羅光漢

本文針對安全閥頂蓋鑄件中的加強筋與支撐臂頂面相切于融接表面的設(shè)計問題，分析平行于加強筋側(cè)面的頂面邊線截面草圖，添加相切表面的截交線等作為參照幾何，完成相切于參照幾何的截面草圖的繪制。通過運用PTC Creo可變截面掃描功能，成功實現(xiàn)安全閥頇蓋中的加強筋與支撐臂的頂面相切造型。其設(shè)計理念清晰，操作方便、快捷，為相似結(jié)構(gòu)的筋板等的設(shè)計提供了一定的參考。

一、引言

圖1所示為全啟式安全閥的頂蓋鑄件，其主要幾何結(jié)構(gòu)為φ105mm×219mm、壁厚為8.5mm的旋轉(zhuǎn)殼體，φ30mm×32mm圓柱凸耳及寬度為12mm的上下分布的2個加強筋，2個對稱幾何結(jié)構(gòu)的三角形支撐臂。殼體上設(shè)計有對稱分布的矩形窗口，用于手動起跳安全閥（固定于凸耳軸孔的手動控制柄與矩形窗口的上下表面接觸）。其中，2個加強筋的頂面分別與圓柱凸耳表面相切，且上側(cè)的加強筋頂面還相切于殼體頂部R15的過渡圓角表面。2個對稱的支撐臂與上側(cè)的加強筋類似，三角形支撐臂的頂面相切于φ40圓柱表面，以R8圓角光滑過渡至殼體底面邊線，通過對加強筋等頂面與融接表面的相切設(shè)計，有利于其邊線的倒圓角和鑄件表面的成型質(zhì)量。

在完成了頂蓋零件的殼體旋轉(zhuǎn)體造型后，運用PTC Creo軟件中的“輪廓筋”功能顯然是難以同時滿足加強筋頂面與2個融接表面的相切設(shè)計。以平行于加強筋側(cè)面的平面作為草繪平面，分別選取圓柱凸耳表面的截交線和殼體頂部R15圓角表面作為參照，再創(chuàng)建相切于2個參照幾何的直線草圖，這樣不同偏距的草繪平面中的直線均可實現(xiàn)與參照幾何的相切，其軌跡即為加強筋頂面與草繪平面的交線，同時切點位置也隨之變化，所繪制的截面草圖即為掃描截面。為快速實現(xiàn)加強筋與支撐臂的頂面相切設(shè)計問題提供了新的解決方案。運用Creo可變截面掃描技術(shù)完成加強筋與支撐臂的建模，使其頂面與2個融接表面相切，很好地滿足頂蓋零件的設(shè)計要求。

二、加強筋的造型設(shè)計

1.創(chuàng)建圓柱凸耳

以FRONT基準(zhǔn)平面作為草繪平面，創(chuàng)建圖2中的殼體一側(cè)的圓柱凸耳對稱拉伸造型，其盲孔尺寸為32mm，截面圓直徑為30mm，圓心對坐標(biāo)系的定位尺寸分別為65mm與105mm。其中，因殼體中的相關(guān)邊線與圓柱凸耳的表面將分別作為可變截面掃描的原點軌跡和參照幾何，為避免掃描進程中的截面參照缺失，圓柱凸耳特征中的草繪平面應(yīng)不同于殼體旋轉(zhuǎn)特征中的草繪平面（RIGHT基準(zhǔn)平面）。

2.創(chuàng)建加強筋

（1）單擊“可變截面掃描”按鈕，選取凸耳一側(cè)的R15過渡圓角表面位于殼體側(cè)面的邊線作為原點軌跡，修改其端點引線處的數(shù)值分別為“-74”，以使縮短后的軌跡曲線鏈與圓柱凸耳的長度相當(dāng)，再以“垂直于投影”作為截面控制方式，并選取坐標(biāo)系的y軸或A-1基準(zhǔn)軸或TOP基準(zhǔn)平面作為投影方向。進入草繪界面，打開“參照”對話框，直接選取過渡圓角表面的邊線作為參照，再單擊對話框中的“剖面”按鈕，以“目的曲面”方式選取凸耳的圓柱表面作為參照，開放截面草圖，結(jié)果如圖3所示。其中，上側(cè)的斜線分別相切于過渡圓角表面與凸耳圓柱表面的參照幾何，下側(cè)斜線的上端點與凸耳圓柱表面的參照幾何相切，其下端點位于動態(tài)坐標(biāo)系的豎直中心線上并標(biāo)注定位尺寸20mm，圓柱凸耳參照幾何上的兩斜線的端點之間以直線進行連接。最后，單擊操控板上“掃描為實體”按鈕，再單擊中鍵完成2個加強筋基本形體的可變截面掃描造型，其結(jié)果如圖4所示。

在可變截面掃描的創(chuàng)建過程中，通過打開操控板中的“相切”選項卡，切換“參照”下拉列表中的“側(cè)1”與“側(cè)2”，掃描曲面的相切約束缺省條件分別為參照幾何的曲面。此外，掃描軌跡在圓柱凸耳表面上的邊線是一條曲面曲線，而R15過渡圓角表面上的邊線也并不是一條截面圓弧曲線。

（2）以偏移FRONT基準(zhǔn)平面6mm的正反向平面作為替換平面，分別完成可變截面掃描特征2個端面的替換，實現(xiàn)2個加強筋的造型設(shè)計，其結(jié)果如圖5所示。

