隨著CAD/CAM技術在基礎理論方面日趨成熟域抚，許多優(yōu)秀的三維設計軟件已獲得廣泛應用蜻弧，這些通用軟件都提供了強大的三維參數(shù)化設計功能。但是二維草圖的操作眉堪，用戶只能通過畫出點翰倡、線、弧（圓）和基本的二維幾何來設計零件輪廓進而進行約束吹似，在二維操作中不提供如同三維操作的面向特征的操作方法刚垦。特別對于復雜回轉體（例如航空發(fā)動機機匣）來說，截面草圖中局部具有很多相似的結構喷楣，每次造型只能從基本幾何元素開始定義趟大，造成造型過程中的重復勞動，本文提出了利用二維草圖特征單元嵌入另一個草圖的新方法铣焊，將三維特征的操作技術引入到二維草圖中逊朽，使得二維特征草圖單元可以如同三維特征一樣，通過尺寸驅動就可以完成造型曲伊，從而可以大大提高草圖設計效率叽讳。本文提出的方法是在現(xiàn)有CAD軟件平臺（UG）上開發(fā)的，其基本方法可推廣到其他CAD 平臺坟募，并應用于其他復雜草圖設計中岛蚤。

    1草圖二維特征的分析

    航空發(fā)動機機匣是具有復雜截面結構的典型零件，內部具有很多相似溝槽懈糯，圖1為某型機匣回轉截面線輪廓涤妒，分析機匣截面圖發(fā)現(xiàn)草圖有多級相似結構，如圖2所示赚哗，如果采用參數(shù)化約束構造這種草圖不但繁瑣她紫，而且易出錯。圖3為從截面草圖中抽出相似結構中的一個進行約束妈唯。此結構約束需要四十余個幾何約束和三十余個尺寸約束泣幼，而此型機匣中這樣的結構有3、4級燃悍，導致重復進行相同的工作江构，每次勾畫相同形狀的截面線，進行相同的幾何約束笋途，唯有尺寸約束的尺寸不同。此類零件的造型設計与钳，草圖約束占很大比重隅凡。

    二維草圖可以將其理解為一種特殊的特征，在三維特征中精柒，每個特征的操作都可以依次進行绵捡，后一個特征可以在以前特征的基礎上進行操作，例如在已有實體上直接創(chuàng)建一個孔探九。這是一種基于歷史的特征操作安揣。對于二維草圖特征，草圖內的局部幾何形狀不能象三維特征一樣事先定義好舶衬，設計時只能由用戶交互地操縱幾何元素并進行約束埠通，效率較低赎离。

    本文提出的草圖特征單元插入法，可以使草圖設計對這些特征單元進行拼裝端辱，實現(xiàn)“特征塊”的操作梁剔，而且將其約束一并帶入，形成一個單一草圖舞蔽，如圖1所示荣病。原理是：將相似結構的草圖單元（例如圖3的一個相似結構）定義為一個特殊的二維特征并進行約束，作為特征庫的特征成員保存渗柿。當進行零件截面設計時个盆，在當前的工作草圖（稱為目標草圖）中要設計某個相似結構時，調用特征庫中的二維特征朵栖，直接將單元特征插入到草圖中颊亮，將特征的幾何元素、幾何約束和尺寸約束讀入當前設計的草圖混槐，用一組驅動尺寸集重新刷新完成草圖單元的約束编兄。且?guī)缀渭s束和尺寸約束一并帶入。因為封裝了草圖設計過程中的幾何創(chuàng)建和幾何韵楼、尺寸約束操作淀祟，可以大大提高設計效率。但是目前的CAD并不支持草圖特征單元的直接插入决盔，給快速草圖設計帶來較大困難酌铺，因此解決單元特征的定義和封裝以及特征的引用成為要解決的關鍵問題。

    圖1機匣草圖截面圖 草圖相似結構草圖相似結構

圖2機匣草圖結構分析 圖3 結構單元草圖約束示意

    該方法包括兩部分內容：

    ① 定義特征單元：構造特征單元的草圖酿乾，象正常草圖一樣約束草圖辕洗，并保存在特征庫中。

    ② 在當前工作的目標草圖里渣蒙，通過特征庫選擇欲插入的二維草圖單元趋亡，對比目標草圖與二維草圖的基本信息，將特征幾何寫入目標草圖的相應位置缔寒，同時帶入幾何約束和尺寸約束挪其。這樣用戶經(jīng)過一步操作就可以將特征草圖里的幾何、幾何約束感细、尺寸約束寫入當前草圖什猖，經(jīng)過尺寸驅動就可以完成將草圖單元插入，對機匣這種有相同結構層次的零件红淡，這樣的設計方法可以極大地提高設計效率不狮。

