二维框架是一种高级的二维草图重用机制，它提供给三维设计师一种方式，用于构建零部件基础构造，通过使用设计良好的二维框架可以对整个零部件的主要形状大小、位置以及贯穿整个零部件的尺寸参数进行控制。二维框架不仅能成为零件的设计基准，也能成为部件的装配基准，在此过程中可以做到参数传递，以及与其他零部件的参数进行交流。其设计过程在Autodesk Inventor中采取自上而下的设计方法。
1 Autodesk Inventor简介
Inventor是一个“参数化/变量化特征建模的三维设计软件”，整个设计可以在装配中基于装配关系进行。装配的基础要素是相关的零件，零件是由若干参数化的可以基于装配关系的特征堆砌而成的；特征是一些与机械设计的表达意图相关的一些简单几何形体，这些几何形体的基础是参数化，可以基于装配关系的二维或者三维草图；草图是一些简单类型的图线，可以用几何关系约束、装配关系约束和驱动尺寸约束加以控制和关联。
参数化设计适合于设计对象的结构方案比较稳定，有可能用一组不很庞大的参数集约束所有零部件的尺寸关系。这种参数的求解比较简单，与设计对象的控制尺寸有明显对应关系，设计的结果将实现这些参数下的尺寸驱动，机械设计中常用的标准件就是这一类型的典型。变量化设计适合于设计结构方案需要相对更大的自由度，要通过求解一组“约束方程”来确定零部件的尺寸和形状。这些约束方程可以是几何关系，也可以是工程计算条件。设计结果将实现这些约束方程下的尺寸和形状驱动。
2 参数化模型及二维框架的建立
钻机底架由几十个零部件组成，这些零部件都可以利用Autodesk Inventor在计算机上进行三维实体建模，全部实现参数驱动和变量化，其中拉杆旋转轴组件和立杆旋转轴组件除了尺寸不同外，结构完全一样，因此在设计过程中只要建立好某一个部件的三维实体模型，通过改变Excel表格里面的参数值，就可以得到另外一个部件的三维实体模型。系统的零部件建模过程及思路如图1所示。
图1 零部件建模流程图
2.1 建立参数表
分析两部件的结构和尺寸关系，建立如图2所示的参数表。参数表采用Excel表格建立。
图2 参数表
2.2 建立二维框架零件
启动Inventor零件模板，在新建的零件模型中通过参数链接的方式，将Excel参数表关联到零件模型参数表中，为了方便与其他零件参数进行交流或关联，将参数对话框中的注释栏前打上√，如图3所示。在零件环境中绘制图4所示草图，标注尺寸时以参数的表达式形式来赋值，完成草图后保存零件为二维框架，在一个二维框架零件里面可以建立多个框架草图。
图3 参数表链接
图4 二维框架草图
2.3 零件模型的建立
新建零件，通过衍生零部件的方法将二维框架衍生到该零件中，衍生二维框架时，选中需要的用户参数、草图等特征，如图5所示。利用拉伸、旋转、镜像、倒角等特征即可得到所需要的三维参数化旋转轴零件，需要变化的尺寸采用用户参数或表达式来赋值，使用同样的方法建立抱箍座的参数化模型。
图5 衍生零件
2.4 部件模型建立
新建部件，将二维框架添加到部件中作为固定的参考零件，由于只有草图，所以不计入重量，不影响其他的建模，将旋转轴和抱箍座添加到部件中，让其原始坐标系三平面分别与二维框架原始坐标系三平面平齐，将得到旋转轴组件，如图6所示。
图6 旋转轴组件
3 参数化获得新模型
通过改变Excel表格里面的参数值，就可以获得不同尺寸的新模型，图7所示为同形状不同大小模型的比较。
图7 参数化模型比较
4 结束语
应用基于二维框架的Inventor三维参数化进行设计，易于同结构不同大小零部件几何形状的控制和修改。在计算机上从三维开始，实现全部的设计过程，提高可视化程度，三维参数化设计能准确反映设计者的思想，给产品机构的运动设计带来很大的方便，还易于进行多方案的比较，也容易检查设计错误，这样不仅提高了设计效率和设计质量，也缩短了设计周期。Inventor软件中二维和三维的关联，使得设计过程中二维视图随着三维参数的变化面变化，这给二维工程图的处理带来很大的便利。本文所提供的设计思路对于其他机械零部件设计，具有很好的参考价值。
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