参数化造型概念.doc

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1、11 参数化造型概念 参数化造型是在20世纪80年代末得到显著发展的一种计算机辅助设计方法。CAD的用户通常认为所有的CAD系统都有相似的造型技术。有这种观念的用户觉得学习不同CAD系统的关键就是适应相似的CAD命令。这种说法在二维CAD用户首次学习参数化造型应用软件时就不完全正确了，虽然在参数化造型系统中也可以发现在一般二维CAD软件里使用的相似命令，而且这些命令在参数化造型系统里也会像二维CAD软件那样使用。下面是普通二维CAD软件和ProENGINEER通用的部分命令的列表。 直线 (直线)选项只在ProENGINEER的草绘模块(或环境)里作为截面绘图工具。在二维的CAD软件里，可以通

2、过使用坐标(如绝对坐标、相对坐标和极坐标)来得到精确长度和角度的直线。ProENGINEER不需要输入物体的精确尺寸，可以在完成特征的几何图形布局后定义特征的尺寸。 圆 和(直线)选项一样，（圆）选项也只能在ProENGINEER的绘制环境里使用。绘制草绘时精确的圆的尺寸是不重要的。 圆弧和直线及圆选项一样， 圆弧选项只能用在ProENGINEER的绘制环境里。ProENGINEER的圆弧命令包括了圆角命令，用来在两个几何图元间产生圆形过渡。 删除删除命令可以用在ProENGINEER的各个模块里。在绘制环境里，删除命令用来删除几何图元，如直线、圆弧和圆等。在零件模块里， 删除命令用来删除零件

3、的特征。在组件模块中， 删除命令可以用来删除零件上的特征和装配体中的零件。 偏距偏距选项可以在ProENGINEER的各个模块里找到。在绘制环境里，可以将存在的零件特征偏距生成几何图形。另外，零件模块和组件模块里的平面也可以偏距生成新的基准面。 裁剪裁剪命令用在ProENGINEER的绘制环境里。相交的几何图元体可以在相交处修剪。 镜像镜像选项可用在ProENGINEER的草绘和零件模块里。草绘模块中创建的几何图形可以通过中心线做镜像。同样，零件的特征也通过执行复制选项被镜像。 复制复制选项在ProENGINEER的零件模块中，可用来复制存在的特征，特征可以线性复制、跨平面镜像和绕轴线旋转复制

4、。在组件模块中，零件可被复制以创建新的零件。 阵列圆周和矩形阵列命令在二维CAD软件里是常见的。ProENGINEER的阵列命令有类似的功能，特征可以使用已有的尺寸来做出阵列，选择旋转角度可以做出圆阵列。参数化造型代表了一种不同的CAD方法，特别是与二维绘图和基于布尔运算的三维造型比较起来。通常，有经验的CAD用户在学习参数化造型软件时都会遇到麻烦，特别是在把参数化造型的方法看作布尔实体造型方法来用时。他们使用相似的概念，但实际上方法已经不同了。111 基子特征的造型 参数化造型系统通常也称为基于特征的造型系统。在参数化造型环境里，零件是由特征组成的(如图14所示)。特征可以由正空间或负空间构

5、成。正空间特征是指真实存在的块，比如突出的凸台，负空间特征是切减或缩进的部分，比如孔。图14模型上的特征参数化造型系统，如ProENGINEER，可以把结构特征直观地表达出来。通常，都是先画出特征的二维草绘，再通过拉伸、旋转或扫描来形成三维目标。绘制特征的草绘时，可以通过对草绘增加尺寸和约束条件来在模型中实现设计意图。 特征可以预先定义或者绘出草绘。预先定义特征的例子有孔、圆角和倒角。许多参数化造型软件都集成了造型孔的高级方式。在参数化造型软件里，预先定义的孑乙可以是简单孔、镗孔、沉头孔和钻孔。ProENGINEER的(孔)命令可以让用户有机会去画一个独特的孔截面，例如镗孔。绘出的特征是通过绘

