王少欽，姜 耀，魯宇明

(南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院，江西 南昌 330063)

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，三維模型在機(jī)械等諸多產(chǎn)業(yè)中的重要性也逐步提高[1]。模型建立的過程中，對(duì)不同階段的模型需要進(jìn)行不同的特征造型，特征建模就是根據(jù)模型在不同階段的特征建立模型[2]。

常規(guī)機(jī)械零件通常分為軸套類零件、盤蓋類零件、叉架類零件以及箱體類零件，其加工方式也有很大不同，由于幾何特征以及加工方式是三維建模方法的基礎(chǔ)，所以在這幾種零件的三維建模過程中，使用的方法、操作的順序以及建模的思路都各有不同，故對(duì)于零件三維建模的研究十分必要。

1 各類零件建模

1.1 軸套類零件

軸類零件通常為同軸線回轉(zhuǎn)體，通常帶有倒角、圓角、鍵槽、中心孔、螺紋、退刀槽等特征結(jié)構(gòu)，建模過程時(shí)，首先采取旋轉(zhuǎn)或拉伸來完成增材設(shè)計(jì)過程構(gòu)建主體結(jié)構(gòu)，而后再在所建主體結(jié)構(gòu)上對(duì)其特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型[3]。

對(duì)于鍵槽等基于與曲面相切平面構(gòu)建的特征，一般采用構(gòu)建工作平面的方法，在工作平面上繪制草圖，從而完成構(gòu)型工作。

在主體結(jié)構(gòu)建模過程中，通常采取旋轉(zhuǎn)和拉伸2種命令，這2種方式分別相當(dāng)于機(jī)械制造過程中的車削和鑄造，故兩者建模的過程與思路各有不同。

1)采用旋轉(zhuǎn)的建模方式需要先繪制待建工件的回轉(zhuǎn)圖形，確定旋轉(zhuǎn)軸，而后采用旋轉(zhuǎn)命令，完成主體結(jié)構(gòu)的建模，如圖1所示?；剞D(zhuǎn)圖形的繪制過程與工程圖高度契合。旋轉(zhuǎn)法建模的一大優(yōu)點(diǎn)在于便于設(shè)計(jì)，該方法建模同時(shí)可以完成對(duì)錐面、復(fù)雜回轉(zhuǎn)面等特殊形狀進(jìn)行建模。

圖1 使用旋轉(zhuǎn)法對(duì)軸類零件進(jìn)行建模

2)采用拉伸法建模則需要將待建工件分為若干單元，每個(gè)單元繪制其截面草圖，而后拉伸，再在所得實(shí)體端面繪制下一單元草圖后拉伸，如圖2所示，重復(fù)上述步驟至完成主體結(jié)構(gòu)構(gòu)型。在這一過程中，工件被分為了若干單元，故再修改時(shí)，只需要找到需要被修改的單元，而后進(jìn)行操作即可。拉伸法建模方式的一大優(yōu)點(diǎn)便是容錯(cuò)性強(qiáng)。

圖2 使用拉伸法對(duì)軸類零件進(jìn)行建模

1.2 盤蓋類零件

盤蓋類零件常由回轉(zhuǎn)體組成，軸向尺寸小，徑向尺寸大，一般有一個(gè)與其他零件聯(lián)結(jié)的重要接觸面，也有與殼體仿形的薄板狀蓋類零件。在實(shí)際加工過程中可依次進(jìn)行零件基準(zhǔn)面、外輪廓、凹槽、孔的加工，為保證零件加工質(zhì)量，在加工過程中應(yīng)最大程度滿足基準(zhǔn)重合的要求[4]。

1)對(duì)與由回轉(zhuǎn)體構(gòu)成的盤蓋，其建模過程與方法與軸套類零件基本一致。本類零件常帶有加強(qiáng)筋(肋)板結(jié)構(gòu)，在建模時(shí)，采取優(yōu)先增材過程，即完成主體結(jié)構(gòu)過程后對(duì)加強(qiáng)筋(肋)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。由于該類零件的加強(qiáng)筋(肋)板通常需要在平面與曲面之間構(gòu)建，故對(duì)于該類加強(qiáng)筋采用只繪制加強(qiáng)筋(肋)板的斜邊部分輪廓，依靠軟件自身算法，完成加強(qiáng)筋在曲面上的過渡。

2)對(duì)于薄板類零件以及與其零件聯(lián)結(jié)的接觸面在構(gòu)型過程中，可以采取在裝配過程中完成建模，即先完成與該零件配套的零件，再通過投影配合面的特征圖形，從而簡化設(shè)計(jì)和建模過程。

1.3 叉架類零件

叉架類零件常出現(xiàn)在部件的控制和支撐單元，其主要起支承和連接作用。在加工過程中，一般使用精銑以及鑄造工藝，其中，具有半圓孔特征的叉架類零件，可以將其毛坯連在一起鑄造[5]，如圖3所示。

圖3 對(duì)于有半圓孔的叉架類零件進(jìn)行同時(shí)加工

在建模過程中，以其裝配基準(zhǔn)作為建?；鶞?zhǔn)，這些特征通常為孔或平面，故在叉架類零件建模的過程中首先對(duì)于主體定位結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。對(duì)于有半圓孔特征的叉架類零件，可以將要建模的2個(gè)零件同時(shí)建模，而后使用工作平面作為分割工具進(jìn)行分割，同時(shí)完成對(duì)于2個(gè)零件的造型，如圖4所示。

圖4 使用工作平面作為分割工具完成叉架類零件建模

1.4 箱體類零件

箱體類零件起支承和包容其他零件的作用，常有較大的內(nèi)腔、軸承孔、肋等結(jié)構(gòu)；還有安裝孔、安裝平面、螺孔、凸臺(tái)、銷孔、注油孔、排油孔、各種油槽等特征結(jié)構(gòu)[6]。

在箱體類零件建模的過程中，通常在完成總體結(jié)構(gòu)構(gòu)型的基礎(chǔ)上，使用抽殼、拉伸等命令完成內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)的構(gòu)型，后對(duì)加強(qiáng)筋(肋)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，最后在完成基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)型后，對(duì)孔、倒角、圓角等結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，如圖5所示。

圖5 渦輪減速器箱體

2 結(jié)論

本文基于Autodesk Inventor軟件，對(duì)軸套類零件、盤蓋類零件、叉架類零件以及箱體類零件的建模特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，現(xiàn)對(duì)于一般零件建模方法總結(jié)如下。

1)零件的建模應(yīng)該先總體再細(xì)節(jié)，首先對(duì)于主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行造型，完成后再對(duì)細(xì)節(jié)特征進(jìn)行處理。

2)建模時(shí)應(yīng)確定零件的基準(zhǔn)，包括裝配基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)以及加工基準(zhǔn)等，以這些基準(zhǔn)作為建立模型時(shí)的幾何基準(zhǔn)進(jìn)行建模。

3)建模的過程要尊重零件實(shí)際加工的工序。