基于Autodesk Inventor的非標零件標準化設計

劉薇娜，劉宗漢，楊立峰，李 明，張 鎮

LIU Wei-na, LIU Zong-han, YANG Li-feng, LI Ming, ZHANG Zhen

（長春理工大學 機電工程學院，長春 130022）

0 引言

Autodesk Inventor是美國Autodesk公司推出的一款三維軟件，使用Autodesk Inventor可以創建三維模型和二維制造工程圖、可以創建自適應的特征、零件和子部件，還可以管理上千個零件和大型部件。現代化設計集成了人工智能，使得以往復雜的設計變的簡單化，最大程度上縮短了設計時間從而得到高效率的產品。采用模型化設計體現了現代化設計的理念，通過設計可變化的零件模型來代替大量的重復性工作。

利用Inventor創建出可變換尺寸的模型，而利用 Inventor表單能直觀的表現出所需變換的模型尺寸，Inventor表單能簡潔的表述出所需變化尺寸圖形的每一個變化尺寸[3]，這樣使得使用者在選擇圖形尺寸時省時而又不會出現錯誤。

該設計就是利用Autodesk Inventor實現零件的尺寸設計和部件之間的關聯設計，當想要得到所需零件的尺寸規格時，可直接在選項欄里輸入所需的尺寸，系統會自動生成所需的圖形，這樣的設計體現了機械零件設計的自動化與標準化。

1 零件設計

1.1 零件草圖設計

該設計選取了一個軸承聯動機構，該機構包括軸承座、軸、鍵、齒輪四個零件組成。首先我們要利用Inventor繪制這些零件的二位草圖。Inventor在編輯草圖方面就是二維CAD的繪制，Autodesk CAD是Autodesk公司的一款產品，而Autodesk Inventor集成了Autodesk CAD二維繪圖的功能而將之轉化成三維圖，繪制Inventor的二維圖形是為了轉化為三維圖[6]，所以與普通的二維圖形的繪制標注有所區別如圖1所示。因為我們要做的是自由變換尺寸的零件模型，所以當我們繪制二維草圖時需要注意影響變形的因素。我們在繪制圖形時標注三維變換所需尺寸，不論是尺寸的遺漏還是過多標注都會影響三維圖形尺寸的變換。創建必要的線條之間的約束能讓圖形在三維變換過程中不會出圖形的現畸形化。

圖1 零件草圖

圖2 零件三維圖

1.2 三維圖設計

應用Inventor完成三維參數化設計，有利于復雜幾何形狀圖形的控制和修改，三維參數化設計能夠更準確的體現設計者的創建思想，給產品機構的設計帶來方便，也容易發現設計中的錯誤，采用這種設計不僅提高了設計的效率和設計質量，也縮短了設計周期。利用Inventor進行設計，二維三維是雙向關聯的，這使得我們在設計中可以任意改變三維實體的尺寸，更改后的三維圖形和二維圖形會自動發生改變。這樣通過二維三維的雙向變換可以任意的調整圖形，讓參數化設計與自動化設計相結合完成我們所需的標準化設計。

將所繪制的二維圖生成三維圖如圖2所示，在拉伸過程中要標記拉伸長度，因為這關系著之后設計中的零件尺寸變化。這些三維圖形將是我們所需零件的模型，我們就是利用這些模型來得到非標零件的三維圖形。利用Autodesk Inventor設計的零件可以關聯性的改變尺寸，它把一個零件中的改變映射到另一個零件上，使得我們在改變零件的特征時與它相關聯的零件特征也隨之發生改變[3]。這樣的造型使得設計更加簡單方便，不論是零件還是部件都可創建所需的關聯性變化特征。

2 尺寸表單創建

2.1 表單介紹

利用Inventor iLogic來創建一個表單來控制尺寸的變化。我們都知道如果想編輯對話框表單的話，我們必須使用編程語言VB、VC等來創建，而我們使用Inventor iLogic可以在短暫的時間內創建自己想得到的用戶界面表單，Inventor iLogic利用了規則驅動設計的技術，用一種新的方式可以實現對設計意圖的直接表達，使得我們的設計更具自動化智能化[2]，通過這個表單來控制我們想要完成的工作。

