基于Autodesk Inventor的非標(biāo)零件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

劉薇娜，劉宗漢，楊立峰，李 明，張 鎮(zhèn)

LIU Wei-na, LIU Zong-han, YANG Li-feng, LI Ming, ZHANG Zhen

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

0 引言

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司推出的一款三維軟件，使用Autodesk Inventor可以創(chuàng)建三維模型和二維制造工程圖、可以創(chuàng)建自適應(yīng)的特征、零件和子部件，還可以管理上千個(gè)零件和大型部件?，F(xiàn)代化設(shè)計(jì)集成了人工智能，使得以往復(fù)雜的設(shè)計(jì)變的簡(jiǎn)單化，最大程度上縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間從而得到高效率的產(chǎn)品。采用模型化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的理念，通過設(shè)計(jì)可變化的零件模型來代替大量的重復(fù)性工作。

利用Inventor創(chuàng)建出可變換尺寸的模型，而利用 Inventor表單能直觀的表現(xiàn)出所需變換的模型尺寸，Inventor表單能簡(jiǎn)潔的表述出所需變化尺寸圖形的每一個(gè)變化尺寸[3]，這樣使得使用者在選擇圖形尺寸時(shí)省時(shí)而又不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

該設(shè)計(jì)就是利用Autodesk Inventor實(shí)現(xiàn)零件的尺寸設(shè)計(jì)和部件之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，當(dāng)想要得到所需零件的尺寸規(guī)格時(shí)，可直接在選項(xiàng)欄里輸入所需的尺寸，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成所需的圖形，這樣的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了機(jī)械零件設(shè)計(jì)的自動(dòng)化與標(biāo)準(zhǔn)化。

1 零件設(shè)計(jì)

1.1 零件草圖設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)選取了一個(gè)軸承聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括軸承座、軸、鍵、齒輪四個(gè)零件組成。首先我們要利用Inventor繪制這些零件的二位草圖。Inventor在編輯草圖方面就是二維CAD的繪制，Autodesk CAD是Autodesk公司的一款產(chǎn)品，而Autodesk Inventor集成了Autodesk CAD二維繪圖的功能而將之轉(zhuǎn)化成三維圖，繪制Inventor的二維圖形是為了轉(zhuǎn)化為三維圖[6]，所以與普通的二維圖形的繪制標(biāo)注有所區(qū)別如圖1所示。因?yàn)槲覀円龅氖亲杂勺儞Q尺寸的零件模型，所以當(dāng)我們繪制二維草圖時(shí)需要注意影響變形的因素。我們?cè)诶L制圖形時(shí)標(biāo)注三維變換所需尺寸，不論是尺寸的遺漏還是過多標(biāo)注都會(huì)影響三維圖形尺寸的變換。創(chuàng)建必要的線條之間的約束能讓圖形在三維變換過程中不會(huì)出圖形的現(xiàn)畸形化。

圖1 零件草圖

圖2 零件三維圖

1.2 三維圖設(shè)計(jì)

應(yīng)用Inventor完成三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，有利于復(fù)雜幾何形狀圖形的控制和修改，三維參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠更準(zhǔn)確的體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)建思想，給產(chǎn)品機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來方便，也容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，采用這種設(shè)計(jì)不僅提高了設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，也縮短了設(shè)計(jì)周期。利用Inventor進(jìn)行設(shè)計(jì)，二維三維是雙向關(guān)聯(lián)的，這使得我們?cè)谠O(shè)計(jì)中可以任意改變?nèi)S實(shí)體的尺寸，更改后的三維圖形和二維圖形會(huì)自動(dòng)發(fā)生改變。這樣通過二維三維的雙向變換可以任意的調(diào)整圖形，讓參數(shù)化設(shè)計(jì)與自動(dòng)化設(shè)計(jì)相結(jié)合完成我們所需的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

將所繪制的二維圖生成三維圖如圖2所示，在拉伸過程中要標(biāo)記拉伸長(zhǎng)度，因?yàn)檫@關(guān)系著之后設(shè)計(jì)中的零件尺寸變化。這些三維圖形將是我們所需零件的模型，我們就是利用這些模型來得到非標(biāo)零件的三維圖形。利用Autodesk Inventor設(shè)計(jì)的零件可以關(guān)聯(lián)性的改變尺寸，它把一個(gè)零件中的改變映射到另一個(gè)零件上，使得我們?cè)诟淖兞慵奶卣鲿r(shí)與它相關(guān)聯(lián)的零件特征也隨之發(fā)生改變[3]。這樣的造型使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單方便，不論是零件還是部件都可創(chuàng)建所需的關(guān)聯(lián)性變化特征。

2 尺寸表單創(chuàng)建

2.1 表單介紹

利用Inventor iLogic來創(chuàng)建一個(gè)表單來控制尺寸的變化。我們都知道如果想編輯對(duì)話框表單的話，我們必須使用編程語言VB、VC等來創(chuàng)建，而我們使用Inventor iLogic可以在短暫的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建自己想得到的用戶界面表單，Inventor iLogic利用了規(guī)則驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的技術(shù)，用一種新的方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)意圖的直接表達(dá)，使得我們的設(shè)計(jì)更具自動(dòng)化智能化[2]，通過這個(gè)表單來控制我們想要完成的工作。

