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)
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。
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
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。
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
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
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。