CN103544343A - 动力卡盘的系列化、参数化建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动力卡盘的系列化、参数化建模方法，与传统的CAD建模相比的不同之处就在于参数化设计在CAD***中需要通过尺寸驱动来实现，能够将产品的设计目标、设计要求、设计方法、设计原则与设计结果用不同的参数和确定统一的模型来描述，便于根据实际情况在人机交互过程中进行修改。设计中参数与产品模型的控制尺寸是相关联的，通过修改模型的参数值就可以得到相同系列不同尺寸的产品，实现模型的自动生成与修改。
Description
技术领域
本发明属于系列化零件动力卡盘的CAD参数化设计技术领域，主要涉及的是一种将系列化的零件动力卡盘通过CAD软件进行参数化快速建模的制图方
法。广泛应用于系列化零件的CAD参数化设计中。
背景技术
现代制造技术向着高效率、高精密以及柔性制造方向发展，对数控机床及其夹具提出了高转速、高精度和标准化要求。随着现代化生产的不断发展，标准件或常用件在机械设计与制造中的应用日益广泛，占据产品的30％～70％,这些零件大多具有相同或相似的外形特征，只是尺寸规格有所不同,这就有利于参数化设计的发展。而传统的CAD技术都是先绘制图形，再从中抽象出几何关系，设计只存储最后尺寸标注的结果。这样用固定的尺寸值定义几何元素，使所输入的每一个几何元素都有确定的尺寸和位置，要修改这些几何元素就很不方便。传统的CAD***构造的产品模型几乎只是通过对几何元素（如点、线、面等）的简单叠加，它仅仅描述了产品的可视形状，而没有包含产品设计的思想（即产品的几何元素间的约束关系和拓扑关系），因此产品模型不能随几何尺寸的改动而变化。而从产品设计到制造的整个过程，尤其在产品设计的初步阶段，产品的几何形状和尺寸不可避免地要反复修改、协调和优化。如果利用CAD软件进行非参数化建模，那么哪怕要改变图形的一个尺寸和结构，也需要修改原始模型，甚至重新建模。
在产品设计和开发过程中，零部件的标准化、系列化、通用化成为提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径。通过分析CAD技术应用现状、国内外CAD参数化、系列化开发技术发展现状，并研究了参数化设计技术及若干种方法，提出了基于UG NX的卡盘零件系列化开发的建模思路和方法——首先分析卡盘零件的各个设计特征参数的关联性，然后建立全参数化的模型驱动表，最后创建了模板零件模型。根据设定的参数，使用该模板零件能够自动生成一系列类似模型，该方法操作简单，使设计人员从繁琐的重复绘制的工作中解放出来，提高了产品设计质量、缩短了产品开发周期，对实现卡盘设计、制造的标准化起到了推动作用，提高了企业的市场竞争力。
但是目前的参数化设计技术显然已经不能够满足企业产品开发的要求了，参数化设计过程中存在一些问题亟需解决：
(1)国内外进行参数化设计的企业大多集中在汽车制造业、模具制造业等，能够通用的移植性好的三维标准件库非常少，并且没有开发与标准件库相关的模块来辅助用户选型，也没有进行计算机的辅助分析、计算和决策，让专业人员也难以熟练应用。
(2)目前，国内外的参数化设计大体上仍停留在对标准件库的开发和应用的阶段，针对零件级的参数化设计技术相对比较成熟，各种CAD软件开发出来的标准件库、通用件库比较常见，但是针对产品级的参数化设计的认识和研究就比较少，现在还没有开发出可以利用的***。
(3)针对产品级的参数化设计引入了全局变量和装配关系，由于产生的变量非常多，我们需要解决全局变量和零件变量之间的关系，找出一种简洁明了的产品参数信息描述的方法，这是针对产品级参数化设计的关键问题。
(4)目前存在的产品级的参数化***主要是为针对某一种具体产品开发的，因此，每类参数化设计的产品都需要一套参数化***相对应，这会加重开发人员的负担，无形中加大了工作量。
发明内容
本发明提供一种动力卡盘的系列化、参数化建模方法。
本发明的动力卡盘的系列化、参数化建模方法可采用如下方案。
包括如下步骤：
（1）、动力卡盘各部件的草图设计
草图指的是带有约束关系的二维图形，草图约束包括尺寸约束和几何约束，其中尺寸约束是用来确定草图对象的尺寸，来限制草图中几何对象的大小的，即在草图上标注图形尺寸，并设置图形尺寸的标注线的形式；而几何约束用来控制二维图形间的相互位置关系的，即用于定位草图对象和确定各个草图对象间的相互关系；
（2）、基于形状特征进行参数化设计
形状特征用几何特征参数和定位参数描述，几何特征参数是指基本几何形体的尺寸参数；定位参数是指几何形体之间的位置参数，通过设置定位参数，确定相关特征之间的位置关系；
（3）、基于动力卡盘各零部件间的链接来进行装配体的参数化设计
把具有配合要求的两个零部件间的模型信息相互关联，确定关键零件特征来对其他零件进行控制；当关键零件的尺寸进行修改时，所有相关联的零件就会自动更新；
（4）、把动力卡盘的任一零件的结构尺寸的几何参数确定之后，完成动力卡盘的参数化建模。
本发明提供的技术方案与传统的CAD建模相比的不同之处就在于参数化设计在CAD***中需要通过尺寸驱动来实现，能够将产品的设计目标、设计要求、设计方法、设计原则与设计结果用不同的参数和确定统一的模型来描述，便于根据实际情况在人机交互过程中进行修改。设计中参数与产品模型的控制尺寸是相关联的，通过修改模型的参数值就可以得到相同系列不同尺寸的产品，就实现模型的自动生成与修改。
附图说明
