基于特征体素的液压元件三维建模系统设计

　　0 引言

　　液压集成块是集成式液压系统中的关键零件,其表面承装的液压阀及其它液压辅件在设计中由于不能全面考虑到人为原因、工具使用、操作空间等因素,在实际装配 中可能存在装配空间不足、元件间干涉等情况。因此有必要建立装配过程仿真系统,尽可能在设计阶段发现问题,进行干涉检查,并可使设计人员进行设计方案的比 较,以便选择最佳方案。其中所有液压元件以独立的三维实体模型形式表达,使装配过程直观、逼真。但由于待安装的液压元件种类繁多、型号复杂,且形状各异, 采用常规的三维实体造型方法,虽然能够进行三维模型的建立,却存在建模过程复杂、专业性强、工作量大及不能有效进行新元件计等缺陷。鉴于此,本文通过对大 量液压元件的结构进行分析,提炼出了一系列常用液压元件的通用特征体素,在常规三维实体造型方法的基础上,将特征体素造型方法和参数化造型技术进行有机结 合,开发了基于特征体素的液压元件三维建模系统,能够准确、方便、快捷地实现液压集成块装配过程仿真所需的液压元件三维实体模型的建立。

　　1 基于特征的三维实体参数化造型方法介绍

　　参数化造型使用几何约束的方法来描述和修改产品几何模型的形状特征[1],通过分析图形几何模型的特点,在特征尺寸间建立具有函数关系的尺寸约束数学模 型,形成一组被约束的尺寸和起约束作用的驱动尺寸来控制设计结果;可以通过用户在编程时输入或交互式输入,使尺寸改变,从而生成一系列形状相似的产品三维 模型。参数化设计的实质是实现人机交互式的智能化设计,系统将用户输入的零件参数直接转化成三维模型。

　　特征是一组具有属性,与设计、制造活动有关,并含有工程意义和基本几何实体或信息的集合。用特征描述的产品信息模型包含形状特征,即产品的几何信息,和面向过程特征,即精度信息、材料信息和管理信息等含有工程意义的信息[2]。

　　基于特征的三维实体参数化造型方法是参数化造型技术与基于特征的设计方法的有机结合,基本思想是使用几何约束的方法来描述产品模型的形状特征,使得特征作 为参数的载体,通过对特征的操作构造零件的几何形状、材料特征及精度特征等含有工程意义上的信息,从而可以得到所需的一套形状或功能相似的零件。

　　2 建模环境及开发工具简介

　　MDT (AutoCAD MechanicalDesktop)是在Auto-CAD基础上开发的基于特征的三维参数化实体造型软件。它是一个高效、功能强大的融二维、三维于一体 的三维机械设计平台[3]。MDT融合了当前CAD软件所采用的最新造型技术,提供了基于特征的参数化实体造型功能,可以利用开发工具来完成模型的参数化 绘制。