|
| 草圖技術(shù)（9） |
| 11、草圖的其它一些技術(shù)問題 草圖間模型的基礎，草圖在進一步創(chuàng)建成模型結(jié)構(gòu)之前，應當被完整和合理地約束好。 在使用Inventor之前，大部分人都熟悉AutoCAD，因此多數(shù)人認為Inventor的二維繪圖功能不如AutoCAD好。實際上Inventor的草圖功能相當好，甚至在二維工程圖的直接繪圖操作中，也明顯地好于AutoCAD。這里有觀念問題，也有技術(shù)方法問題。 下面補充上面還未提及的技術(shù)問題。 11.1正確的觀念是什么？ 工程師怎樣描述一個正六邊形圖形？“17mm的六方”。“六方”是幾何關系，“17mm”是尺寸大小，這就是人本來的設計思維和表達習慣。 在AutoCAD中，幾何關系和尺寸大小一般是同時達到要求的，這是AutoCAD最大的缺陷。所以說AutoCAD是為繪圖員準備的工具，而Inventor則是為工程師準備的工具。關鍵在于：要從設計的角度切入使用CAD軟件，以設計中的通常思維模式為基礎，把幾何關系和尺寸大小分開來描述。在Inventor中，草圖結(jié)果相對于設計構(gòu)思的原始條件，已經(jīng)達到了“是”的層次，而不僅僅是“像”。在AutoCAD中，解決“是”的問題相當困難。這就是為什么曾經(jīng)有那么多人，在研發(fā)基于AutoCAD的參數(shù)化軟件的主要原因。 例如，圖2-86的圖樣。若在中，可是比較麻煩的.在Inventor中就很簡單了，按照自己的思維直通通地做下去就行：  ◆繪制草稿圖線，完全不考慮尺寸，只要圖線的類型正確就可以，甚至幾何關系也可以忽略。 參見圖2-87左。 ◆用幾何約束，將圖線按要求的幾何關系（豎直、相切…)做規(guī)整。參見圖2-87中。 ◆修剪掉不需要的線條片段，參見圖2-87右。 ◆標注驅(qū)動尺寸，完成。  可見用Inventor繪制二維的圖線，要比用AutoCAD舒服得多。甚至許多在AutoCAD下相當麻煩的圖形，在Inventor中變得極其簡單，幾乎所有的針對AutoCAD學員的較難的作圖考題，在Inventor中變得極其簡單和順暢。 11.2 關于完整的約束 原則上，一個正確的草圖，必須達到完整的約束。欠約束雖然也能完成“看起來像”的模型，但畢竟不是完整的設計思維表達。 是否完整的約束，簡單的測試方法是：在草圖模式下，不啟用任何功能，點選任何一條線或者點，按住拾取鍵拖動，整個圖形整體移動，不發(fā)生變形甚至散架子的現(xiàn)象，就是完整約束的了。 因為設計過程是個參數(shù)配湊的過程，在配湊修改參數(shù)的時候，才發(fā)現(xiàn)約束不完整，回去重新修改，將是很麻煩的事情，尤其是多層次參數(shù)繼承和關聯(lián)的條件下。 過約束時，Inventor將發(fā)出明確的提示。 注意：在準備使用基于裝配的關聯(lián)設計技術(shù)時，實際上我們自己施加的草圖約束數(shù)量，尤其是尺寸約束，會少于完全約束的數(shù)量。這種情況不是“欠約束”，而是“緩約束”。在基于裝配的、變量化算法的設計中，緩約束是很常見的技術(shù)手段，但是最終的約束必須是完整的，只是不完全在草圖創(chuàng)建過程實現(xiàn)。 11.3 構(gòu)造線的實例 構(gòu)造線（輔助線）在草圖繪制中很重要，再舉幾個例子： 例1：銑刀刀槽 參見圖2-88。再看"02-015.IPT"中的“切削槽－前刀面”特征下的“草圖24”，這里作了一條豎直的構(gòu)造線作輔助線，這條線起自刀體的圓心；之后，就可以借助這條輔助線，明確而直接地添加主前角的驅(qū)動尺寸10°角了。 如果是純尺寸驅(qū)動，需要計算10°前角的條件下，前刀面與刀體中心的距離。關鍵在于，用純尺寸做驅(qū)動，每次修改前角設計都需要再次計算，很麻煩、而且不是直接表達了設計師的思維和意圖。  例2：對稱孔 圖2-89右，這是另一個典型的實例，其中關鍵是要表述孔的對稱和尺寸，參見圖2-89左圖的兩個草圖。  右下圖實例分析： 這是不好的處理結(jié)果。因為所有的位置都是靠驅(qū)動尺寸和計算表達式進行控制，很啰嗦且不容易直接更改孔距數(shù)據(jù)，也不是設計構(gòu)思的準確表達。 左上圖實例分析： 這是比較好的處理結(jié)果。幾何約束和尺寸約束被正確而合理地使用了。其中，構(gòu)造線是關鍵的角色。 例3：橢圓的焦點 目前Inventor的橢圓草圖，不完全符合幾何學的規(guī)則，因為沒有焦點。 