/CAE功能操作利用参数化技术进行设计、修改格外便利，用户构造几何模型时集中于概念和整体设计，可充分发挥设计者的制造性，提高设计效率齿轮减速器的特征建模分析齿轮减速器是广泛应用的机械装置齿轮减速器包含多种通用零件：如：齿轮、轴、轴承、螺纹紧固件、润滑装置、密封元件…

齿轮减速器的特征建模分析基于Pro/E的参数化特征设计基础Pro/E三维特征造型包括虚拟特征和实特征虚拟特征：即基准特征，是建立模型的参考实特征：实体特征：拉伸、钻孔、倒圆角…曲面特征：拉伸、旋转、扫描、混成…设计特征：基本特征之上的加工特征基于Pro/E的参数化特征造型实现(1)构造基体

依据初步设计方案，生成减速箱箱体的雏形(2)建立用户自定义特征库(UDF)调用基本特征（如加凸台、挖孔、开槽…）建立特征库，形成所需的零件信息模型箱体零件参数化特征造型

(3)构建箱体的外形特征模型

从特征库中选择所需设计特征，输入设计参数，通过实体造型产生特征的几何模型，共同构成箱体的外形特征模型(4)编辑箱体特征

对特征定形参数和定位参数进行编辑操作(5)真实感处理

对箱体进行颜色设计、材质纹理处理，构建真实感数字模拟箱体2.标准件库设计三维标准件库构建方法三维标准件库的建立三维标准件库的使用机械产品中包含大量的标准件，建立标准件图形数据库，便于装配图的设计，节省大量的绘图时间，大大提高设计效率，削减不必要的重要劳动三维标准件库构建方法任何零件均可看成是一基体与一些特征形体进行布尔运算形成的，基体及各特征体均为参数化特征体

将标准图形特征分解并参数化，把标准中与参变量相对应的实际数据建成标准数据文件(数据库)，通过确定标准件参数绘制装配图上的标准件图形标准图形库包括：滚动轴承、联结件、紧固件、密封件…基于特征的设计是解决产品开发与过程设计信息集成问题的有效手段

标准件库技术关键：三维参数化标准件图库

标准件参数库特征模型在几何模型的基础上集成了高层工程信息，通过特征描述、管理和操作，用一般的点、线、面确定特征间的几何或拓扑关系，便利了工程语义的表达与沟通三维标准件库的建立三维参数化标准件图库参照国际标准(ISO)以及国家标准(GB)，利用特征造型技术建立尺寸驱动的参数模型建立参数模型依据标准件的特点确保证原型拥有最简的特征，并利用几何约束和拓扑约束定义标准件的几何外形，得到标准件的几何约束关系描述三维标准件库的建立三维参数化标准件图库参照国际标准(ISO)以及国家标准(GB)，利用特征造型技术建立尺寸驱动的参数模型建立参数模型确定标准件的尺寸、特征参数名尺寸、特征参数名是构成几何体的几何要素，在整个使用过程中应该前后保持全都，保证标准件参数库的精准性三维标准件库的建立三维参数化标准件图库参照国际标准(ISO)以及国家标准(GB)，利用特征造型技术建立尺寸驱动的参数模型建立参数模型确定标准件的尺寸、特征参数名确定标准件尺寸关系用代数表达式定义标准件基本尺寸间参数关系，将尺寸参数与尺寸之间的对应关系生成一个与标准件图素相联系的外部参数文件，通过转变参数文件中的有关变量，以尺寸驱动处理生成所需尺寸的标准件三维标准件库的建立建立参数模型确定标准件的尺寸、特征参数名确定标准件尺寸关系建立三维参数化标准件图库用定义的标准件尺寸、特征参数名与尺寸关系描述生成一个不带简略几何数据的实体模型，形成三维标准件图库三维参数化标准件图库参照国际标准(ISO)以及国家标准(GB)，利用特征造型技术建立尺寸驱动的参数模型三维标准件库的建立三维标准件特征参数库

