骨架式参数化建模研究范文

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《南方农机杂志》2014年第四期

1关键技术

1.1基础骨架搭建零件的基础骨架搭建是骨架参数化式建模方法的重点，主要在三维软件如CATIA中建立可以绘制出零件基础模型的尺寸参数，同时基本也是零件键参数，以某气缸体基础骨架为例：通过基础骨架参数定义后，我们既可以绘制出基础气缸体外形轮廓，也可以绘制出基础内腔外形。从下图1可知，骨架参数的内容中已是由设计工程师对缸体各系统参数进行了定义，有壁厚、到前端距离、高度、螺栓尺寸、主轴承宽度等。而各系统功能模块则分为了曲轴箱、前端、后端、主轴承座、水套、油道、螺栓孔、曲轴包络、加工等，各个模块中都存有相关的参数信息和基本草图。工程师在对各系统模块进行设计的过程中会很方便，只要将相关模块的参数信息和草图调用出来就可以了。

1.2功能骨架模块划分功能骨架模块的划分需要依靠工程师对零件结构的理解，还是以气缸体为例，气缸体作为一个复杂零件可以看作是一个内部有很多隔板的箱型壳体结构，是安装运动件和各附件的支撑架。根据其功能应用的不同，可以将气缸体划分为几个不同的功能模块，再通过统一定义的骨架参数分别绘制出各功能模块的外形包络，这样只要通过修改骨架参数即可得到不同的功能模块外形包络。气缸体功能模块的划分和其加工过程的砂芯划分十分类似，骨架模块划分如下：1、内腔模块2、水套模块3、油腔模块4、外形模块（包含螺栓包络及加强筋）5、整合毛坯模块6、工艺加工及成品模块。这样的拆分使零件结构变得更加清晰。

1.3各功能骨架之间参数关联及传递由于各功能模块之间有数据关联关系，因此如果将每个模块的数据都存放在CATIA软件里的同一零件体下，势必Part的结构树会非常复杂，不便于后期操作。此时可以利用CATIA软件里面产品功能，将每个模块存放在不同的产品下，做到一个产品包含一个功能模块。根据产品特点，为避免数据关联混乱及传递数据，需要引用CATIA软件中的功能。经过后的参数，可以被包括本零件体在内的所有在产品结构里的其他零件体引用，类似文件共享；其他使用者是无法更改后的参数的，只能由初始者更改，而相关引用者会自动得到更新后的数据。因此很好达到了数据传递的效果。

1.4布尔运算替代普通加/减操作普通加/减操作多采用堆叠的方式，利用CATIA软件本身对实体零件进行独立性控制修饰特征操作，如图3所示：图3Catia软件普通增添操作图示骨架式建模主要通过布尔运算的方式进行操作，在不同的特征结合之前，可以各自运用倒角方式，结合之后无需进行细节倒角处理，并且各个特征是由各自的骨架参数进行操作得到的，对于一些参数进行修改调整，零件不容易出错，很容易修改，如图4所示：图4骨架参数化式建模增添操作图示

2创新点

2.1自顶向下式建模流程

基础骨架与功能模块骨架的引入使建模流程变为自顶向下式，零件工程师在数模搭建时思路与步骤也随之自顶向下，清晰的零件结构树不仅可视性较好且可操作性高，工程师仅需调整基础骨架参数（顶端），各功能骨架参数（下部分支）也会随之进行更改，在产品设计初期，灵变的零件数模可以适应各项变化要求，大量的节省了零件设计及验证时间。

2.2零件加工工艺引入建模流程零件建模中引入加工工艺模块不仅使零件数模更为准确，同时节省了在零件发包后由于供应商反馈的零件加工分析存在问题而反复进行修改的时间。另一方面，设计过程与制造工艺相联系也使得零件工程师的技术专业知识进一步提高，从而设计出更合理的产品结构，提高设计质量。

2.3团队协同式建模操作与普通建模方式相比，该创新的建模方式在团队协作共同建模的任务上有着十分显著的优势。普通建模方式同时只能经由一人对零件各功能模块进行设计、修改，如果同时多人进行操作则只会以最后一人修改内容为主。在考虑到节省建模时间等方面问题，该创新建模方式在搭建完基础骨架参数之后，通过工作站共享操作，各协同建模者从本地电脑直接打开存放在工作站中各自负责的模块，此时在不打开基础骨架而单独打开功能骨架的情况下可以单独设计及修改所负责的模块。

3结语

骨架式参数化建模方法相对于我们传统的建模思路更加的规范，主要体现在建模的过程中考虑了大量的加工工艺过程在内，在零件建模时从零件生产工艺、模具制造的角度出发进行建模是零部件的建模特点，这样的设计过程与制造工艺相联系，而不仅仅是功能设计。利用骨架方法（自顶向下进行）建模，使得建模思路更加清晰，利于后续的设计变更。骨架参数和信息需要由经验丰富的设计工程师确定。合适的骨架模型既有利于进行同步建模，也有利于工程师在设计过程中方便修改。同时通过使用骨架式参数化建模方法，可提高设计工程师三维模型绘制能力，掌握先进的三维建模技术，使得设计工程师自主研发能力得到提升。

作者：骆旭薇曾小春柴伟华王楠李辉许林单位：江铃汽车股份有限公司发动机开发部