2.2 生成表單

下面介紹一下該設(shè)計(jì)表單的設(shè)計(jì)過程。

圖3 尺寸表單

圖4 尺寸表單

圖5 軸承表單

創(chuàng)建iLogic表單就是將所需變更的外形尺寸創(chuàng)建到到表單框中，通過直接編輯表單中的尺寸數(shù)據(jù)來調(diào)整所創(chuàng)零件的外形尺寸如圖3所示。我們通過創(chuàng)建多個(gè)選項(xiàng)卡組使得我們?cè)谡{(diào)整零件尺寸的時(shí)候更加方便，并在表單中插入二維圖，使得在編輯零件的尺寸時(shí)更加直觀如圖4所示。當(dāng)創(chuàng)建軸承表單時(shí)，我們使用滑塊尺寸變換模式，當(dāng)移動(dòng)滑塊時(shí)，可自動(dòng)調(diào)整軸承尺寸，同時(shí)對(duì)軸承尺寸的變化范圍進(jìn)行了限定，這樣使得階梯軸尺寸變換更方便更直觀而且變化范圍也有了約束，最終得到的軸承表單如圖5所示。

2.3 限定尺寸變化范圍

利用Inventor iLogic編寫程序控制零件的尺寸范圍。當(dāng)輸入的尺寸超出我們限定的約束時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出提示，我們通過下列程序?qū)崿F(xiàn)尺寸范圍的限定，這些程序?qū)⒓s束軸承尺寸的變化范圍。當(dāng)我們輸入的長(zhǎng)度范圍超出了約束系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示錯(cuò)誤。從而限定使用者的輸入的編輯范圍。

If dz1（第一段圓直徑）＜1 cm Or dz1（第一段圓直徑）＞8 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請(qǐng)重新選擇”, “提示”)

dz1（第一段圓直徑）=4 cm

End If

If dl1（第一段拉伸長(zhǎng)度）＜1 cm Or dl1（第一段拉伸長(zhǎng)度）＞20 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請(qǐng)重新選擇”, “提示”)

dl2（第一段拉伸長(zhǎng)度）=10 cm

End If

If dz2（第二段圓直徑）＜1 cm Or dz2（第二段圓直徑）＞12 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請(qǐng)重新選擇”, “提示”)

dz2（第二段圓直徑）=6 cm

End If

If dl2（第二段拉伸長(zhǎng)度）＜1 cm Or dl2（第二段拉伸長(zhǎng)度）＞20 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請(qǐng)重新選擇”, “提示”)

dl2（第二段拉伸長(zhǎng)度）=10 cm

End If

If jk（鍵槽寬度）＜0.2 cm Or jk（鍵槽寬度）＞4 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請(qǐng)重新選擇”, “提示”)

jk（鍵槽寬度）=1 cm

End If

If jc（鍵槽長(zhǎng)度）＜1 cm Or jc（鍵槽長(zhǎng)度）＞15 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請(qǐng)重新選擇”, “提示”)

jc（鍵槽長(zhǎng)度）=5cm

End If

3 部件設(shè)計(jì)

利用Inventor實(shí)現(xiàn)零件的裝配完成一個(gè)完整的部件模型，通過創(chuàng)建零件之間的關(guān)聯(lián)達(dá)到變換尺寸后部件的協(xié)同化整體化。我們利用Inventor-iLogic來實(shí)現(xiàn)部件尺寸之間的約束關(guān)系，使得我們改變一個(gè)尺寸的同時(shí)整體尺寸也發(fā)生改變，這樣節(jié)省了逐一修改各個(gè)零件尺寸的時(shí)間，使得使用者有更多的選擇性，當(dāng)使用者需要改變整體尺寸時(shí)大大節(jié)約了時(shí)間，而在改變單一零件尺寸時(shí)也可抑制這些關(guān)聯(lián)單一的改變所需改變的零件尺寸[4]。這樣的設(shè)計(jì)使得非標(biāo)零件的設(shè)計(jì)更具靈活性，省時(shí)又省力。下面是尺寸關(guān)聯(lián)的一些程序這些程序?qū)f(xié)同的改變模型的尺寸

Parameter(“軸承底座：1”,“小圓直徑2”)=Parameter(“軸承：1”,“第三段圓直徑1”)

Parameter(“軸承：1”,“第六段圓直徑1”)=Parameter(“軸承底座：1”,“小圓直徑2”)

Parameter(“鍵：1”,“鍵長(zhǎng)1”)=Parameter(“軸承：1”,“鍵槽長(zhǎng)度2”)

Parameter(“軸承：1”,“鍵槽半寬度1”)=Parameter(“齒輪：1”,“半寬度3”)=Parameter(“鍵：1”,“鍵半寬2”)

這樣我們便得到了軸承聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖6所示，它是一個(gè)可變換尺寸的機(jī)構(gòu)，只要我們改變尺寸模型就會(huì)自動(dòng)生成我們所需的圖形。

圖6 軸承機(jī)構(gòu)

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過對(duì)繪制三維零件模型實(shí)現(xiàn)對(duì)非標(biāo)零件進(jìn)行尺寸的自由設(shè)定，使得使用者在需要某種零件時(shí)只需調(diào)用零件模型，再對(duì)零件模型尺寸進(jìn)行設(shè)定就可以得到所需的三維圖形。這種方式既可以使工廠設(shè)計(jì)人員節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，也體現(xiàn)了非標(biāo)零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)理念，可以通過創(chuàng)建多個(gè)零件模型來組建零件庫，達(dá)到對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)字化系統(tǒng)化管理的目的。

[1] 劉朝儒.機(jī)械制圖[M].高等教育出版社.2000.12.

[2] 陳伯雄,馮偉.Inventor iLogic程序設(shè)計(jì)解析與實(shí)現(xiàn)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2014.7.

[3] 陳伯雄.Inventor機(jī)械設(shè)計(jì)解析與實(shí)戰(zhàn) 基礎(chǔ)篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2013.6.

[4] 陳伯雄.Inventor機(jī)械設(shè)計(jì)解析與實(shí)戰(zhàn) 專業(yè)篇[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2013.6.

[5] 韓偉娜.基于Autodesk inventor的零件系列化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2007.5.8.

[6] 胡仁禧.Inventor9中文版機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005.