2.2 生成表單

下面介紹一下該設計表單的設計過程。

圖3 尺寸表單

圖4 尺寸表單

圖5 軸承表單

創建iLogic表單就是將所需變更的外形尺寸創建到到表單框中，通過直接編輯表單中的尺寸數據來調整所創零件的外形尺寸如圖3所示。我們通過創建多個選項卡組使得我們在調整零件尺寸的時候更加方便，并在表單中插入二維圖，使得在編輯零件的尺寸時更加直觀如圖4所示。當創建軸承表單時，我們使用滑塊尺寸變換模式，當移動滑塊時，可自動調整軸承尺寸，同時對軸承尺寸的變化范圍進行了限定，這樣使得階梯軸尺寸變換更方便更直觀而且變化范圍也有了約束，最終得到的軸承表單如圖5所示。

2.3 限定尺寸變化范圍

利用Inventor iLogic編寫程序控制零件的尺寸范圍。當輸入的尺寸超出我們限定的約束時系統會自動給出提示，我們通過下列程序實現尺寸范圍的限定，這些程序將約束軸承尺寸的變化范圍。當我們輸入的長度范圍超出了約束系統會自動提示錯誤。從而限定使用者的輸入的編輯范圍。

If dz1（第一段圓直徑）＜1 cm Or dz1（第一段圓直徑）＞8 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dz1（第一段圓直徑）=4 cm

End If

If dl1（第一段拉伸長度）＜1 cm Or dl1（第一段拉伸長度）＞20 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dl2（第一段拉伸長度）=10 cm

End If

If dz2（第二段圓直徑）＜1 cm Or dz2（第二段圓直徑）＞12 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dz2（第二段圓直徑）=6 cm

End If

If dl2（第二段拉伸長度）＜1 cm Or dl2（第二段拉伸長度）＞20 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

dl2（第二段拉伸長度）=10 cm

End If

If jk（鍵槽寬度）＜0.2 cm Or jk（鍵槽寬度）＞4 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

jk（鍵槽寬度）=1 cm

End If

If jc（鍵槽長度）＜1 cm Or jc（鍵槽長度）＞15 cm Then

MessageBox.Show(“超出范圍，請重新選擇”, “提示”)

jc（鍵槽長度）=5cm

End If

3 部件設計

利用Inventor實現零件的裝配完成一個完整的部件模型，通過創建零件之間的關聯達到變換尺寸后部件的協同化整體化。我們利用Inventor-iLogic來實現部件尺寸之間的約束關系，使得我們改變一個尺寸的同時整體尺寸也發生改變，這樣節省了逐一修改各個零件尺寸的時間，使得使用者有更多的選擇性，當使用者需要改變整體尺寸時大大節約了時間，而在改變單一零件尺寸時也可抑制這些關聯單一的改變所需改變的零件尺寸[4]。這樣的設計使得非標零件的設計更具靈活性，省時又省力。下面是尺寸關聯的一些程序這些程序將協同的改變模型的尺寸

Parameter(“軸承底座：1”,“小圓直徑2”)=Parameter(“軸承：1”,“第三段圓直徑1”)

Parameter(“軸承：1”,“第六段圓直徑1”)=Parameter(“軸承底座：1”,“小圓直徑2”)

Parameter(“鍵：1”,“鍵長1”)=Parameter(“軸承：1”,“鍵槽長度2”)

Parameter(“軸承：1”,“鍵槽半寬度1”)=Parameter(“齒輪：1”,“半寬度3”)=Parameter(“鍵：1”,“鍵半寬2”)

這樣我們便得到了軸承聯動機構，如圖6所示，它是一個可變換尺寸的機構，只要我們改變尺寸模型就會自動生成我們所需的圖形。

圖6 軸承機構

4 結論

本設計通過對繪制三維零件模型實現對非標零件進行尺寸的自由設定，使得使用者在需要某種零件時只需調用零件模型，再對零件模型尺寸進行設定就可以得到所需的三維圖形。這種方式既可以使工廠設計人員節約了大量的設計時間，也體現了非標零件的標準化設計理念，可以通過創建多個零件模型來組建零件庫，達到對非標準零件數字化系統化管理的目的。

[1] 劉朝儒.機械制圖[M].高等教育出版社.2000.12.

[2] 陳伯雄,馮偉.Inventor iLogic程序設計解析與實現[M].化學工業出版社.2014.7.

[3] 陳伯雄.Inventor機械設計解析與實戰 基礎篇[M].化學工業出版社.2013.6.

[4] 陳伯雄.Inventor機械設計解析與實戰 專業篇[M].化學工業出版社.2013.6.

[5] 韓偉娜.基于Autodesk inventor的零件系列化設計[J].機械設計與制造.2007.5.8.

[6] 胡仁禧.Inventor9中文版機械設計高級應用實例[M].北京：機械工業出版社.2005.