而焦點，在橢圓的應用中相當重要。例如在創(chuàng)建橢圓齒輪的時候就需要。Inventor不知何時才能提供焦點，而我們現(xiàn)在就需要它。 解決方案很簡單：利用構(gòu)造線。 例如圖2-90的橢圓就具有所有的幾何結(jié)構(gòu)，并能夠動態(tài)拖動跟隨。做到這一點，正確使用構(gòu)造線表現(xiàn)橢圓的幾何構(gòu)成，是關鍵的一環(huán)。具體方法如下：  ◆繪制橢圓（軸最好不在水平或豎直位置上）； ◆用構(gòu)造線創(chuàng)建長、短半軸。由橢圓中心向橢圓線上作垂線或平行線就能生成短半軸和長半軸； 圖2-90 橢圓焦點 焦點中心點長軸短軸 ◆從短半軸端點到長半軸上的一點作構(gòu)造線； ◆約束這條連接的構(gòu)造線與長半軸“等長”，它與長半軸的交點就是橢圓的焦點。因為，從橢圓上任一點到兩焦點距離之和等于常數(shù)，即等于二倍長半軸； ◆做出焦點、中心點。 ◆拖動橢圓的中心點或橢圓上任意一點，焦點也跟隨橢圓變化而變化。這就與標準的草圖沒什么不同了。 可見，Inventor按經(jīng)典幾何學的概念創(chuàng)建帶焦點的橢圓，絕不是難事。可為什么不給出焦點呢？ 11.4. 幾何約束的“隱式”和“顯式” 對于幾何約束，有“隱式”和“顯式”兩大類。 前邊討論的基于傳統(tǒng)的畫法幾何的概念，使用構(gòu)造線充當輔助線，則是顯示的約束，這樣可以在很長久以后再次編輯草圖時，也能清楚地看到這些約束的輔助線和結(jié)果。對于隱式的約束，則只能通過查看圖線的幾何約束，才能真正找到，而不能一目了然。 例如，將一個圓放到矩形的幾何中心上，顯式的約束至少需要一條輔助線，雖然顯得羅嗦，但未來的可識別性能好；隱式的約束可利用中點的捕捉和豎直、水平約束來實現(xiàn)，顯得簡單些，但未來可識別性不好。 在Inventor中構(gòu)造草圖，并不是完成了這個草圖的模型特征就完成了任務，后期的設計配湊才是真正的需要，在草圖階段為后期設計準備充要條件，提供盡可能方便的準備，才是正確的規(guī)則。所以，筆者推薦“顯式”約束，而不主張使用“隱式”約束，雖然Inventor兩者都能完成。 11.5 草圖的驅(qū)動尺寸單位 這是一個很有趣的事情，如果得到了一個英制零件，想在自已的設計中借用，怎么能保證所有的驅(qū)動尺寸變成mm制？例如02-027.IPT，過程很簡單： 在菜單中“工具(T)”-〉“文檔設置(S)”-〉“單位”選項卡，在“長度”欄目中設置成“毫米”。 最后（這是關鍵的一步），在在菜單中“工具(T)”-〉“全部重建（R）”。 11.6 草圖中輸入點 一些復雜的二維或者三維草圖，其控制點可能是第三方軟件創(chuàng)建出來的數(shù)據(jù)，如果能直接讀入這些數(shù)據(jù)到Inventor的草圖環(huán)境變成圖線，就很理想了。 Inventor為此新加了個功能“輸入點…”，前提是需要一個按規(guī)定格式填寫數(shù)據(jù)的Excel文件，例如3D.XLS和圖2-91：其中A1處必須是數(shù)據(jù)的量綱；從A1/B2/C2/開始往下，按X/Y/Z的規(guī)則填寫數(shù)據(jù)；可以不填寫Z數(shù)據(jù)，即既可是二維點也可是三維點。  在草圖工具面板中啟用“輸入點”，會彈出文件選擇界面，選定2D.XLS文件并“打開”，Inventor將自動把所有的草圖點按2D.XLS文件中的數(shù)據(jù)創(chuàng)建起來了。 但是，多數(shù)使用需要時將這些點按次序連結(jié)成一條三維曲線，但Inventor沒有這樣做。為什么不順手把連線的機制做出來，筆者不能解釋。 曾經(jīng)有過這樣的例子，用戶自己的程序中計算得出了兩組720個空間點，想創(chuàng)建一個圓柱凸輪。數(shù)據(jù)進入之后，連接著1440個點成為路徑線，則幾乎是災難性的過程，漫長而緊張，多次連錯… 12. 草圖功能下的CAGD 計算機輔助幾何設計，也就是CAGD（Computer Aided Geometrical Design)，是以計算機幾何為基礎，以計算機軟件為載體，進行幾何圖形的表達、分析、編輯和保存的一種技術(shù)方法，被稱為：“計算機輔助幾何設計”。這是任何CAD軟件功能的底層機制。 如果以機械工程師的熟悉的知識，可以粗略地理解為：CAGD 功能應用就是用幾何作圖法來求解設計參數(shù)。