基于草图单元特征嵌入的机匣截面设计方法

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1、基于草图单元特征嵌入的机匣截面设计方法

2、第10概述随着CAD/CAM技术在基础理论方面日趋成熟，许多优秀的三维设计软件已获得广泛应用，这些通用软件都提供了强大的三维参数化设计功能。但是二维草图的操作，用户只能通过画出点、线、弧（圆）和基本的二维几何来设计零件轮廓进而进行约束，在二维操作中不提供如同三维操作的面向特征的操作方法。特别对于复杂回转体（例如航空发动机机匣）来说，截面草图中局部具有很多相似的结构，每次造型只能从基本几何元素开始定义，造成造型过程中的重复劳动，本文提出了利用二维草图特征单元嵌入另一个草图的新方法，将三维特征的操作技术引入到二维草图

3、中，使得二维特征草图单元可以如同三维特征一样，通过尺寸驱动就可以完成造型，从而可以大大提高草图设计效率。本文提出的方法是在现有CAD软件平台（UG）上开发的，其基本方法可推广到其他CAD平台，并应用于其他复杂草图设计中。1草图二维特征的分析航空发动机机匣是具有复杂截面结构的典型零件，内部具有很多相似沟槽，图1为某型机匣回转截面线轮廓，分析机匣截面图发现草图有多级相似结构，如图2所示，如果采用参数化约束构造这种草图不但繁琐，而且易出错。图3为从截面草图中抽出相似结构中的一个进行约束。此结构约束需要四十余个几何约束和三十余个尺寸约束，而此型机匣中这样的结构

4、有3、4级，导致重复进行相同的工作，每次勾画相同形状的截面线，进行相同的几何约束，唯有尺寸约束的尺寸不同。此类零件的造型设计，草图约束占很大比重。二维草图可以将其理解为一种特殊的特征，在三维特征中，每个特征的操作都可以依次进行，后一个特征可以在以前特征的基础上进行操作，例如在已有实体上直接创建一个孔。这是一种基于历史的特征操作。对于二维草图特征，草图内的局部几何形状不能象三维特征一样事先定义好，设计时只能由用户交互地操纵几何元素并进行约束，效率较低。本文提出的草图特征单元插入法，可以使草图设计对这些特征单元进行拼装，实现“特征块”的操作，而且将其约束一

5、并带入，形成一个单一草图，如图1所示。原理是：将相似结构的草图单元（例如图3的一个相似结构）定义为一个特殊的二维特征并进行约束，作为特征库的特征成员保存。当进行零件截面设计时，在当前的工作草图（称为目标草图）中要设计某个相似结构时，调用特征库中的二维特征，直接将单元特征插入到草图中，将特征的几何元素、几何约束和尺寸约束读入当前设计的草图，用一组驱动尺寸集重新刷新完成草图单元的约束。且几何约束和尺寸约束一并带入。因为封装了草图设计过程中的几何创建和几何、尺寸约束操作，可以大大提高设计效率。但是目前的CAD并不支持草图特征单元的直接插入，给快速草图设计带来

6、较大困难，因此解决单元特征的定义和封装以及特征的引用成为要解决的关键问题。图1机匣草图截面图草图相似结构草图相似结构图2机匣草图结构分析图3结构单元草图约束示意该方法包括两部分内容：①定义特征单元：构造特征单元的草图，象正常草图一样约束草图，并保存在特征库中。②在当前工作的目标草图里，通过特征库选择欲插入的二维草图单元，对比目标草图与二维草图的基本信息，将特征几何写入目标草图的相应位置，同时带入几何约束和尺寸约束。这样用户经过一步操作就可以将特征草图里的几何、几何约束、尺寸约束写入当前草图，经过尺寸驱动就可以完成将草图单元插入，对机匣这种有相同结构层次

7、的零件，这样的设计方法可以极大地提高设计效率。2关键技术2.1二维特征信息过滤特征草图作为一个特征单元保存在特征库中，这里是以文件的形式表示。插入时得到它的特征树，逐条查询特征草图几何信息，向目标草图写入相关的信息。一个草图模型文件包含了各种信息，而本文关心的是草图信息，它包括草图基本信息、几何信息和约束信息，草图基本信息包括草图坐标系矢量和原点等。特征草图的基本信息和特定目标草图的基本信息是不同的，这样特征草图写入目标草图的几何就要进行相应的变换。从特征文件的信息中筛选出草图基本信息，读出特征草图基本信息与目标草图作对比，设计转换函数，将经过变换的几

8、何信息和约束信息正确的写入目标草图。2.2几何信息和约束映射加入目标草图的草图单元要求是可编辑的全约束草图块。在特征草图的读取、信息筛选、写入的过程里要求信息有效、没有丢失。本文根据草图设计的顺序按几何、几何约束、尺寸约束的顺序读入信息。在向目标草图写几何时，对比两草图绝对坐标和相对位置，进行坐标转换，将几何写入目标草图中（详细论述见下面第四点），在创建几何的同时建立特征草图与目标草图几何的映射表。草图的几何约束和尺寸约束大多都是与别的几何相关，在目标草图建立几何后，写入约束时要找出几何的对应关系，才能把对应的约束正确地加入到对应的几何上，下面以最简单

9、的一个草图为例说明，假设特征草图有三个几何元素：两直线（L1、L2）一个圆弧（A1），几何与约