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21 0 1年第 2期

机械参数化设计方法概述 刘琪 (龙江八一农垦大学，黑黑龙江大庆 1 3 1 ) 6 3 9 摘要：首先介绍了参数化的发展及技术现状，然后分别介绍了零件参数化和部件参数化的基本方法，零件参数化主要是尺寸驱动和程序驱动两种方法，件参数化主要是自顶向下和自底向上两种设计方法，且介绍了各种方法的优缺点，部并为机械压力机参数化设计打下理论基础。 关键词：参数化设计；零件参数化；部件参数化；方法 1概述 31尺寸驱动法 .它只考虑尺寸及拓扑约束，考虑 .程约束。它采用预定义的办法 不[

参数化方法的本质即是基于约束的产品描述方法，是由于产品的这

整个设计过程就是约束规定，束变换求解以及约束评估的逐步求精过建立图形的几何约束集，并指定一组尺寸作为参数与几何约束集相联 约程。因此与传统设计方法的最大区别在于，数化设计方法通过基于约系。因此，变尺寸值就能改变图形。尺寸驱动的几何模型由几何元素，参改 束的产品描述方法实际上存储了产品的设计过程， I因而它设汁出一族而尺寸约束与拓扑约束三部分组成。此种方法，两个前提：型已经存 有模

不是某个单一的产品。另外参数化设计能够使工程设计人员在产品设计在；型尺寸己经完全定义。模 初期无需考虑具体细节而能够尽快草拟零件形状和轮廓草图，并可以通 32程序驱动 .过局部修改和变动某些约束参数而不必对产品设计的全过程进行重新程序驱动，其实就是通过程序按照模型建模顺序，驱动 C D软件建 A设计。 模。它不仅考虑了尺寸约束及拓扑约束，还考虑了工程约束。它对设计人 2参数化技术的现状员的编程能力要求较高，需要对 C D二次开发和编程语言掌握到一定 A程 A能目前，数化技术大致可以分为直接式和非直接式两种。非直接式程度。与前者相比较，序驱动对用户 C D软件使用能力较低，提供 参参数化技术有：程法和基于三维参数化的形体投影法。直接式参数化 友好的交互界面，维建模不受参数输入顺序影响。但是它

也有不足之编三在程执技术则是指设汁者通过用户界面直接对图形进行操作，而不必理会计算处，实现复杂零件参数化设计时，序一般过于复杂，行速度明显不对我二机内部的处理方式，是当前使用最为广泛的一种方法，称人机交互 如尺寸驱动，软硬件要求较高。因此，们建议采用第三种方法一者这也法。 的结合。

非直接式包括两种方法，编程法和基于三维参数化的投影法。其中编程法是一种较为原始但最为常用的方法。它需要编程者熟悉计算机语言及调试技能，通过分析图形几何模型的特点，定图形的主要参数以确及各个尺寸之间的数学关系，这种关系编入程序中。用时执行稃序，将使 输入需要的参数，序通过各个尺寸之间的数学关系确定其它相关的由程尺寸值 .而就确定了整个图形；于三维参数化的投影法是先进行三从基维参数化没计，然后按不同方向投影，得到二锥参数化的结果，这是一种具有唯一解的生成方法，它受到几个方面的制约：但其一是许多零件的三维造型本身相当困难，如复杂的体类零件以及某些细小结构的造型； 其二是三维参数化设计又是一个崭新的课题；三是为了进行符合国家其标准的二维表达，需要对任一方向投影前的三维立体和投影后的二维视 图作较多的处理。 人机交互法参数化设计是目前参数化设计领域发展得较快的…个方向，是应用最为广泛的一种方法。这种方法已经成为目前参数化设也

33尺寸驱动与程序驱动结合 .

该方法综合了前面两种方法的优点，能提供友好的人机交互界面， 不受参数设置顺序限制，响应速度快，目前的主流微机配置都能满足。因此，种方法在 C此 AD二次开发得到了广泛的应用。 4部件参数化设计 41自底向上 .

