基于SolidWorks復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件的建模方法

趙 丹

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，甘肅 蘭州 730060)

0 引 言

SolidWorks軟件[1]是一個(gè)基于特征、參數(shù)化、實(shí)體建模的設(shè)計(jì)工具。該軟件采用WindowsTM圖形用戶界面，易學(xué)易用。零件建模是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。如何利用SolidWorks提高建模效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量成為每個(gè)設(shè)計(jì)人員亟待解決的問題。

帶有加工工藝結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(圓角、倒角、起模斜度特征、螺紋特征等)的組合體即是零件。換句話說，將零件去除工藝結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)便得組合體。無論組合體形狀多么復(fù)雜，都可以看成若干基本體素(拉伸體、回轉(zhuǎn)體、掃掠體、放樣體)按照一定的方式疊加而成。因此復(fù)雜零件的建模思路是首先要對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，規(guī)劃特征建模順序，選擇特征視圖，定位草圖平面，繪制草圖后逐個(gè)創(chuàng)建特征。筆者以SolidWorks為建模工具，以礦車輪為例，詳細(xì)闡述零件結(jié)構(gòu)分析和建模簡化過程，并用線段分析法解決復(fù)雜草圖的創(chuàng)建問題。

1 礦車輪的三維建模

礦車輪零件圖如圖1所示。礦車輪的建模需結(jié)構(gòu)分析、規(guī)劃建模順序、特征建模3個(gè)步驟。

1.1 礦車輪的結(jié)構(gòu)分析

零件建模的首要任務(wù)是對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。圖由圖1可知，礦車輪是鑄造件，拔模斜度為1:20，主體為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。礦車輪形體分析的首要任務(wù)是從礦車輪零件圖中分離出回轉(zhuǎn)輪廓?；剞D(zhuǎn)體的輪廓線關(guān)于中心線兩邊對稱是回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。不難看出礦車輪零件主體回轉(zhuǎn)輪廓如圖2(a)所示。接下來分析礦車輪的輔助特征。礦車輪在主體輪廓的基礎(chǔ)上增加5個(gè)輔助特征：第1個(gè)輔助特征就是車輪圓周方向上分布3個(gè)半徑為15的圓柱形凸臺。因?yàn)閳A柱凸臺有1:20拔模斜度，所以圓柱形凸臺實(shí)際是圓錐狀，且上面有3個(gè)M8的螺紋孔，如圖2(b)所示；第2個(gè)輔助特征就是φ30尺寸所指位置的注油孔凸臺，凸臺上加工有M14X1.5的螺紋孔和φ8的注油孔，如圖2(c)所示；第3個(gè)輔助特征是沿車輪圓周方向分布有6個(gè)寬度為15的筋板，如圖2(d)所示；第4個(gè)輔助特征就是沿圓周方向挖除6個(gè)φ40的圓柱，如圖2(e)所示；第5個(gè)輔助特征就是一些圓角結(jié)構(gòu)，如圖2(f)所示。

圖1 礦車輪零件圖

圖2 礦車輪的形體分析

1.2 規(guī)劃建模順序

SolidWorks是基于特征建模軟件。對于復(fù)雜形體，為了更高效、更便捷的建模，建模過程中需遵循兩個(gè)原則：①在建模過程中，應(yīng)按照先主后次，先加后減的順序創(chuàng)建特征；②建模時(shí)要多用特征，少用草圖，也就是盡可能簡化草圖。

按照上述原則，需要將對礦車輪形體分析的得到的各個(gè)特征進(jìn)行分解和重組，才能確定合理的建模順序。圖2中需要分解有3個(gè)：第1個(gè)特征就是圖2(a)中的主體旋轉(zhuǎn)特征，其特征草圖如圖3(a)所示，圖線過多，比較復(fù)雜，添加約束時(shí)容易出現(xiàn)草圖變形、過約束等相關(guān)問題，出問題后不易修改。同一形體可以由不同的構(gòu)型方式形成[1]，如圓柱既是拉伸體，也是回轉(zhuǎn)體。 可將該特征分解簡化為3個(gè)步驟：①創(chuàng)建不帶內(nèi)腔的旋轉(zhuǎn)主體，其草圖特征如圖3(b)所示；②拉伸切除命令創(chuàng)建內(nèi)腔；③添加圓角和倒角。不難看出特征分解以后，旋轉(zhuǎn)主體的特征草圖得到大大簡化；第2個(gè)和第3個(gè)特征分別位于圖2(b)、(c)所示，按照先加后減的建模順序，應(yīng)先創(chuàng)建凸臺，后挖孔。

圖3 旋轉(zhuǎn)主體草圖特征草圖

綜上所述，按照先主后次、先加后減和簡化草圖的原則，礦車輪建模特征順序如圖4(a)～(h)所示。

1.3 復(fù)雜草圖的創(chuàng)建方法

圖4礦車輪的特征建模順序所示的(a)～(h)8個(gè)特征中，圖4(a)的旋轉(zhuǎn)特征的特征草圖最為復(fù)雜，見圖3(b)。雖然該草圖已經(jīng)簡化，依然包含許多圖線。為提高復(fù)雜草圖的創(chuàng)建效率，在草圖創(chuàng)建之前需對特征草圖進(jìn)行線段分析。

平面圖形中的線段[2]按其尺寸是否齊全分為3種：已知線段、中間線段和連接線段。有齊全的定形尺寸和定位尺寸，根據(jù)所給尺寸能夠直接畫出的圓弧或直線，稱為已知線段。只有定形尺寸和1個(gè)定位尺寸，另一個(gè)尺寸只有根據(jù)相鄰已知線段的幾何關(guān)系才能畫出的線段稱為中間線段。只有定形尺寸沒有定位尺寸的線段稱為連接線段。由圖1零件圖可知，圖4(a)的旋轉(zhuǎn)特征的主體輪廓平面圖尺寸標(biāo)注如圖5所示。創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)特征只需要創(chuàng)建圖6所示的特征草圖。圖6特征草圖的線段共15個(gè)。選定標(biāo)記點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)圖5所示尺寸對圖6特征草圖進(jìn)行線段分析，可得：已知線段共10個(gè)，用△符號標(biāo)記；中間線段共1個(gè)，用□標(biāo)記；連接線段有4個(gè)，用◇標(biāo)記。

圖4 礦車輪的特征建模順序

特征草圖中各線段的創(chuàng)建順序是先畫已知線段，再畫中間線段，最后畫連接線段。實(shí)踐證明，將已知線段完全定義以后再創(chuàng)建中間線段和連接線段可有效避免添加約束時(shí)因草圖變形產(chǎn)生的不易修改問題。

圖5 主體輪廓平面圖 圖6 特征草圖的線段分析

2 結(jié) 語

以礦車行走輪為例，詳細(xì)闡述復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件的結(jié)構(gòu)分析、規(guī)劃建模順序、特征建模3個(gè)過程，并用線段分析法解決了復(fù)雜草圖創(chuàng)建過程中因添加約束產(chǎn)生的草圖變形不易修改問題，大大降低了建模難度，提高建模效率。