探討如何利用CAXA制造工程師的螺紋線公式進(jìn)行螺紋實(shí)體建模

劉 彪

（中山市中等職業(yè)學(xué)校教師，廣東 中山 528447）

CAXA制造工程師是我國(guó)國(guó)產(chǎn)自主開(kāi)發(fā)的一款CAD/CAM自動(dòng)編程軟件，可進(jìn)行工件制造過(guò)程中的3D設(shè)計(jì)、工藝、編程和操作，并且可根據(jù)利用CAXA進(jìn)行數(shù)控加工的后處理。在3D建模螺紋項(xiàng)目時(shí)，因?yàn)樾枰獙?duì)螺紋進(jìn)行參數(shù)化建模，那么就需要對(duì)螺紋公式曲線的系列參數(shù)進(jìn)行理解及梳理。一般的CAXA軟件介紹資料并沒(méi)有系統(tǒng)介紹螺紋公式參數(shù)的具體內(nèi)容及計(jì)算方法，所以學(xué)習(xí)者在需要3D建模螺紋時(shí)會(huì)感到非常棘手。本文從螺紋螺旋線的形成、螺紋的基本參數(shù)及螺紋公式著手，重點(diǎn)講解螺紋公式曲線主要的參數(shù)意義及一般的計(jì)算方法，使螺紋三維建模過(guò)程更加清晰、簡(jiǎn)單，并很好地利于推廣學(xué)習(xí)。

1 螺紋螺旋線及螺紋參數(shù)

1.1 螺紋螺旋線

螺紋螺旋線的形成可以看做是直角三角形ABC圍繞圓柱體旋轉(zhuǎn)一周后，斜邊AC在圓柱表面上所形成的曲線。（圖1）在螺紋3D建模時(shí)，螺旋線是螺紋繪制的基本要素，分為右旋及左旋兩種（本文以右旋為例），即旋轉(zhuǎn)時(shí)逆時(shí)針，點(diǎn)的移動(dòng)方向沿Z軸正方向（圖2），或旋轉(zhuǎn)時(shí)順時(shí)針，點(diǎn)的移動(dòng)方向沿Z軸負(fù)方向（左旋反之）。

圖2

圖1

1.2 螺紋參數(shù)（以普通三角螺紋為例）

在對(duì)螺紋3D進(jìn)行建模時(shí)，首先需要根據(jù)螺紋的參數(shù)，在螺旋線的起始點(diǎn)繪制繪制一個(gè)三角螺紋的截面輪廓線（圖3），然后根據(jù)螺紋的螺旋線進(jìn)行導(dǎo)動(dòng)除料。

圖3

三角螺紋的截面輪廓線的繪制則需要根據(jù)三角螺紋的參數(shù)來(lái)進(jìn)行，普通螺紋的牙型及尺寸如圖4所示。

圖4

實(shí)際上，為了讓螺紋有一定的強(qiáng)度和抗沖擊力，并且在中徑部分有足夠的接觸面積，外螺紋牙頂和外螺紋牙底均在H/8處削平，所以我們需要把牙型高度H分為八分，并且最后用到中間的6/8H來(lái)進(jìn)行螺紋截面的繪制，如圖5、圖6。

圖5 —牙型高度H的8等分

圖6 —修剪后的三角形螺紋截面草圖

2 CAXA制造工程師中螺紋實(shí)體建模的一般過(guò)程

2.1 設(shè)置繪制螺旋線前的螺紋公式

2.1.1 螺紋參數(shù)公式

（1）直角坐標(biāo)系法：①外螺紋：x（t）=(r-0.5413*p)*cos(t)；y（t）=(r-0.5413p)*sin(t)；z（t）=p*t/6.28。內(nèi)螺紋公式:x（t）=r*cos(t)；y（t）=r*sin(t)；z（t）=p*t/6.28。②參數(shù)說(shuō)明 ：a、外螺紋外徑為公稱直徑：即2r r=半徑；牙型高度：0.5413*p。b、X為X軸方向，Y為Y軸方向 參變量名：t；精度控制：0.1；起始值為0；終止值=螺紋長(zhǎng)度*6.28/t；p=螺距。

（2）極坐標(biāo)系法：①螺紋方程公式：ρ（t）=r ；Z（t）= P*t/兀；r= r0+ rb*t/兀②參數(shù)說(shuō)明：a、ρ為空間某點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑； r=半徑；t為在XOY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角，（逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)）；P為導(dǎo)程，即螺旋線旋轉(zhuǎn)一周，時(shí)沿軸線的變化量，輸入其值時(shí)，右旋為正，左旋為負(fù)號(hào)。r0為圓柱（圓錐）底面的半徑，rb為螺旋線旋轉(zhuǎn)一周時(shí)半徑的變化量，輸入其值時(shí)，增量為正值，減量為負(fù)值，為“0”時(shí)是圓柱螺旋線，不為“0”時(shí)為圓錐螺旋線。b、參變量名：t ；精度控制：0.1；起始值為0；終止值=螺紋長(zhǎng)度*6.28/t。

