軸類零件CAD實(shí)體造型方法與技巧

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摘要：對(duì)于工程上較為復(fù)雜的零件，利用cad軟件對(duì)其進(jìn)行實(shí)體造型，有利于直觀、清晰地研究其結(jié)構(gòu)，化解繪圖、讀圖中的難點(diǎn)。因此，以輸出軸為例，探討了軸類零件CAD實(shí)體造型的方法與技巧，以提高三維造型的效率。

關(guān)鍵詞：軸類零件；CAD；實(shí)體造型；方法；技巧

科技的發(fā)展帶給計(jì)算機(jī)技術(shù)更大的進(jìn)步[1]，CAD技術(shù)已在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和圖形繪制中廣泛應(yīng)用。在三維CAD技術(shù)中，直觀與立體是比較顯著的特征，被機(jī)械設(shè)計(jì)建模廣泛使用[2]。利用其對(duì)零件進(jìn)行三維造型，可直觀展現(xiàn)零件的空間結(jié)構(gòu)。軸類零件是機(jī)械零件中的關(guān)鍵零件之一，主要結(jié)構(gòu)是具有公共回轉(zhuǎn)軸線的回轉(zhuǎn)面，其上有鍵槽、螺紋和孔等。為了提高繪圖與設(shè)計(jì)效率，以某輸出軸的造型過程為例，探討利用CAD軟件對(duì)軸類零件進(jìn)行實(shí)體造型的方法與技巧。

1分析軸的零件圖

本例的輸出軸零件圖包括1個(gè)表達(dá)主要結(jié)構(gòu)的主視圖和3個(gè)表達(dá)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的移出斷面圖，如圖1所示。它的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主體為具有公共軸線的回轉(zhuǎn)體，其上有2個(gè)鍵槽，1個(gè)圓柱形通孔，1個(gè)矩形凹槽，另外還有3個(gè)退刀槽和2處倒角。

2創(chuàng)建軸的三維實(shí)體

通過分析確定對(duì)輸出軸三維造型的思路是先生成軸的主體部分，再完善細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。軸的主體利用旋轉(zhuǎn)命令由面繞著軸線回轉(zhuǎn)而成。對(duì)于鍵槽和凹槽等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，可以利用按住并拖動(dòng)、拉伸或建模命令創(chuàng)建出小的實(shí)體，然后移動(dòng)至軸上的正確位置。最后，運(yùn)用布爾交集運(yùn)算挖切而成。

2.1繪制軸的外輪廓

在二維視圖中繪制軸線及其一側(cè)外輪廓組成的多邊形，如圖2所示。此例中的圖線可以用直線或者多段線來繪制。繪制時(shí)要注意：一是此多邊形為閉合的，不能有缺口或者多余的圖線，否則后續(xù)無法成功定義面域；二是最好繪制出軸上的倒角結(jié)構(gòu)，這樣可以免去在主體創(chuàng)建后進(jìn)行三維倒角的操作，提高造型速度。

2.2生成軸的主體結(jié)構(gòu)

2.2.1設(shè)置三維繪圖環(huán)境為了便于全方位觀察立體，要調(diào)出三維造型所用工具欄，創(chuàng)建三維造型環(huán)境。點(diǎn)擊“視圖”工具欄中的按鈕，設(shè)置當(dāng)前視圖為西南等軸測(cè)視圖。

2.2.2創(chuàng)建面域點(diǎn)擊“面域”命令，命令行提示“選擇對(duì)象”后選中如圖2所示的所有圖線，而后命令行提示“已創(chuàng)建一個(gè)面域”，則定義面域成功。利用“視覺樣式”工具欄中的按鈕，可以查看其更加真實(shí)的狀態(tài)，已完成的面域a如圖3所示。

2.2.3生成實(shí)體點(diǎn)擊“建?！敝械男D(zhuǎn)命令，拾取已定義好的面域?yàn)樾D(zhuǎn)對(duì)象，指定A、B為旋轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)端點(diǎn)，角度選擇默認(rèn)的360°完成主體的造型，如圖3實(shí)體a’所示。

