火炮总体结构参数化设计研究-结构参数化-机床行业-hc360慧聪网

1 参数化结构模型的构建

零件的参数化

现有机械CAD系统一般都提供了零件参数化的设计方法，如I-DEAS、Pro/E、UG、Solidword和AutoCAD等。本文采用I-DEAS软件为零件参数化设计平台，设计者可遵循“先画外形，后定尺寸”的设计原理，按照设计想象直接建立火炮零件的三维模型，加入几何设计意图规则，并检查零件的几何和尺寸约束是否完备。利用I-DEAS参数化功能确定火炮零件设计参数和参数系列，同时可将参数化火炮零件模型存入共享目录中。在重新利用时，设计者只需从共享目录中提取参数化火炮零件模型，赋予新的零件设计参数，利用尺寸驱动机制，可自动生成所需的火炮零件模型。

结构的参数化

现有的机械CAD系统一般都提供了装配作业模块，用于观察零件装配情况，检查零件干涉，计算质量特性和动画演示装配方案。装配层次可以用一棵倒置的树来描述，父装配含有子装配和零件的引用，子装配包含有零件的引用或更小的装配，构成了装配层次结构。利用I-DEAS提供的装配模块，可以定义火炮的装配约束 (Assembly constrains)，如Face-To-Face和Line-To-Line等，检查火炮的装配约束完备性，从而建立起火炮的虚拟装配模型。然而，一般机械CAD提供的装配模型是不完备的，提供的装配约束仅仅是零件之间的定位约束，不能表达不同零件之间的装配尺寸协同关系，并且装配尺寸协同关系一般由处于不同零件上的设计尺寸共同构成，现有机械CAD系统一般都不提供相应的协同定义方法，只能在零件设计阶段采用人工对照的办法来逐个协同，可能导致装配模型崩溃和相互干涉的现象。因此本文采用装配方程(Assemblye quations)的概念，将零件与零件之间所有的装配尺寸协同关系定义为装配方程，多个协同的装配方程将组成产品的装配方程组。在装配设计阶段，装配约束与装配方程将共同构成了完备的火炮虚拟装配模型。

装配约束的建立
I-DEAS提供了引用之间建立永久性定位装配约束的方法，如果某一个引用的空间位置发生变化，存在定位装配约束的其它引用将自动修改。通常的装配约束包括Face-To-Face和Line-To-Line两种类型。
装配方程的建立
采用编程的方法可以表达由处于不同零件上的设计尺寸共同构成、零件之间存在的装配尺寸协同关系。设计者可利用外挂程序直接建立零件之间装配尺寸的协同关系，即装配方程组。同样，如果一个引用的设计尺寸发生变化，存在装配尺寸协同关系的引用将自动修改生成。装配方程的定义采用的是类似D₁=d₃、D₂=d₄的表达式。本文将存在着装配尺寸协同关系、处于不同零件上的零件设计尺寸之间的驱动关系定义为尺寸关联驱动。

图1 结构参数化设计实现过程

图2 参数化火炮炮身结构模型

结构设计参数
在完备的火炮虚拟装配模型中，零件的部分设计参数是独立驱动的，部分设计参数由于受到火炮的装配方程组的限制，在火炮设计过程中，不能独立驱动，即部分反映零件之间的装配尺寸协同关系、处于不同零件上存在协同关系的零件设计参数，是重叠的设计参数，选择其中一个参数即可。因此，本文将在完备的火炮虚拟装配模型中可以独立变动的设计参数，定义为火炮的结构设计参数。

结构设计参数与完备的产品虚拟装配模型将构成了完备的参数化火炮结构模型。