基于Inventor的装配参数化系统的开发方法.doc

基于基于 InventorInventor 的装配参数化系统的开发方法的装配参数化系统的开发方法摘摘 要要：本文先分析了装配体的装配关系、零部件间的数据关联关系以及零部件参数化的关键技术然后利用参 数数据表及 Visual C++程序控制两种方法，建立零件内部、零件间及装配体之间的数据传递与驱动关系，从而 实现参数化零件库的建立及装配体模型的装配适应性重构，最后利用 Visual C++工具对 Inventor 进行二次开发， 设计出具有良好人机交互功能的零件库及整机装配平台，从而达到产品装配参数化设计的目的关键词关键词：：装配参数化；Inventor 二次开发；关联设计；Visual C++Parametric Design for Assembly System Development Method Based on InventorAbstract: This paper analyze the assembly relationships and data relation for Components and key technologies of parts parameter. Then the relationships of data transmission and part driving between the parts and assembly model are built in using methods of parameter data sheet and Visual C++ program control, thus parametric parts and part parameters are reconstructed to meet the requirement of assembly. At last using Visual C++ program to carry on secondary development in Inventor to design the parts and assembly platform with a good human-computer interaction and achieve the purpose of parametric design for the product whole machine assembly.Keywords: Assembly parameter; Inventor secondary development; Associated design; Visual C++1 引言引言对于竞争日益激烈的同一行业的产品设计，往往需要对相似结构的某一产品的进行反复修改或是对相似结构、产品型号不同产品的设计。

基于以上两点，为提高机械产品设计的减少大量重新设计，缩短研发周期，减少研发经费，就必须对相似结构的产品进行整机参数化设计大部分现有参数化设计主要体现和利用在单个零件的参数化模型上，而装配体的参数化较为棘手，往往一个整机产品是由多个零部件组成，零部件相互间关联关系也较为复杂，当修改其中某个零件时，其他与之有配合关系的零件也要作相应的变化，这就需要通过多种参数传递驱动 相关零件，才能最终达到参数化设计要求基于某个结构相对稳定的机械设备的前提下，利用一定的技巧和处理手段，可以灵活地在零件的参数化基础上实现装配体的参数化利用 Autodesk Inventor 三维设计软件及强大的 C++程序语言，探讨如何实现装配体的参数化设计2 装配体参数化系统的构架装配体参数化系统的构架装配体的参数化设计是建立于零件参数化的基础上的，一个产品的整机装配往往较为复杂，要对装配体进行参数化，首先需要采用自上向下的方法逐步分析，先是各个零件之间的装配关系，考虑各装配关系之间的继承及传递方法，然后逐渐拆分装配体，分析规划装配工艺，最后到底层以单个零件分析作为基础只有对装配体参数化系统做完整的分析与规划，构建系统的框架，才能为后面的参数化系统开发奠定基础。

通过分析与规划，系统框架如图 1 所示零件 工程 图零件 三维 建模参数 化处 理装配 模型 生成参数 化零 件库装配工程图装配关系 分析装配工艺 规划装配系统管理 平台零件库管理 平台程 序 设 计装配仿真 平台问题反馈问题反馈问题反馈图 1 系统框架从图 1 可以看出，装配参数化系统思路清晰，为之后的参数化设计提出了可靠的实现方法；最后集成的装配系统分为三大平台，便于操作；各平台数据相互关联，设有反馈机制，使得设计人员能及时发现问题并做出正确修改；框图中最为关键的是装配关系分析及参数化处理两个过程，其中涉及到各尺寸关系的关联关系，即设置参数变量表及程序传递参数变量，处理是否正确直接影响到装配体能否成功参数化，所以也对设计人员提出了较高的要求3 装配参数化设计的关键技术装配参数化设计的关键技术由于装配件的参数化是建立在零件参数化基础之上的，因此正确实现零件的参数化是完成参数化系统的关键前提，对于一个较为复杂的零件，要保证其在参数化过程中不出问题，必须对零件建模过程中进行一定的技巧处理主要有以下几方面的处理手段：（1）零件建模时，草图必须完全约束，保证草图的自由度为零，草图可以更改大小或形状的方式称为自由度。

例如，圆有两个自由度：圆心和半径，圆心和半径定义后，圆就被完全约束了如果通过应用约束或尺寸来消除所有自由度，草图就会被完全约束只要存在任何未定的自由度，草图就是欠约束的，草图欠约束对参数化是致命的，主要是因为参数化变量时，草图的形状和尺寸方向有可能向意料之外的方向变化，造成零件参数化造型的失败，草图尽量简洁，删除不必要的集合图元，以免修改变量时草图较为容易出错2）通过 Inventor 的零件设计模块的 fx 参数表，用户可以定义和编辑零件模型中个图形元素的尺寸关系，在模型参数中可以用数学关系式表述两个有相互关系的尺寸变量的关系，使得其中一个尺寸变化时，另一个相关的尺寸也发生相应变化，用户参数与模型参数通过参数表中的等式栏关联起来，使得在零件库平台的参数列表中修改用户参数时，相应的模型参数也发生改变，从而驱动零件变化，实现零件参数化设计零部件参数化驱动过程如图 2，其中包含 fx 参数表设置及第三步的装配关系尺寸程序控制传递下面以一个结构简单的卡圈说明，卡圈内径与轴配合，因此在 fx 参数表中设置为独立变量 320mm，在后面的零件管理平台设计时利用 Visual C++工具通过传递与其配合的轴的外径尺寸改变其大小，以达到正确的配合关系；卡圈的外径则需满足：d1>d0，才能保证通过程序改变内径时密封圈的造型不会出错，因此可以设置外径的零部 件结 构关 系分 析得出零件内部 尺寸关系式根据关系式添 加fx参数关系得出装配及零 件间尺寸关系程序控制尺寸 传递驱动 零件 变化图 2 零部件参数化设计尺寸为：240 mm / 200 mm *内径；卡圈的孔 A 定位直径则需满足：d1>d3>d，因此可以设置其尺寸为:( 外径 + 内径 ) / 2 ul；若外径或孔 A 定位直径变化后的尺寸不符合要求，设计人员可通过零件库管理平台重新修改尺寸。

