任艷霞，高清冉，苗雅麗

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 濟(jì)源 459000)

0 引言

近年來(lái)，由于NX軟件的功能強(qiáng)大，模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)著舉足重輕的地位。同時(shí)，該軟件模具設(shè)計(jì)應(yīng)用也越來(lái)越多樣化。例如，對(duì)給定三維產(chǎn)品中缺失的零件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。對(duì)于這種情況，需要先根據(jù)產(chǎn)品把缺失的零件設(shè)計(jì)好，設(shè)計(jì)好的零件要和現(xiàn)有的零件有配合關(guān)系，然后再對(duì)設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。在職業(yè)教育中，學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目—模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的賽題便是如此，學(xué)生在對(duì)產(chǎn)品缺失的零件設(shè)計(jì)常常無(wú)從下手，這里以2020年賽題為例分析設(shè)計(jì)方法。

1 賽題分析

1.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)電風(fēng)扇不完整產(chǎn)品3D模型，產(chǎn)品部分結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)附圖1，將缺少部分設(shè)計(jì)一個(gè)塑料上蓋，與提供的模型配合，組成一個(gè)完整的產(chǎn)品，該產(chǎn)品整體高度不低于62 mm，數(shù)據(jù)線(xiàn)插頭處需在塑料零件上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)形狀的通孔，滿(mǎn)足實(shí)際使用需要，設(shè)計(jì)定位與固定結(jié)構(gòu)，需要和現(xiàn)場(chǎng)提供模架及各機(jī)構(gòu)位置相匹配，塑件尺寸公差等級(jí)為MT3，符合綠色生產(chǎn)要求。

1.2 賽題分析

根據(jù)競(jìng)賽要求，該產(chǎn)品高度不低于62 mm，又依據(jù)提供的3D模型，測(cè)量風(fēng)扇頂部到下底面的距離為61.775 mm，按鈕頂面到底面的距離是63 mm，產(chǎn)品下殼的厚度是2 mm。在設(shè)計(jì)時(shí)，此產(chǎn)品要滿(mǎn)足按鈕在頂面露出，還要滿(mǎn)足能有足夠的操作行程，所以在按鈕部位產(chǎn)品的總高度設(shè)計(jì)為62 mm。而風(fēng)扇頂面到下低面的距離是61.775 mm，加上需要留置安全距離，因此，在風(fēng)扇頂部的總高度設(shè)計(jì)為66 mm。因此，上蓋的頂面形狀是方形，在中心部位有一個(gè)圓形的突起。

2 建模思路及建模過(guò)程

2.1 建模思路

缺失的上蓋需要和所給的裝配體中部分零件配合，如果這些配合部位利用配合零件進(jìn)行建模，不用測(cè)量尺寸；而且所獲得配合部分的尺寸，會(huì)和配合零件的尺寸一致，更加精確。在本裝配體中與上蓋有配合關(guān)系的零件有：下蓋、螺絲、數(shù)據(jù)線(xiàn)插口、電路板、按鈕等；如圖1所示。在NX軟件的裝配環(huán)境中，可以利用WAVE幾何連接器把其他零件的整體、面、線(xiàn)或者點(diǎn)復(fù)制到當(dāng)前工作部件中，再進(jìn)行布爾運(yùn)算，或者利用復(fù)制過(guò)來(lái)的圖元進(jìn)行簡(jiǎn)單的特征造型，以實(shí)現(xiàn)零件的建模。

圖1 風(fēng)扇的三維及二維模型

2.2 主體建模

一般在比賽中，賽題源文件的格式都是通用格式，即大部分軟件都可以支持的格式，并不是NX軟件默認(rèn)的“.prt”格式，所以在打開(kāi)源文件時(shí)不能直接用鼠標(biāo)雙擊打開(kāi)；而是需要在啟動(dòng)軟件后，點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕進(jìn)行打開(kāi)，點(diǎn)擊打開(kāi)按鈕后，在彈出的對(duì)話(huà)框中文件類(lèi)型選擇所有文件“(*.*)”，然后找到源文件所在路徑，點(diǎn)擊“ok”，就可以打開(kāi)源文件。