计的主要技术路线。 从实现参数化的原理上分，机交互法主要有： )于几何约束的人 1基

变量几何法，这是一种基于约束的数学方法，它将图形的几何模型分解为一系列特征点，以特征点坐标为变量形成了一个非线性方程组，当约束发生变化时，利用 Netn R p sn法迭代求解方程组，可以求出这 wo— a ho就些特征点的新坐

标，从而生成了新的图形； ) 2基于几何推理的人工智能法，种方法是用基于规则的推理方法来确定用组约束描述的几何模这一型。在推理过程中，用专家系统将几何形体的约束关系用一阶逻辑谓利词描述，人事实库中。推理机把从规则库中提取出来的规则用于当前存的事实集中，后推理出几何形体的细节。推理过程输出的是由一系列然推理出的规则组成的一个几何形体的构造计划，数化的模型也因此由参在构造计划中顺序算出的规则所决定； )于构造过程的方法，种方 3基这法在交互造型过程中的每一步操作，采用了一种称为“数化履历”参 (aa er i oy的机制，设计过程中，统自动记录造型操作过程 P rm tc H s r) i t在系的程序化描述，记录的定量信息作为变量化参数，将当赋参数不同的值时，新模型生成历程，会得到不同大小或形状的几何模型。种方更就这法较适用于结构相同而尺寸不同的零件设计，由于需要严格遵循某种 但 构图顺序，柔性和灵活性较差；基于辅助线的方法，种方法是计所故 4)这

该过程模仿实际机器的装配，即把事先制造好的零件装配成部件， 再把零部件装配成机器。自底向上设计过程也是这样，先构造好所有的零件模型，再把零件模型装配成子部件，然后再装配成机器，产生最终的装配模型。在自底向上的设计过程中，如果在装配时发现某些零件不符合要求，诸如零件与零件之问产生干涉，某一零件根本无法进行安装等， 就要对零件进行重新设计，重新装配，再发现问题，进行修改。 从上述过程可以看出，自底向上设计的优点是思路简单，操作快捷、 方便，容易被大多数设计人员所理解和接受。但自底向上设计的缺点在于事先缺少一个很好的规划和全局的考虑，设计阶段的重复工作较多， 会造成时间和人力资源的浪费，作效率较低。工 42自顶向下 .自顶向下的设计过程是模仿实际产品的开发过程。先进行功能分 首解，过设计计算将总功能分解成一系列的子功能，通确定每个子功能的参数；其次进行结构设计，根据总的功能及各个子功能的要求，

设计出总体结构及确定各个子部件之间的位置关系，连接关系，配合关系，而各种关系及其参数通过几何约束或功能的参数约束求解确定；后分别对每然个部件进行功能分解和结构设计，到分解至零件。当各零件设计完成直时，由于装配模型约束求解机制的作用，个机器的设计也就基本完成。整 自顶向下与白底向上两种设计方法各有特点，分别适用于不同的场合。 5结论

机械压力机的生产属于单件小批量生产，位客户根据自己企业需每求的不同，于每一台锻压机都有自己的要求，对因此对于每一台锻压机都必须重新设计。长期以来，这个工作由人工完成，浪费了大量的时间和人力。考虑到锻压机某些典型零件具有相似性，可以对这些零件进行参数化设计，而达到加速设计的目的。从 参考文献

1孙基 J机 1 有的几何图形的轮廓线都建立在辅助线的基础上，辅助线的求解条件在『I正兴.于特征参数化设计中的尺寸约束及其表示 f .械设计，作图过程中已明确规定，由辅助线来管理图形的儿何约束和结构约束， 19 (:— . 9 8 5) 1 4由辅助线来直接定义图形的约束集，这样就省去了在图中遍历搜索和检『1苏春 .字化设计与制造 f .京：械工业出版社，0 6 18— 1 2数 M]北机 2 0,:5 9 . 查求解条件是否充分的工作，使约束的表达得以简化，小了约束方程 f1候玉翠.减 3岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计[J D.:大连大连理工大学，0 7 20. 的求解规模。 『1上海第二锻压机床厂， . 4等开式曲栖压力机设计[ . MI 3零件参数化设计