    2關鍵技術

    2.1二維特征信息過濾

    特征草圖作為一個特征單元保存在特征庫中，這里是以文件的形式表示。插入時得到它的特征樹摇零，逐條查詢特征草圖幾何信息推掸，向目標草圖寫入相關的信息。一個草圖模型文件包含了各種信息遂黍，而本文關心的是草圖信息终佛，它包括草圖基本信息、幾何信息和約束信息雾家，草圖基本信息包括草圖坐標系矢量和原點等铃彰。特征草圖的基本信息和特定目標草圖的基本信息是不同的，這樣特征草圖寫入目標草圖的幾何就要進行相應的變換芯咧。從特征文件的信息中篩選出草圖基本信息牙捉，讀出特征草圖基本信息與目標草圖作對比，設計轉換函數(shù)妆吱，將經(jīng)過變換的幾何信息和約束信息正確的寫入目標草圖橘凿。

    2.2幾何信息和約束映射

    加入目標草圖的草圖單元要求是可編輯的全約束草圖塊。在特征草圖的讀取啃端、信息篩選寡络、寫入的過程里要求信息有效、沒有丟失含口。本文根據(jù)草圖設計的順序按幾何述搀、幾何約束、尺寸約束的順序讀入信息模皱。在向目標草圖寫幾何時恰避，對比兩草圖絕對坐標和相對位置，進行坐標轉換噪蒲，將幾何寫入目標草圖中（詳細論述見下面第四點）获殉，在創(chuàng)建幾何的同時建立特征草圖與目標草圖幾何的映射表。草圖的幾何約束和尺寸約束大多都是與別的幾何相關篙萧，在目標草圖建立幾何后轩鸭，寫入約束時要找出幾何的對應關系，才能把對應的約束正確地加入到對應的幾何上漏设，下面以最簡單的一個草圖為例說明挠说，假設特征草圖有三個幾何元素：兩直線（L1、L2）一個圓辉柑狻（A1），幾何與約束關系對照如下表所示：

表1 草圖中幾何映射關系

表2 幾何約束對照表

    對特征單元的每次插入蛙奖，都要建立新潘酗、舊幾何對照表，保證幾何、尺寸約束的正確的加入仔夺。

    2.3幾何約束類型的控制

    由于特征單元插入方法是基于UG平臺開發(fā)的琐脏，某些約束類型的API函數(shù)讀出的信息不完全或者不可重建，為了保證目標草圖信息的完整性缸兔，對于特征草圖要選擇合理的約束方式日裙。例如，機匣截面線有一種典型的約束：一條直線的位置用“線在兩個給定坐標的點上”來約束惰蜜，但是在插入映射過程中發(fā)現(xiàn)這部分信息總是丟失昂拂，原因是有關點的約束信息API函數(shù)重建不支持，提出采用分段直線端點共點的等價約束代替推讽，避免約束丟失的現(xiàn)象逻富。

    2.4插入二維特征的定位

    特征草圖是一個靜態(tài)的模板，草圖的位置和方向是一定的路槐，而目標草圖的位置和方向是動態(tài)的拳刚，根據(jù)目標草圖的不同，設計通用的坐標轉換算法正確轉換特征草圖的幾何信息带悼，將其正確地寫入目標草圖楷首，保證幾何在目標草圖平面內且相互之間拓撲關系不變。

    坐標轉換采用兩次旋轉的思路鞭畜，API函數(shù)創(chuàng)建幾何要求輸入幾何的絕對坐標俘汹，對比目標草圖平面和特征草圖平面的相對位置，先將幾何旋轉到目標平面上牛斥，再旋轉到相對目標草圖坐標系的正確位置上乖粘，經(jīng)過兩次變換，得到寫入幾何的正確坐標卡载，創(chuàng)建新幾何砌熬。

    相似草圖單元特征多次嵌入同一草圖，需要解決目標草圖中多個相似幾何的統(tǒng)一命名矫夷。本模塊的幾何命名規(guī)則是采用讀取特征草圖相應幾何的名字再添加后綴作為新幾何名字的方法葛闷。

    3算法實現(xiàn)

    根據(jù)上面討論的關鍵技術，設計算法完成在當前草圖編輯狀態(tài)下對特征草圖的查詢双藕、幾何轉換和插入淑趾，幾何尺寸約束的添加，算法流程如圖4所示：

    4小結

    本文提出的方法已經(jīng)通過UG 的二次開發(fā)形成一個草圖設計工具忧陪，舉例應用如下：圖5為當前工作草圖上的參數(shù)化圖形扣泊，圖6為特征庫中的特征草圖，當在工作草圖上需要插入圖6 中的參數(shù)化圖形時嘶摊，只需要在特征庫中找到要插入的特征草圖延蟹，就可得到圖7所示的結果评矩，從而得到一個拼裝后的草圖，該草圖即成為一般的草圖阱飘，可以進行參數(shù)修改斥杜，非常方便。

    本文利用此工具進行機匣類零件的設計沥匈，取得了顯著效果蔗喂，明顯壓縮了零件設計周期。利用本文的工具掸昨，將各種常用的相似特征草圖單元建立二維草圖特征庫妨屑，可以象三維特征操作一樣，在草圖中輸入特征草圖旅榨，然后進行參數(shù)化修改亮购。該方法可以推廣到具有相似結構的其他零件的設計中，快速完成草圖繪制工作秃值，使用戶方便得到全約束的草圖岔爹，提高此類零件的參數(shù)化設計程度和建模效率。

圖5當前編輯草圖信息

圖6特征草圖信息

圖7插入模板后當前草圖信息

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