打開(kāi)源文件后，在功能選項(xiàng)卡中找到“應(yīng)用模塊”，然后在“應(yīng)用模塊”中找到“裝配”，點(diǎn)擊“裝配”；然后在功能選項(xiàng)卡中會(huì)出現(xiàn)“裝配”，在功能選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊“裝配”，進(jìn)入裝配環(huán)境。然后，在“組件”中點(diǎn)擊“新建”，彈出“新建組件文件”對(duì)話(huà)框，文件名稱(chēng)為“上蓋”，選擇需要的存儲(chǔ)路徑，點(diǎn)擊確定。接著又彈出“新建組件”在該對(duì)話(huà)框中，注意在對(duì)話(huà)框中的選擇對(duì)象不能選擇任何組件，直接點(diǎn)擊確定。流程如圖2所示。

圖2 新建組件流程

此時(shí)，裝配導(dǎo)航器中就會(huì)出現(xiàn)名為“上蓋”的組件，但此時(shí)部件還是空的，沒(méi)有任何特征，需要進(jìn)行建模。在裝配環(huán)境對(duì)部件進(jìn)行建模編輯，需要將該部件設(shè)置為工作部件。設(shè)置工作部件的方法有2種:1)在裝配導(dǎo)航器中找“上蓋”,點(diǎn)擊左鍵選中“上蓋”，點(diǎn)擊右鍵設(shè)為工作部件；2)左鍵選中并雙擊“上蓋”。按照上述方法其中的一種，將“上蓋”設(shè)置為工作部件。設(shè)置成功后，在裝配導(dǎo)航器中可以看到，其他組件都變成灰色，只有設(shè)置成為工作部件的“上蓋”是加亮狀態(tài)；而在繪圖區(qū)域所有零件都是灰色，這是因?yàn)槟壳肮ぷ鞑考](méi)有任何特征，而其他部件都是非工作部件。

雙擊“常規(guī)” 中的“幾何連接器”，彈出WAVE幾何連接器對(duì)話(huà)框，類(lèi)型選擇“復(fù)合曲線(xiàn)”，展開(kāi)最下方的設(shè)置復(fù)選框，這里面需要勾選“關(guān)聯(lián)”，不能勾選“隱藏原先的”(若勾選“隱藏原先的”，被選中圖元就會(huì)被隱藏，會(huì)導(dǎo)致其所在的模型因缺少圖元而報(bào)錯(cuò))，曲線(xiàn)選擇“下蓋”口部最大的邊緣線(xiàn)。最后點(diǎn)擊確定按鈕。流程如圖3。

圖3 用WAVEA幾何鏈接器復(fù)制曲線(xiàn)

用上述步驟中復(fù)制出來(lái)的曲線(xiàn)進(jìn)行拉伸，做“上蓋”的第一個(gè)拉伸特征。拉伸距離設(shè)置為8，這一尺寸依據(jù)是：這一部分能夠容納電路板。如圖4所示。

圖4 第一個(gè)拉伸特征

完成后，在拉伸特征頂部用草圖繪制直線(xiàn)，要求直線(xiàn)能把側(cè)面凸起和主體部分劃分成兩個(gè)區(qū)域，繪制時(shí)用直線(xiàn)命令將兩個(gè)圓弧與平面相切位置的點(diǎn)連接起來(lái)即可，如圖5所示。

圖5 草圖

繼續(xù)用拉伸特征，曲線(xiàn)規(guī)則選用“區(qū)域與邊界”選擇主體區(qū)域進(jìn)行拉伸，拉伸距離設(shè)置為10，完成“上蓋”的第二個(gè)拉伸特征。再將側(cè)面凸起邊緣設(shè)置圓角，圓角半徑為3(根據(jù)測(cè)量下蓋相應(yīng)部位結(jié)果)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 完成第二個(gè)拉伸特征及圓角特征

接著做第三個(gè)拉伸特征。第三個(gè)拉伸特征的草圖是一個(gè)圓，這個(gè)圓要求把產(chǎn)品中的風(fēng)扇圈在圓的內(nèi)部，草圖平面在第二個(gè)拉伸特征頂部。為了便于觀察草圖中的圓和風(fēng)扇的關(guān)系，在進(jìn)入草圖之前，把模型顯示模式設(shè)置為“靜態(tài)線(xiàn)框”，圓的直徑為28時(shí)，能滿(mǎn)足要求，第三個(gè)拉伸特征的草圖完成后的結(jié)果如圖7所示。

圖7 第三個(gè)拉伸特征的草圖

完成草圖后，利用拉伸特征進(jìn)行拉伸，拉伸距離為4，曲線(xiàn)為上述步驟中繪制的圓，偏置設(shè)置為單側(cè)偏置，偏置距離為3，結(jié)果如圖8所示。