6、制融入设计意图的一个截面来创建的，截面可以被挤出、旋转或者扫描来增加一个正或者负空间的特征。 与布尔造型相比，基于特征的造型是更为直观的方法。在布尔造型里，构建一个孔通常是先构建一个实体圆柱体，然后从这个父特征里切除。在参数化设计环境里，用户可以使用预先定义的(孔)命令或者用圆去切零件，以在零件上放置一个孔。在绝大多数基于布尔的造型软件里，如果用户必须要改变孔的参数，例如位置或者尺寸，那么就必须堵上原先的孔， 然后切第2个实体圆柱体。而调整一个基于特征的孔，用户可以通过修改与孔相关的尺寸和参数来改变孔。相似地，特征的草绘可以被重新定义或者修改。12 绘制草绘 如前所述，零件是由特征构成的。如图

7、15所示，特征一般是通过先绘制特征轮廓的截面草绘来创建的。草绘的绘制技术与二维CAD绘图方法相近。在二维CAD里绘制设计图，用户需要用精确的CAD方法绘制实体。参数化造型的绘制环境不需要这样，参数化设计系统的草绘部件允许用户很快地创建设计特征，而不必关心耗时的精确度问题。例如，当用户想在二维CAD软件里画一个16平方英寸的多边形时，可能是画4条互相垂直的、都刚好是4英寸长的直线。使用参数化设计系统，用户可以画4条粗略构成四边形的直线。如果要做出精确的16平方英寸的目标，可以给物体标注尺寸，限制每条直线垂直于另一条，并将其长度修改为4英寸。在参数化设计系统里，修改特征(或者草绘)的大小就如同修改

8、尺寸值和更新造型那么简单。图15 在绘制环境中创建的截面图113 约束造型 设计意图是通过把尺寸标注和约束集成到特征里来体现的。如果设计意图是造一个距离基准边线2英寸的孔，用户可以在造型或者绘制环境里通过标注到想要边线的尺寸来达到放置一个孔的目的。约束是进一步增强设计意图的要素，表11是一些常见参数化约束条件的列表。一旦这些要素受约束，它们将一直作用，直到用户删除它们或者尺寸标注取代它们。表1 常见参数化约束条件一些参数化造型软件，如ProENGINEER，在拉伸成一个特征前，要对草绘施加完全的约束，另一些软件并不需要这样。要求完全约束草绘有好处，也有不利之处。一个好处是完全约束的草绘把必需的

9、设计意图都加入到模型中了，另外，完全约束的草绘不会在后面零件的造型中产生很多意想不到的情况。很多时候，当草绘不是完全约束时，造型可能是以CAD用户意想不到的方式来重建的。但不完全约束的草绘也有好处，复杂的草绘往往很难进行完全的约束，另外，完全约束一个草绘会限制设计方法。通常设计人员也不希望完全地定义一个特征。11。4 尺寸关系 设计意图可以通过建立尺寸标注间的关系来集成到模型中。可以约束一个尺寸标注等于另一个尺寸标注(例如，长度二宽度)。另外，在尺寸间可以设置数学关系式，例如，特征的长度可以设置成其宽度的两倍(长度二宽度X2)，或者特征的宽度可以设置为其长度的一半(宽度二长度2)。很多代数方程

10、式都可以用来定义尺寸间的关系，例如，可以定义一个特征的长度等于另一个特征的宽度和高度之和的一半(长度二(宽度+高度)2)。 125 特征参照元素 在一个零件中，特征之间在一个分层结构关系里是相关的。零件的第一个特征是基础特征，并且是它下面所有特征的父特征。建构基础特征以后，子特征就可以被添加上去。子特征可以是正空间的，也可以是负空间的。一个零件可以有详细的、复杂的关系树，关系树在ProENGINEER里是作为图形显示出来的，称为模型树(如图16所示)。理解父特征和子特征之间的关系是很重要的。对于任何特征，如果父特征被改动了，则它可能对其子特征有破坏作用。同样，如果父特征被删除了，子特征也会被删