按原型零件确定的尺寸、特征参数名，将每种标准件按类型分类，然后将其全部规格全部录入到标准件参数库中，形成三维标准件特征参数库。三维标准件特征参数库存储标准件的几何特性参数，通过查询主参数从数据库中调出相关的特性参数，再传递给三维标准件图库建立参数模型确定标准件的尺寸、特征参数名确定标准件尺寸关系建立三维参数化标准件图库三维参数化标准件图库参照国际标准(ISO)以及国家标准(GB)，利用特征造型技术建立尺寸驱动的参数模型Pro/E标准件库的建立SOLIDWORKS标准件库建立三维标准件库的使用在FileOpen对话框中直接选择打开零件调用标准件库中的标准件，弹出SelectInstance(选择子零件)对话框，默认以ByName(按名称)方式打开零件。在此方式下，对话框列出了原型文件及全部子零件，可以按标准件规格打开相应的零件也可单击ByParameter选项卡打开相应的零件，使用便利简洁3.虚拟装配技术基本装配方法装配结果显示自顶向下的设计零件造型完成以后，依据设计意图将不同零件组装在一起，形成与实际产品相全都的装配结构供设计者分析评估的方法称为装配造型

大型的简洁装配不仅是零件的简洁组合，它需要供应特殊的技术来提高工作效率，包括简化表达、模型替换、自上而下的设计…基本装配方法部件是组成装配的单元

一个装配由一系列的部件依据肯定的约束关系组合在一起基部件是放到装配中的第一个部件基部件不能被删除或者禁止，不能被阵列，也不能变成附加部件装配造型一般步骤：1）生成基部件或基特征2）添加部件或特征装配树：全部部件添加在基部件上形成的一个树状结构装配结果显示单个部件显示类型包括：线框类型消隐类型虚隐藏线类型平滑明暗类型不显示平滑明暗线框虚隐藏线消隐爆炸图为清楚的表达一个装配，还可以将部件沿着装配路线拉开，形成爆炸图爆炸图多用作产品说明插图自顶向下的设计自顶向下的设计方法：首先进行总体的原则设计，然后将总体原则贯穿到全部的子装配或者部件中自下而上的设计方法：先设计零件然后搭积木式地进行装配设计

自顶向下的设计中首先申明各个子装配或零件的空间位置和体积，设定全局性的关键参数。当总体参数在设计中逐步确定并发生转变时，各个零件和子装配将随之转变，充分发挥参数化设计的优越性自顶向下的设计使各个装配件之间的关系变得更加亲密，一个零件尺寸发生变化，对应的零件也将自动发生变化自顶向下的设计方法有利于不同的设计人员共同设计自顶向下的设计方法适合简洁的大型装配：自顶向下的设计步骤：把各个子装配勾画出来，形成装配树。每个子装配可能来自一个已有的设计，或者仅包括定位虚平面甚至为空部件，随后再细化每个子装配。装配结构由产品总设计师设计并维护，公布给全部其他参加设计人员确定设计要求定义大致装配结构骨架模型设计将设计意图贯穿到装配结构部件设计传递设计条件每一个子装配都有一个骨架模型，用来在三维设计空间确定装配的空间位置和大小，部件与部件之间的关系以及简洁的机构运动模型。骨架模型是装配设计的核心部件设计可在装配中直接进行，也可以装配已经完成的部件造型4.图形渲染Pro/E中图形渲染主要包括：颜色和外观、灯光、透视以及照片着色…在计算机屏幕上逼真再现物体的外观造型可以吸引订购商，这一过程是计算机仿真产品设计实现的关键环节5.工程图设计现代CAD系统的一个重要标志就是用三维实体模型代替二维绘图表达产品设计的全部信息抱负目标:实现无纸化制造目前完全的无纸化制造对大多数企业还不够成熟，需要将基于三维实体模型的零件造型和装配造型转化为二维工程图纸，适应当前企业的生产现状三维实体模型转化二维工程图优势