基于NX75软件参数化设计方法的研究.docx

基于NX7.5软件参数化设计方法的研究 参数化设计是提高企业产品设计创新能力的关键，从参数化模型的不同表示方式，相应的求解方法，建立模型的交互手段等方面综述产品参数化设计的研究现状及未来发展中需要解决的问题。重点讨论传统CAD领域所涉及的二维图纸及三维零件造型等几何问题的参数化设计。 1 引言 在各种机械产品的设计中，从零部件到组件，从组件到部件，从部件到产品，都不同程度地存在系列化的问题。例如标准件螺母等，在产品的系列生产中此类零件经常是几何拓扑结构相同或相似，尺寸规格不同，工程设计人员常常因不同尺寸而重复设计。NX 7.5参数化设计功能代表了当今计算机辅助设计行业内的最新设计趋势，目前的设计理念都要求产品三维设计模型要具有控制参数的可修改性，便于后续进行优化分析和模型修改。 在计算机辅助设计领域，设计人员对同一零件或相似零件的重复设计不仅耗费时间精力，而且造成产品数据库过大，不易管理，且容易出现问题。面对上述问题，NX 提供了一套完整的产品设计解决方案，可以在产品模型设计的各个方面完成参数化设计，实现产品结构的可控性。例如利用特征建模的方式创建零件系列的模板，同时创建该零件族的数据库，通过改变数据库中的参数可以快速准确地生成该系列零件中的任何一个。类似于上述方法的解决方案称为参数化设计，广义的参数化设计涵盖了从零件到产品的整个设计过程。 ??? 通过参数化设计，可以实现零件及产品的关联改变，缩短产品研制周期。NX7.5中的大多数建模操作功能都是参数化的建模功能，或能够实现特征创建的关联性。本文介绍的是NX7.5 中与参数化设计相关的概念和应用方法，涉及到的一些具体操作功能的使用，供同行们参考。 2 参数化模型表示 ??? 参数化模型有两种基本形式：基于约束的模型和基于历史的模型，如图1所示。 基于约束的模型通过在当前实例上附加约束的方式描述最终的几何体的特征，该方法侧重生成的结果，只要结果中包含了所需要的几何特征，则获得结果的历史是无关紧要的；基于历史的模型通过按顺序描述一个几何体的构造方法的历史来构造几何体，该方法侧重生成的过程，如果有了正确的生成过程，则生成结果也是正确的。 图1 参数化模型的两种主要类型 ??? 为了最终实现的方便，很多时候将两种模型混合起来使用。在一个机械CAD系统中，可能利用约束模型表示用户输入的二维图纸信息，利用约束求解器产生二维轮廓，然后，在生成环境中将该二维轮廓，通过拉伸等操作扩展为一个体，利用基于历史的方法记录用户在这个体上的每一步构造过程，完成模型设计。 3 参数化设计应用 ??? 参数化设计是机械零件设计的一个重要部分，参数化设计的零部件对于系列化产品尤其重要。广义上讲，参数化设计过程是指从功能分析到创建参数化模型的整个过程，首先根据零部件的功能，以及零部件与其他零件之间的关系，确定零部件是否可能进行参数化设计，有些零部件由于是专有零件，有的甚至是单件生产，像这样的零部件不必进行参数化设计。如果零部件可能需要反复进行设计修改或者需要创建系列化生产，这样的零件应该考虑进行参数化设计。 ??? 确定了参数化设计的方法后，要根据零部件间的几何和位置关系确定待设计零件的自由变化参数，并确定参数之间的关联关系。最后根据上述分析进行零件的详细设计，在设计过程中如果遇到问题，还可以对自由变化参数进行修改。 ??? 从产品设计到制造的整个过程中，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的要反复修改、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，也需要修改原模型，甚至重新建模。如果用数值驱动零件和部件的特征尺寸, 在进行产品设计时，只添加多组数据，若要重新设计，只需改变部分数据即可，参数化设计的思想即是如此。 ??? 3.1 基于特征的参数化设计 ??? 基于特征建模的参数化设计是参数化设计的一种最基本和最重要的方法。特征即是有特定意义的几何形状。特征的编辑是参数化设计的必要手段，通过对特征参数(几何参数、定位参数)的编辑可以实现产品模型的随动。 ??? 基于特征的参数化设计将基于特征的设计与参数化设计有机的结合起来, 使用较完整的带有语义的特征描述方式，并使特征本身就包含参数化变动所需的成员变量和成员函数, 将面向对象的技术应用于特征的描述，在造型中也使用参数化，随时可调整产品结构，尺寸，并因此带动特征自身的变动, 实现产品的基于特征的参数化设计。 ??? 3.2 基于草图的参数化设计 ??? 草图是指带有约束关系的二维图形，利用草图可以创建参数化的截面，通过对截面进行旋转、拉深或扫掠操作即可得到相应的参数化模型。此方法对于截面复杂的零件较为实用, 但工作量较大。在实际应用中，一般将不易或不能运用特征描述的部分使用草图功能，其余部分仍使用特征建模。