11、除。用户建构特征时要注意这一点。图16 ProENGINEER的模型树116 模型树 参数化造型软件使用图示的模型(或者历史)树来列出构成零件或者装配体的所有特征的时间顺序。然而，这种模型树不仅仅是列出特征。下面就是ProENGINEER模型树的些用途。 删除特征通过在工作区选择特征，可以删除或者重定义一个特征，但有时候零件太复杂了，用这种方式选择特征就有点困难。要保证正确地删除特征，可以在模型树上选择特征。 插入特征通常，新的特征会按照时间顺序放在模型树的最后面，但有时候可能需要在已存在的特征前面放置新的特征。使用插入特征的命令，ProENGINEER可以在模型树已存在的特征前面或者后面插入

12、特征。 重定义特征在模型树上选择特征，可以修改它的定义。用重定义命令可以修改下面的定义： 截面 特征的截面可以修改。 放置参照元素 特征的放置平面和参照元素可以修改。 深度 特征的挤出高度可以修改。 孔属性 与孔相关的属性，如直径和方向，可以修改。 重新排序特征造型过程中依赖于其他特征的特征被称为子特征。在重建顺序中，子特征必须跟在其父特征后面，通常这意味着模型树上子特征要在其父特征的后面。但有时可能需要重新排序模型树上的特征，以将这个子特征放置在可能的父特征的后面。 压缩特征 从模型树上删除特征是一种有用的工具，而压缩选项可以在使用重建模型命令时 将特征暂时删除。17 集成性 ProENGI

13、NEER的模块是完全集成的，它们共用一个公共数据库，通常叫做相关。它可以让在某一模块(比如零件模块)中的修改和重定义能够作用到另外的模块(比如工程图和制造模块)中。例如，可以在零件模块里面创建目标，然后这个模型就可以在绘图模块里面直接用来创建正交的工程图，该模型创建时使用的尺寸标注也可以在绘图模块中显示出来，如果在零件模块里的尺寸标注值被改动了，在绘图模块里同样的尺寸和特征也会改变。另外，在绘图模块中改变的尺寸标注值也会在零件模块中反映出来。118 基准特征 在工程设计里基准不是个新概念，基准面是一个理论上纯平的表面，它通常用在质量控制中检测零件。几何尺寸标注和公差都用基准面来控制特征的大小、

14、位置和方向。许多(但不是全部)参数化造型系统使用基准表面(或者基准面)来建造特征。在ProENGINEER里，基准面通常是零件所有几何特征的父特征。基准面可用来绘制物体表面的草绘，特别是在绘制零件的第一个特征的草绘时。在参数化造型软件中，基准面还用来定位特征或者创建新的特征。例如，在ProENGINEER中，可以关于一个基准面做特征的镜像来创建一个新特征(如图17所示)。在这种情况下，新的特征既是原特征的子特征，也是基准面的子特征。下面是ProENGINEER中可以用到的基准种类的详述。图17 特征通过基准面做镜像 基准平面基准面是理论上纯平的表面。在ProENGINEER里是作为草绘平面和参

15、照元素使用的，特征可以在任意平面上绘制出来。通常，合适的零件平面是不存在的，而创建的基准面就可以担当这个任务。许多特征的创建和建构过程都需要用到平面。在创建或建构一个特征时，可以创建一个基准面作为参照元素。例如径向孔选项需要把孔定位于与一个存在的平面成一定夹角的位置上，这时可以通过创建基准面宋起到这个作用。另一个例子是绕一根轴宋做一个特征阵列，这种建构技术需要用到一个角度尺寸标注，创建基准面时可以使它与一个现存的平面成一定夹角，新的基准面可以与特征组合起来，这个特征就是要用(组)选项做阵列的。把基准面和特征组合起来使用时，创建基准面的角度也可以在(组)一(阵列)选项中使用。 基准轴基准轴与正交工程图中孔和圆柱体的中心线相似。ProENGINEER提供了一个选项来创建基准轴。选择(插入)一(基准)一(轴)选项创建基准轴时，该基准轴在模型树里作为一个特征显示出来。ProENGINEER里也可以在旋转特征、孔和挤出圆的中心创建基准轴，这些基准轴不被视为零件特征。基准轴是个有用的造型工具，例如(孔)命令的半径选项要求用户选