2.3創(chuàng)建槽和孔的挖切實(shí)體

2.3.1繪制槽的輪廓點(diǎn)擊視圖工具欄上的“俯視”按鈕切換至二維繪圖狀態(tài)。繪制或者從已有零件圖中選取并修改完成如圖4所示槽的輪廓圖形。其中：區(qū)域b的總長(zhǎng)為16mm，圓弧直徑為5mm；區(qū)域c的總長(zhǎng)為16，圓弧直徑為6mm；區(qū)域d的矩形長(zhǎng)度為12mm，寬度為4mm。

2.3.2創(chuàng)建挖切實(shí)體如圖4所示，這3個(gè)輪廓都是封閉圖形，在三維繪圖狀態(tài)可以利用“按住并拖動(dòng)”命令創(chuàng)建實(shí)體，實(shí)體的高度尺寸取決于槽所在的圓柱體直徑和槽深尺寸。區(qū)域b向上拉伸3mm，創(chuàng)建為實(shí)體b’；區(qū)域c向上拉伸3mm，創(chuàng)建為實(shí)體c’；區(qū)域d向上拉伸等直徑長(zhǎng)20mm，創(chuàng)建為實(shí)體d’；點(diǎn)擊“建?！惫ぞ邫谥械摹皥A柱體”命令，創(chuàng)建半徑為3mm、高度為20mm的圓柱實(shí)體e’。至此，4個(gè)要挖切的小實(shí)體創(chuàng)建完成，如圖5所示。

2.4生成軸的實(shí)體

2.4.1移動(dòng)挖切實(shí)體至正確位置分析零件圖可知，實(shí)體b’、c’、d’在軸主體上的方向是一致的，而實(shí)體e’與它們有90°的旋轉(zhuǎn)角度，所以先移動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單的前3個(gè)實(shí)體。拾取實(shí)體b’的中點(diǎn)1移動(dòng)至軸主體的象限點(diǎn)1處，再運(yùn)用“移動(dòng)”命令，沿X軸向負(fù)方向移動(dòng)16mm；拾取實(shí)體c’的中點(diǎn)2移動(dòng)至軸主體的象限點(diǎn)2處，再沿X軸向負(fù)方向移動(dòng)14mm；拾取實(shí)體d’的中點(diǎn)3移動(dòng)至軸主體右端¢20的象限點(diǎn)3處，沿X軸向正方向移動(dòng)1mm。至此，前3個(gè)實(shí)體都完成移動(dòng)。下面移動(dòng)小圓柱實(shí)體。由于小圓孔軸線的方向與鍵槽的方向有90°的夾角，所以對(duì)小圓柱要先旋轉(zhuǎn)至正確方向再移動(dòng)。運(yùn)用“三維旋轉(zhuǎn)”命令，以小圓柱的底圓圓心為基點(diǎn)，繞X軸旋轉(zhuǎn)90°，然后運(yùn)用“移動(dòng)”命令拾取小圓柱的圓心O移動(dòng)至象限點(diǎn)4處。拾取圓心O沿X軸向正方向移動(dòng)20mm，這樣4個(gè)小的實(shí)體均移動(dòng)至軸主體的正確位置上。

2.4.2進(jìn)行布爾運(yùn)算完成軸的實(shí)體點(diǎn)擊“建?！惫ぞ邫诘摹安罴泵?，先選取軸的主體，再依次選取4個(gè)小實(shí)體完成軸的造型，如圖6所示。

3繪圖技巧與注意問題

在造型的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)體創(chuàng)建的方法不唯一，容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作也較多。只有熟練掌握各工具及命令的使用，才能選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)造型過程，從而快速準(zhǔn)確地完成設(shè)計(jì)。結(jié)合本文實(shí)例，有以下幾處需要特別注意。

3.1創(chuàng)建軸的主體結(jié)構(gòu)