（3）分別完成圖6所示的2個加強筋側(cè)面角度為6°的拔模設(shè)計，以加強筋頂面中的2條側(cè)邊線和2條相貫線作為各自的拔模樞軸，并選取RIGHT基準(zhǔn)平面作為拔模方向，再調(diào)整拔模方向使其為增加材料。在上述的2次拔模操作中，應(yīng)對其中之一的拔模側(cè)面進行“選項”設(shè)置，即激活“排除環(huán)”收集器，選取另一加強筋中的2個側(cè)面使其不作為拔模面。

（4）完成加強筋及其相關(guān)邊線的倒圓角，其結(jié)果如圖7所示。其中，以“目的邊”選取方式完成圓柱凸耳的柱面與殼體表面之間的尺寸為“15”的倒圓角，完成圓柱凸耳下方加強筋與頂蓋殼體表面交線的尺寸為“15”的倒圓角，完成圓柱凸耳的端面與殼體表面之間的尺寸為“5”的倒圓角，完成加強筋側(cè)面所有邊線的尺寸為“3”的倒圓角。

三、頂蓋支撐臂的造型設(shè)計

1.創(chuàng)建前側(cè)支撐臂造型

（1）以FRONT基準(zhǔn)平面作為草繪平面，創(chuàng)建圖8所示的前側(cè)支撐臂中與銷孔同心的φ40mm×75mm圓柱拉伸造型，其截面圓的圓心對坐標(biāo)系的定位尺寸分別為85mm與50mm。

（2）單擊“可變截面掃描”按鈕，選取圓柱下方的殼體底部外側(cè)邊線作為原點軌跡，修改其兩端引線處的數(shù)值分別為“-50”（前）、“-84”（后），并切換軌跡曲線鏈的起始方向，再以“垂直于投影”作為截面的控制方式與坐標(biāo)系的軸作為投影方向。進入草繪界面，打開“參照”對話框，單擊“剖面”按鈕，以“目的曲面”方式選取圖8中的圓柱表面作為參照幾何，完成圖9中的閉環(huán)截面草圖的繪制。其中直徑16mm構(gòu)建圓的圓心位于動態(tài)坐標(biāo)系水平軸線的左側(cè)上且圓弧過動態(tài)坐標(biāo)系的原點，斜線分別相切于參照幾何與構(gòu)建圓且延伸到動態(tài)坐標(biāo)系的豎直軸線上。最后，單擊操控板上“掃描為實體”按鈕，再單擊中鍵完成前側(cè)支撐臂中的可變截面掃描造型，其結(jié)果如圖10所示。

（3）完成圖10中的拉伸圓柱與可變截面掃描特征的除料，形成圖11中的厚度為16mm、內(nèi)側(cè)面偏距FRONT基準(zhǔn)平面14mm的支撐臂造型，并完成其內(nèi)側(cè)面中的040mm×5mm凸臺拉伸造型（與圖8中的圓柱同心）。

（4）完成前側(cè)支撐臂中除凸臺表面之外的所有邊線的尺寸為“3”的倒圓角，再完成前側(cè)支撐臂與殼體表面交線的變半徑倒圓角，即支撐臂內(nèi)側(cè)邊線R3圓角表面與殼體表面交線中的4個點的半徑值分別為內(nèi)側(cè)表面上的2個點為“3”、上下表面上的點為“8”，其結(jié)果如圖12所示。

2.后側(cè)支撐臂的造型

以“種子和邊界曲面”選取方式復(fù)制前側(cè)支撐臂外表面（包括變半徑圓角表面），再以FRONT基準(zhǔn)平面作為鏡-像平面完成復(fù)制曲面面組的鏡像（打開操控板中的“選項”選項卡，清除“隱藏原始幾何”復(fù)選框）。然后，完成鏡像的曲面面組的實體化（單擊“實體化”操控板上的“用實體材料填充由面組界定的體積塊”按鈕并確認(rèn)方向指向外側(cè)），實現(xiàn)頂蓋后側(cè)支撐臂的造型，其結(jié)果如圖13所示。

四、頂蓋的加工

以拉伸除料方式，完成頂蓋殼體中的對稱于FRONT基準(zhǔn)平面、與圓柱凸耳端面共面的安裝控制手柄的矩形窗口。其中，窗口高度為55mm，下側(cè)表面距離殼體端面的定位尺寸為72mm。再分別完成圓柱凸耳與2個支撐臂中的φ17mm通孔的加工，并完成加強筋正下方、距離頂蓋下表面12mm的M12×1.5螺紋孔的加工，其結(jié)果如圖l所示。

五、結(jié)論

（1）Creo軟件中的可變截面掃描技術(shù)是將一個截面草圖沿著一條或多條軌跡曲線鏈（平面型或空問型曲線）按照一定的運動方式（軌跡曲線鏈上的法平面方向或指定方向）形成的幾何體（實體或曲面）。由此可見，“可變截面掃描”功能能夠?qū)崿F(xiàn)截面的大小與方向或僅截面的大小或僅截面的方向產(chǎn)生變化的幾何體。原點軌跡既可用于控制截面的移動方向，也可用于控制截面的變化。根據(jù)草繪截面的定向與特征設(shè)計的要求，可變截面掃描的三種截面控制方式分別為垂直于軌跡、垂直于投影與恒定法向，可靈活選擇與設(shè)置。

（2）運用PTC/Creo可變截面掃描特征實現(xiàn)頂蓋中的加強筋與支撐臂的設(shè)計，通過設(shè)置圓柱表面（目的曲面）與草繪平面的剖面截交線作為參照幾何，是實現(xiàn)加強筋等頂面相切設(shè)計中的至關(guān)重要的操作步驟，當(dāng)草繪平面的動態(tài)坐標(biāo)系沿著掃描軌跡曲線鏈移動時，草繪平面上的直線圖元與參照幾何之間始終保持設(shè)定的相切幾何約束關(guān)系。