卡圈结构及参数表设置如图 3 所示图 3 卡圈结构及参数表设置（3）装配模型中各个有装配关系的零件之间的参数传递则通过程序内部参数传递来实现，如轴与轴承的配合，需保证轴的外径与轴承内径之间的尺寸相一致，这就需要利用参数传递来实现，从而保证参数化后的装配模型正确无误，实现装配适应性重构4 零件库修改及管理模块零件库修改及管理模块Inventor 自身提供了通过 ipart 创建零件库的功能但基于实际的需要，此处利用 VC6.0 进行二次开发出更加人性化的零件库，首先，建立零件的三维模型，同时生成二维工程图，其中三维模型与二维工程图是双向关联的，即改变三维模型参数或结构则对应的工程图将自动做出变化，反之亦然；接着，通过 fx 参数变量表的模型参数设置零件内部的关联关系，将非关键尺寸与关键尺寸利用一定的表达式关联起来，然后利用 fx 参数变量表中的用户参数提取关键尺寸及必要的非关键尺寸；其次，基于 Inventor 对应的接口利用 Visual C++读取第一步定义的用户参数表，设计人员通过查看工程图修改相关参数；最后通过 Visual C++内部调用 Inventor 图形显示模块，开发能同时显示零件二维工程图及三维模型的可视化界面，其中二维工程图能清晰地让设计者知道所修改的变量对应零件的哪一个尺寸，而三维模型可直观的看出修改前后的零件模型的变化，若发现修改后零件不符合设计者要求，可反复修改，直到满足要求。

以某公司 UCM 轧机装配系统为例，开发出了其零件库修改及管理平台，利用该平台可直接查看零件三维图及工程图、修改零件尺寸，达到参数化目的，修改满意后可直接打印修改后工程图，另外对程序做简单的修改，可读取和修改任意新零件，具有很强的通用性图 4 为轧机支撑辊装配中的一个轴承端盖零件界面5 装配系统管理模块装配系统管理模块在 Inventor 装配环境模块下，根据装配工程图，按正确的装配关系通过选择合理的约束关系完成零部件的装配，然后创建装配关系驱动参数表类似于零件库平台的开发，装配平台可直观的观察到装配二维工程图以及装配三维模型在平台界面右边显示有装配件所包括的所有的零部件，并有查询功能，若发现修改后的装配件某个零件没有满足设计则可重新修改，可快速通过零件号查询出该零件，并通过双击返回零件库平台做出相应的修改，符合机械设计的反复修改需求，极大的方便的设计者该平台可查看和检查参数化后的装配体是否合理，装配列表中罗列出所有的零部件，若发现参数化后的零部件不符合要求，返回零件库修改及管理平台重新修改零部件图 5 为 UCM 轧机支撑辊装配的显示界面图 4 轴承端盖 图 5 支承辊装配平台6 装配仿真模块装配仿真模块为使设计者或工程人员更加直观的了解及掌握装配过程，开发出人性化的装配仿真平台。

平台以 Inventor 表达视图模块为载体，通过工艺规划的装配顺序完成装配件的装配过程仿真动画，然后通过 Visual C++调用该模块，实现装配仿真的可视化仿真既可帮助工程人员掌握正确的装配工艺，又有助于设计人员及时发现装配件是否存在问题，及时采取相应的处理对策图 6 为 UCM 轧机支撑辊装配过程仿真界面7 结束语结束语实践证明，通过三维 CAD 软件 Inventor 软件及 C++程序语言的联合应用，探讨出基于零件参数化基础上的装配体参数化系统的开发方法，通过对装配体参数化系统框架的构建，得出装配体参数化设计过程中的数据关联关系，构建系统开发的总体思路，从而能顺利实现装配体的参数化设计图 6 装配仿真界面运用该方法可大大提高产品的设计效率，其主要设计过程如下：（1）对产品的装配体参数化系统进行研究分析，构建参数化系统的总体框架，同时进行装配工艺规划，确定合理的装配方法，并建立整个产品的零件及装配数据传递信息模型，包括参数标量表关系模型及程序传递的变量模型2）建立零件三维模型，组成基础零件库；为正确实现零件参数化，以零件数据传递信息模型为基础，对基础零件进行参数化关联关系的处理，建立参数化零件库。

3）利用零件库及装配关系完成产品的装配，并以装配数据传递信息模型为基础，利用程序传递数据，使得装配体能顺利随着零件的参数化变化而变化，完成装配体的参数化的适应性重构4）利用 Visual C++开发可视化的装配参数化设计平台，平台包括零件参数化模块，装配参数化模块以及装配过程仿真模块利用最终开发的装配参数化平台，通过简单的人机交互操作实现即可实现装配体的参数化设计参考文献：参考文献：[1] 陈伯雄.Autodesk Inventor R8 机械设计[M].北京：清华大学出版社，2004[2] 陈伯雄，张朝阳编著.Inventor R。