圖8 第三拉伸特征的設(shè)置

拉伸完成后，做圓角，再抽殼，厚度設(shè)置為2，移除下低面。至此，完成主體建模，結(jié)果如圖9所示。

圖9 主體完成結(jié)果

2.3 生成并修改配合部分

啟動(dòng)WAVE幾何連接器,類(lèi)型選擇“體”，選擇和上蓋有配合關(guān)系的電路板、四個(gè)螺絲、兩個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)、下蓋等零部件，設(shè)置復(fù)選框中只需勾選“關(guān)聯(lián)”，其余均不勾選，點(diǎn)擊應(yīng)用(操作時(shí)，為了方便選擇，在裝配導(dǎo)航器中，將上蓋前的勾選去掉)。繼續(xù)使用WAVE幾何連接器，類(lèi)型選擇“復(fù)合曲線(xiàn)”，選擇4個(gè)帶螺紋孔圓柱最上端的最大輪廓，設(shè)置復(fù)選框仍然只勾選“關(guān)聯(lián)”，點(diǎn)擊“應(yīng)用”。復(fù)制模型的曲線(xiàn)時(shí)，同時(shí)選取的曲線(xiàn)必須是同一個(gè)零件上的曲線(xiàn)，所以需要繼續(xù)使用兩次WAVE幾何連接器，復(fù)制的按鈕的頂部最大輪廓線(xiàn)，結(jié)果如圖10所示。

圖10 使用WAVA幾何連接器復(fù)制圖元

完成復(fù)制后，利用布爾運(yùn)算，完成側(cè)孔和口部配合槽的設(shè)計(jì)。點(diǎn)擊布爾運(yùn)算中的“減去”，目標(biāo)體選擇“上蓋”，工具體選擇下蓋和兩個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)，設(shè)置復(fù)選框中保存目標(biāo)、保存工具體都不勾選，流程和結(jié)果如圖11所示。

圖11 應(yīng)用布爾運(yùn)算

使用拉伸特征，產(chǎn)生四個(gè)圓柱體，用以成型和螺絲配合的螺紋孔，布爾運(yùn)算選擇求和，和上蓋合并。再利用從兩個(gè)按鈕復(fù)制的曲線(xiàn)，進(jìn)行拉伸，布爾運(yùn)算求差；“體”選擇上蓋，形成和按鈕配合的孔。兩個(gè)按鈕要上下活動(dòng)順暢，因此孔的尺寸進(jìn)行再編輯，需要設(shè)置稍大一些；在這里用同步建模修改孔的直徑，修改孔直徑在同步建模的“更多”里面。展開(kāi)同步建模的“更多”，找到關(guān)聯(lián)中的半徑尺寸，點(diǎn)擊啟動(dòng)命令，彈出對(duì)話(huà)框，對(duì)話(huà)框中面選擇兩個(gè)圓孔的圓柱面，大小選擇直徑，直徑大小設(shè)置為6.2，流程及結(jié)果如圖12。

圖12 同步建?！薷目椎闹睆?/p>

接著再利用布爾運(yùn)算，目標(biāo)體選擇“上蓋”，工具體選擇線(xiàn)路板和四個(gè)螺絲。可以看到圓柱的頂端不是平整的(如圖13)，需要再次進(jìn)行編輯，利用同步建模中“替換面”，點(diǎn)擊替換面，選擇4個(gè)圓柱頂面為待替換面，替換面選擇圓柱頭部最大面[3]，流程及結(jié)果如圖13所示。位于風(fēng)扇正上方的上蓋可以設(shè)計(jì)成鏤空的，利于散熱。

圖13 同步建?！鎿Q面及建模結(jié)果

3 結(jié)論

本文介紹了NX中利用幾何鏈接器復(fù)制產(chǎn)品中現(xiàn)有零件的幾何元素(例如：面、體、復(fù)合曲線(xiàn)面等)進(jìn)行建模的技巧。本文中利用復(fù)制的“復(fù)合曲線(xiàn)”或者“面”主要進(jìn)行拉伸或者旋轉(zhuǎn)等特征建模，保證尺寸的準(zhǔn)確性；利用復(fù)制的“體”進(jìn)行布爾運(yùn)算，保證零件之間的配合精度。