在CAGD功能支持下，用戶不必有高深的數(shù)學基礎，不必構(gòu)建復雜的解析計算模型，也能完成精確而快速的二維、甚至一些三維幾何圖形的構(gòu)建與數(shù)據(jù)分析，進而得到要求的設計參數(shù)。 可見，CAGD功能已經(jīng)超出了單純繪圖的范疇。 實際上，Inventor草圖中的相關功能就是經(jīng)典數(shù)學模型用解析的程序自動實現(xiàn)的，也就是說， 用給定了充要條件，就能精確生成相關圖線；而只要畫了出來，就解得出相關的幾何參數(shù)或工程數(shù)據(jù)。因為草圖的參數(shù)化特性，使得CAGD功能在Inventor中表現(xiàn)的更加順暢和優(yōu)秀。 12.1 設計參數(shù)求解實例之一 某鏈輪的設計，已知條件節(jié)距t=12.7mm、齒數(shù)Z＝17，求鏈輪節(jié)圓的半徑，參見圖2－92。  ◆創(chuàng)建17邊的正多邊形，尺寸驅(qū)動邊長為12.7mm。 ◆標注中心到多邊形頂點的對齊參考尺寸（參見圖2－93）。 如果變更鏈條節(jié)距，僅僅需要修改尺寸12.7到新值，新結(jié)果立即出現(xiàn)。這就是參數(shù)化設計的好處所在。 12.2 設計參數(shù)求解實例之二 齒條模數(shù)5mm。為了保證雙向運動的精確性，機構(gòu)設計要求實現(xiàn)齒輪和齒條的“無隙嚙合”，設計構(gòu)思是以加工精度控制裝配之后的結(jié)果：齒輪控制其分度圓直徑公差，而齒條則控制其節(jié)線到安裝基準面的距離，這就是設計尺寸30。參見圖2-94。  但是，節(jié)線僅僅是一種設想中的，而非實際存在的幾何要素，因此不能充當加工中進行測量的幾何實體。為了能夠控制尺寸30，需要設計一種過渡手段：用量棒進行測量的過渡，參見圖2－95。 為防止齒型角加工偏差帶來的額外測量誤差，應當使量棒放在齒溝中的時候，保證與齒面的接觸點正好在齒條的節(jié)線與齒面的交點處，這樣的條件下，齒形角的誤差對于測量的影響是最小的。 這就需要計算這根量棒的直徑和直徑確定之后的測量尺寸，這樣的計算需求在傳統(tǒng)設計中是比較常見，也是比較麻煩的，利用Inventor草圖的CAGD則相當簡單。 先體驗一下：打開“02-008.IPT”，可見到只有草圖。參考尺寸d6和d7就是要求解的尺寸。如果今后又有類似的求解，只要修改尺寸d0（模數(shù)）或者尺寸d8就行了。求解過程參見圖2－96左。  ◆做ABCDFGHIK折線，約束AB、CD、FG、HI為水平線，DF與GH線等長，DF平行于IK； ◆做水平線EL，端點在DF線和HG線上； ◆做水平線LJ，端點在GH線和IK線上； ◆約束EL和LJ線水平、端點重合、等長； ◆標注DF-GH線夾角40度； ◆標注CD-EL線垂直間距d0=5（模數(shù)）；EL-FG線垂直間距為d0*1.25； ◆標注EL-AB線垂直間距為30（設計尺寸）； ◆標注E-J點水平距離為d0*3.14159265（周節(jié)）；這樣基礎圖線就做好了，改變d0，全圖正 確跟隨改變。之后作構(gòu)造線： ◆自E點起、垂直于DF線；自L點起、垂直于GH線； ◆以兩線交點為圓心，過E或L點做圓； ◆標注圓的直徑和圓的上像限點與AB線的垂直距離，完成. 如果變更了設計參數(shù)（例如模數(shù)），僅僅需要修改相關驅(qū)動尺寸到新值，量棒的新的設計數(shù)據(jù)將會立即出現(xiàn)。 12.3 設計參數(shù)求解實例之三(02-009.IPT) 兩個皮帶輪，中心距200，節(jié)圓直徑分別是50、80，求皮帶的長度。 參見圖2-97，按設計要求做草圖，標好驅(qū)動尺寸，修剪，剩下皮帶中心線。在菜單中“工具(T)”→"測量周長(L)”，感應拾取草圖線，Inventor將計算并顯示所要的結(jié)果。  類似地，求解鏈條大致長度，也可以借助這個方法，參見02-009a.IPT。過程是： ◆在“計算節(jié)徑”草圖中，根據(jù)齒數(shù)（21、35）和鏈條節(jié)距（12.7mm）求出兩輪的節(jié)圓半徑 d3）； ◆再在“計算鏈長”草圖中，根據(jù)半徑和中心距（300mm）繪制鏈輪節(jié)圓的代表圓； ◆根據(jù)鏈條松邊，做出連接圓孤線和弦線，添加垂直尺寸15。 ◆修剪無用的線條部分，“測量周長”，結(jié)果參見圖2-98。 |
版權(quán)所有 民眾工作室.制作 |