图1为本发明中动力卡盘的盘体回转体设计草图。
图2为本发明中动力卡盘上的沉头孔设计草图。
图3为本发明中动力卡盘设计模型的整体规划示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
在三维实体建模中，草图设计是最基础也是最关键的设计步骤。所以要进行动力卡盘的参数化建模，我们要先基于草图进行参数化设计。草图指的是带有约束关系的二维图形，草图约束包括尺寸约束和几何约束，其中尺寸约束是用来确定草图对象的尺寸，来限制草图中几何对象的大小的，即在草图上标注图形尺寸，并设置图形尺寸标注线的形式；而几何约束用来控制二维图形间的相互位置关系的，即用于定位草图对象和确定草图对象间的相互关系。基于草图的参数化设计方法对截面相对复杂的零件非常实用。草图设计的图形的形状和稳定性会直接影响基于草图的实体模型的形状和稳定性，所以这就要求我们创建出具有合理约束关系的草图，来保证模型的准确性和稳定性。我们通过添加草图约束可以保证草图的具体形状和尺寸，而由拉伸、旋转或扫掠等操作所生成的实体模型是基于草图的，因此通过更改草图的尺寸参数就可以改变模型，实现参数化设计。
动力卡盘的盘体部件包含回转体、拉伸体、倒角、圆角、孔、螺纹、阵列、布尔运算等48个特征。而盘体的回转体是通过草图对象绕基准轴旋转360°生成的，其草图如图1所示。表1是几组回转体参数化的值，我们按照表1中的参数化值来修改图1中D，D1，D2等参数就可以创建出一系列特定的回转体。这就通过草图的参数化设计把能够通过草图建模的实体模型设计出来了。
表1
在基于草图创建出卡盘回转体之后，就要基于特征进行参数化设计。从CAD/CAM集成的角度出发，特征可以分为6类：形状特征、材料特征、精度特征、管理特征、技术特征和装配特征。基于特征的参数化设计的关键是形状特征的设计以及对相关尺寸的变量化描述。形状特征是用来构造零件的形状的特征，如圆柱体、长方体、倒角和孔等这些能够描述零件拓扑关系的几何元素所构成的几何形状的信息。而形状特征一般可以用几何特征参数和定位参数来进行描述。几何特征参数指的是基本的几何形体的尺寸参数，通过确定几何特征参数，就可以唯一确定几何形体了。而定位参数则是指几何形体之间的相互位置参数，可以通过设置定位参数来确定相关特征之间的位置关系。因此基于特征的参数化设计主要是通过进行参数化定义特征，应用约束关系定义和修改几何形体，实现模型尺寸和形状的改变。而特征本身就是参数化的，它们之间的构成是变量化的，即由尺寸（参数）确定。当修改某一尺寸时，***会自动按照新的尺寸值进行修改，生成新的几何模型。当遇到几何元素不满足约束条件时，则保持原来的拓扑约束不变，按尺寸约束来修改几何模型。我们卡盘上的沉头孔特征的变量设计为如图2所示，表2则是沉头孔特征的设计变量的系列化值。按照表2的参数值来创建出一系列的特征。
表2
以上参数化设计只是对零部件进行操作的，属于零件级的参数化设计，在对卡盘盘体进行参数化设计之后，我们要基于各零部件间的链接来进行装配体的参数化设计，即产品级的参数化设计。产品级的参数化设计不同于零件级的参数化设计，它能实现某一产品或***的全过程相关设计，通过某些关键参数传递，实现自上而下的设计。这就要求我们把具有配合要求的两个零部件间的模型信息相互关联，确定关键零件特征来对其他零件进行控制。当关键零件的尺寸进行修改时，所有相关联的零件就会自动更新。如，我们将卡盘盘体的导槽与滑座的尺寸进行关联。这种并行的设计方法提高了设计效率、减少了出错几率，完善了参数化设计的方法。
然后我们按照图3把卡盘的任一零件的结构尺寸的几何参数确定之后就可以完成参数化建模了按照以上的设计方法，我们就可以设计出动力卡盘的参数化模型，便于产生动力卡盘的系列化模型，提高了建模的效率和准确性。
Claims (2)
1.一种动力卡盘的系列化、参数化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、动力卡盘各部件的草图设计
草图指的是带有约束关系的二维图形，草图约束包括尺寸约束和几何约束，其中尺寸约束是用来确定草图对象的尺寸，来限制草图中几何对象的大小的，即在草图上标注图形尺寸，并设置图形尺寸的标注线形式；而几何约束是用来控制二维图形间的相互位置关系的，即用于定位草图对象和确定各个草图对象间的相互关系；
（2）、基于形状特征进行参数化设计
形状特征用几何特征参数和定位参数描述，几何特征参数是指基本几何形体的尺寸参数；定位参数是指几何形体之间的位置参数，通过设置定位参数，确定相关特征之间的位置关系；
（3）、基于动力卡盘各零部件间的链接来进行装配体的参数化设计
把具有配合要求的两个零部件间的模型信息相互关联，确定关键零件特征来对其他零件进行控制；当关键零件的尺寸进行修改时，所有相关联的零件就会自动更新；
（4）、把动力卡盘的任一零件的结构尺寸的几何参数确定之后，完成动力卡盘的参数化建模。
2.如权利要求1所述的动力卡盘的系列化、参数化建模方法，其特征在于：
基于形状特征的参数化设计采用参数化定义的特征，应用约束定义和修改几何模型，实现尺寸和形状的变更；形状特征本身是参数化的，各个形状特征之间的构成是变量化的，即由尺寸驱动，当修改某一尺寸时，***自动按照新尺寸值进行调整，生成新的几何模型；如遇到几何元素不满足约束条件，则保持拓扑约束不变，按尺寸约束来修改几何模型。
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