2.2 根據(jù)螺紋公式曲線命令繪制螺旋線

在繪制實(shí)際的螺紋曲線時(shí)可以根據(jù)內(nèi)、外螺紋尺寸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并在CAXA制造工程師中的f(x)公式曲線選項(xiàng)中進(jìn)行錄入，繪制。

2.3 繪制螺紋的截面草圖并進(jìn)行導(dǎo)動(dòng)除料，得到相應(yīng)螺紋實(shí)體

（1）繪制螺紋截面草圖的平面圖形。根據(jù)實(shí)際加工圖紙繪制普通螺紋的車刀截面輪廓線并把螺紋的截面線移動(dòng)到加工螺紋的起點(diǎn)處。

（2）利用“導(dǎo)動(dòng)除料”實(shí)體建模功能生成導(dǎo)動(dòng)除料特征，完成螺紋三維實(shí)體建模。

3 螺紋實(shí)體建模造型過(guò)程

下面以螺母內(nèi)螺紋為例（圖7），介紹CAXA制造工程師對(duì)螺紋的建模方法及過(guò)程。圖8為螺紋建模后的螺母實(shí)體。

圖7

圖8

3.1 創(chuàng)建螺母基礎(chǔ)體

（1）繪制草圖截面輪廓。點(diǎn)擊“零件特征樹(shù)”選擇“平面XY”,按F2鍵創(chuàng)建草圖，單擊“正多邊形”工具按鈕繪制正六邊形，設(shè)置為“中心，邊數(shù)（6）”，拾取原點(diǎn)為多邊形中心，選擇“內(nèi)切圓（半徑17，坐標(biāo)0,17）”，生成正六邊形（圖9）。

圖9

圖10

3.2 旋轉(zhuǎn)除料——螺紋外的倒角

（1）在“零件特征樹(shù)”中選擇“平面XZ”,按F2鍵創(chuàng)建草圖，繪制兩個(gè)三角形，按F2鍵退出草圖模式。（如圖11）。

圖11

圖12

圖13

（3）孔口倒角。點(diǎn)擊拾取螺紋上表面作為建立草圖的基準(zhǔn)面，按F2鍵創(chuàng)建草圖。按F5鍵，以XZ平面繪制圓直徑為Φ23.8（20.4+1.7X2）的圓，按鍵退出草圖。單擊“拉伸除料”工具按鈕，設(shè)置拉伸除料對(duì)話框參數(shù)，單擊確定，生成1.7X45°倒角，重復(fù)上述步驟操作，完成另一孔口的倒角。（如圖13）。

（4）螺紋公式的參數(shù)設(shè)置。選擇極坐標(biāo)法進(jìn)行繪制螺紋曲線，參數(shù)設(shè)置（如圖14）。

圖14

圖15

圖16

如圖17

（6）繪制導(dǎo)動(dòng)截面線。根據(jù)三角螺紋的相關(guān)參數(shù)，由圖可知我們需要繪制的導(dǎo)動(dòng)截面圖是一個(gè)等腰三角形，邊長(zhǎng)為1.5mm。利用正多邊形工具繪制正三角形，利用“點(diǎn)工具按鈕里面的“批量點(diǎn)、等分點(diǎn)、段數(shù)（8）”功能對(duì)三角形中線進(jìn)行8等分，并通過(guò)“ 裁剪”工具欄繪制導(dǎo)動(dòng)截面的草圖。將修剪后的截面圖移動(dòng)到導(dǎo)動(dòng)線的起點(diǎn)位置。（如圖16）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以CAXA制造工程師為繪制軟件為載體以繪制螺紋實(shí)體為例，深入詳細(xì)探討了螺紋實(shí)體繪制的基本方法，特別是深入介紹了不同螺紋曲線的固定公式以及具體參數(shù)說(shuō)明，以確保繪圖人員在繪制螺紋實(shí)體時(shí)順利的通過(guò)選擇對(duì)應(yīng)的螺紋曲線公式進(jìn)行參數(shù)的代入設(shè)置，這樣大大便利了初學(xué)者對(duì)螺紋實(shí)體繪制的方法掌握，在實(shí)際的繪圖操作中也起到很好的指引示例作用。