可以先對(duì)軸的各段基本體建模，然后移動(dòng)至相對(duì)正確的位置并集完成，也可以利用旋轉(zhuǎn)命令生成實(shí)體的方法完成，其中后者的繪圖效率更高。（4）磨損問題。雖然已經(jīng)采取了諸多措施，但在工作中鍋爐所受的磨損仍然很大，而受熱面的磨損會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的工作狀態(tài)。（5）對(duì)一些輔助設(shè)備有著較高的要求。（6）低污染燃燒問題。對(duì)于脫硫劑的利用方面和最合適的脫硫溫度等方面都有待深入研究。

3.2封閉圖形的繪制

在繪制后續(xù)用來旋轉(zhuǎn)生成實(shí)體的封閉圖形時(shí)，可以用多段線命令繪制。這樣不必定義面域，直接可旋轉(zhuǎn)為實(shí)體。若是已有繪制好的二維零件圖，則可以在二維視圖中關(guān)閉不需要的圖層，只保留粗實(shí)線與點(diǎn)畫線，然后復(fù)制粘貼至新建的文件中修改得到。這種情況下要尤其注意定義面域提示成功后方能旋轉(zhuǎn)實(shí)體，否則生成的是空心的外殼，后續(xù)無法進(jìn)行布爾運(yùn)算。

3.3局部挖切實(shí)體的造型

例如，挖切鍵槽的實(shí)體。一是可以利用2個(gè)圓柱體和1個(gè)長(zhǎng)方體并集生成；二是可以直接用在封閉圖形上利用“按住并拖動(dòng)”命令直接生成，也可以先把封閉圖形定義成面域，然后利用“建模”工具欄的“拉伸”命令完成。

3.4實(shí)體的移動(dòng)

移動(dòng)小實(shí)體至目標(biāo)位置時(shí)，可以先移動(dòng)至目標(biāo)位置附近的象限點(diǎn)，再沿坐標(biāo)軸移動(dòng)至正確位置，也可利用畫輔助線來完成。例如，在移動(dòng)最左邊挖切鍵槽實(shí)體時(shí)，先以象限點(diǎn)1為起始點(diǎn)，沿X軸負(fù)方向繪制16mm長(zhǎng)的直線，然后拾取實(shí)體b’的中點(diǎn)1移動(dòng)至此直線的左端點(diǎn)處，即完成移動(dòng)。

3.5特殊點(diǎn)的拾取

在捕捉目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，如果是處于概念視覺樣式，往往會(huì)誤選附近的特殊點(diǎn)，那么就會(huì)導(dǎo)致造型錯(cuò)誤。若設(shè)置視覺樣式為三維線框，實(shí)體的主要輪廓都可見，則可以避免此類問題的產(chǎn)生。同時(shí)，利用動(dòng)態(tài)觀察命令調(diào)整實(shí)體的觀察角度，也有助于快速準(zhǔn)確找到目標(biāo)點(diǎn)。

3.6軸的著色與渲染

軸的實(shí)體創(chuàng)建成功后，可以繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行著色或渲染，以使實(shí)體更加具有真實(shí)感與形象感。

4結(jié)語

通過CAD制圖技術(shù)的應(yīng)用可以大大節(jié)省設(shè)計(jì)人員的工作量，使設(shè)計(jì)內(nèi)容更加生動(dòng)、形象地展現(xiàn)出來[3]。三維CAD技術(shù)有效提升了機(jī)械設(shè)計(jì)水平，加快了智能化工業(yè)發(fā)展[4]。在利用CAD創(chuàng)建軸類零件的實(shí)體時(shí)往往有多種方法，要學(xué)會(huì)分析零件圖，構(gòu)思軸的結(jié)構(gòu)形狀，先完成軸的主體結(jié)構(gòu)，再剖析細(xì)節(jié)，從而完善具體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱萬鶴.三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020，（6）：230-231.

[3]孫曉紅.CAD三維制圖技術(shù)的應(yīng)用與效果分析[J].機(jī)械管理開發(fā)，2019，（9）：273-274.

[4]趙小剛.機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用策略探析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020，（4）：197，203.

作者：于淑靜 韓加好 單位：連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院