二維框架是一種高級的二維草圖重用機制，它提供給三維設計師一種方式，用于構建零部件基礎構造，通過使用設計良好的二維框架可以對整個零部件的主要形狀大小、位置以及貫穿整個零部件的尺寸參數進行控制。二維框架不僅能成為零件的設計基準，也能成為部件的裝配基準，在此過程中可以做到參數傳遞，以及與其他零部件的參數進行交流。其設計過程在Autodesk Inventor中采取自上而下的設計方法。
1 Autodesk Inventor簡介
Inventor是一個“參數化/變量化特征建模的三維設計軟件”，整個設計可以在裝配中基于裝配關系進行。裝配的基礎要素是相關的零件，零件是由若干參數化的可以基于裝配關系的特征堆砌而成的；特征是一些與機械設計的表達意圖相關的一些簡單幾何形體，這些幾何形體的基礎是參數化，可以基于裝配關系的二維或者三維草圖；草圖是一些簡單類型的圖線，可以用幾何關系約束、裝配關系約束和驅動尺寸約束加以控制和關聯。
參數化設計適合于設計對象的結構方案比較穩定，有可能用一組不很龐大的參數集約束所有零部件的尺寸關系。這種參數的求解比較簡單，與設計對象的控制尺寸有明顯對應關系，設計的結果將實現這些參數下的尺寸驅動，機械設計中常用的標準件就是這一類型的典型。變量化設計適合于設計結構方案需要相對更大的自由度，要通過求解一組“約束方程”來確定零部件的尺寸和形狀。這些約束方程可以是幾何關系，也可以是工程計算條件。設計結果將實現這些約束方程下的尺寸和形狀驅動。
2 參數化模型及二維框架的建立
鉆機底架由幾十個零部件組成，這些零部件都可以利用Autodesk Inventor在計算機上進行三維實體建模，全部實現參數驅動和變量化，其中拉桿旋轉軸組件和立桿旋轉軸組件除了尺寸不同外，結構完全一樣，因此在設計過程中只要建立好某一個部件的三維實體模型，通過改變Excel表格里面的參數值，就可以得到另外一個部件的三維實體模型。系統的零部件建模過程及思路如圖1所示。
圖1 零部件建模流程圖
2.1 建立參數表
分析兩部件的結構和尺寸關系，建立如圖2所示的參數表。參數表采用Excel表格建立。
圖2 參數表
2.2 建立二維框架零件
啟動Inventor零件模板，在新建的零件模型中通過參數鏈接的方式，將Excel參數表關聯到零件模型參數表中，為了方便與其他零件參數進行交流或關聯，將參數對話框中的注釋欄前打上√，如圖3所示。在零件環境中繪制圖4所示草圖，標注尺寸時以參數的表達式形式來賦值，完成草圖后保存零件為二維框架，在一個二維框架零件里面可以建立多個框架草圖。
圖3 參數表鏈接
圖4 二維框架草圖
2.3 零件模型的建立
新建零件，通過衍生零部件的方法將二維框架衍生到該零件中，衍生二維框架時，選中需要的用戶參數、草圖等特征，如圖5所示。利用拉伸、旋轉、鏡像、倒角等特征即可得到所需要的三維參數化旋轉軸零件，需要變化的尺寸采用用戶參數或表達式來賦值，使用同樣的方法建立抱箍座的參數化模型。
圖5 衍生零件
2.4 部件模型建立
新建部件，將二維框架添加到部件中作為固定的參考零件，由于只有草圖，所以不計入重量，不影響其他的建模，將旋轉軸和抱箍座添加到部件中，讓其原始坐標系三平面分別與二維框架原始坐標系三平面平齊，將得到旋轉軸組件，如圖6所示。
圖6 旋轉軸組件
3 參數化獲得新模型
通過改變Excel表格里面的參數值，就可以獲得不同尺寸的新模型，圖7所示為同形狀不同大小模型的比較。
圖7 參數化模型比較
4 結束語
應用基于二維框架的Inventor三維參數化進行設計，易于同結構不同大小零部件幾何形狀的控制和修改。在計算機上從三維開始，實現全部的設計過程，提高可視化程度，三維參數化設計能準確反映設計者的思想，給產品機構的運動設計帶來很大的方便，還易于進行多方案的比較，也容易檢查設計錯誤，這樣不僅提高了設計效率和設計質量，也縮短了設計周期。Inventor軟件中二維和三維的關聯，使得設計過程中二維視圖隨著三維參數的變化面變化，這給二維工程圖的處理帶來很大的便利。本文所提供的設計思路對于其他機械零部件設計，具有很好的參考價值。
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