面向傾斜類零件的快速建模技術與實現(xiàn)

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

黃建波黃海英劉東升李國璋來源:萬方數(shù)據(jù)
關鍵字:雙斜結構特征建模定位圖解計算

探討具有傾斜結構零件的特征分類和建模方法,從零件建模的角度,結合零件的視圖和尺寸分析,指出傾斜結構零件建模的關鍵性問題,總結傾斜要素在建模時采用的定位方法,可為設計人員在具有特征造型功能的三維設計平臺上,進行復雜傾斜零件的特征建模提供通用和有效的方法。

0引言

隨著計算機輔助技術CAX的發(fā)展,CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)應運而生。從產(chǎn)品構思、設計、制造、裝配到形成產(chǎn)品,均運用數(shù)字化模型來描述產(chǎn)品,集成的核心是數(shù)字化產(chǎn)品建模,因此幾何模型是CAD/CAPP/CAM集成的基礎?；谔卣鞯漠a(chǎn)品建模技術是數(shù)字化產(chǎn)品建模的關鍵性技術,特征的引用自接體現(xiàn)了設計意圖,使得建立的產(chǎn)品模型更容易為人理解和組織生產(chǎn)。目前流行的proe,UG,CATIA,SolidWorks等商品化三維設計CAD軟件,提供了豐富的實體和曲面等通用特征造型手段。即使這樣,面對產(chǎn)品中大量帶有傾斜結構的零件,在三維建模時,設計人員仍感到困難和不便。究其原因,一是傾斜結構不能夠自接通過CAD系統(tǒng)平臺提供的通用特征造型功能來造型;二是不清楚通用特征造型功能之間的聯(lián)系,制定不出模型的成型規(guī)劃(設計思路);三是缺乏必要的解決空間幾何問題能力,特別是缺乏通過投影和尺寸分析進行傾斜要素的定位和度量(圖解計算)的能力。本文旨在分析研究傾斜結構零件的分類力-法以及建模的共性問題,以期找出解決此類零件建模的各種途徑,并為設計人員進行特征建模提供通用和有效的辦法。

    1傾斜零件結構特點和分類

在零件上加工傾斜結構或斜面,往往需要將工件或刀具轉動,以適合工件的加工要求,若裝在夾具上加工,則夾具的定位面的角度,一般不在工件的零件圖上直接注出,而需要根據(jù)工件圖上的有關尺寸進行圖解計算。零件的傾斜結構一般采用向視圖表達,結構尺寸標注在反映其真形的視圖上,這是零件傾斜結構的尺寸標注的一大特點。

基于建模的考慮,根據(jù)傾斜零件的結構特點,提出面向建模的傾斜零件特征分類方法,主要分為基體特征(添料)和切割特征(除料)兩個大類。對于零件上傾斜要素,根據(jù)其與零件上能夠確定位的已知表面的相對位置,分為單斜、雙斜要素。單斜要素垂直于零件上某一已知表面,雙斜要素傾斜零件上的所有已知表面,具體分類如圖1所示。按此分類方法,圖2和圖3分別不出了傾斜零件的圖例。

面向傾斜類零件的快速建模技術與實現(xiàn)cfd培訓教程圖片1

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    2傾斜零件建模技術和方法

    2.1建模要求

在具有特征造型功能的數(shù)字化產(chǎn)品設計平臺中,三維實體模型主要有草圖特征和應用特征兩種方式通過某種造形功能生成。絕大多數(shù)特征,尤其是傾斜結構是通過創(chuàng)建于平面上的草圖以拉伸切除、旋轉切除等造型生成?；诓輬D的拉伸切除造型要求拉伸或切除的力方向,必須與生成其特征的草圖平面垂直,本文所討論的傾斜結構一般為雙斜要素,不能直接確定繪制特征草圖的平面,這正是復雜的傾斜結構特征造型的困難之所在。

2. 2關鍵問題分析

在如圖2所示零件上的雙斜圓筒,孔的軸線為雙斜線(即一般位置直線),它傾斜于各基準面,必須在垂直于其軸線的平面上繪制草圖,通過拉伸切除來造型,或在通過軸線的平面上以軸線為回轉軸繪制特征草圖,采用旋轉切除的方式造型。

    2.3雙斜要素的尺寸標注及定位方法

常見雙斜要素的尺寸標注形式如圖3,圖4所示

面向傾斜類零件的快速建模技術與實現(xiàn)cfd多物理場耦合相關圖片3

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解決空問斜面(斜線)的定位、度量及實形問題,可以采用圖解法(畫法幾何方法),也可以采用解析法(例如坐標變換法、矢量.計算方法等)。從計算機圖形學出發(fā),在CAD系統(tǒng)中,采用解析法更合理;若僅從建模的角度考慮,采用圖解法則較為方便。

根據(jù)零件上雙斜結構的特點,結合對零件的視圖和尺寸分析,雙斜要素的定位常用以下方式。

1)雙斜直線的定位方式(1)由該直線上的兩個端點定位;(2)由該直線上一點及該直線的方向定位;(3)由通過該直線的兩個平面相交平面定位。

2)雙斜平面的定位方式(1)由一直線及直線外一點定位,如圖4所示。(2)由平面上一點及該平面的法線定位;(3)由平面上的一直線及該平面對投影面的傾角定位,如圖4中的面P。

建模時具體采用哪種定位方式,要視雙斜要素的尺寸標注情況而定。例如,通過對圖4所示的零件的視圖及尺寸標注分析知道,雙斜面P可由直線ab(由尺寸40,50和75°定位)及點O(由尺寸22,25和30定位)確定,采用的是雙斜平面的第(1)種定位方式。

    3建模實例

對于圖2所示軸承座建模,涉及到雙斜圓筒軸線和其草圖平面的定位。要確定草圖平面位置,必須首先確定雙斜圓筒軸線的位置,因此雙斜圓筒軸線的定位是建模的關鍵和難點。以下是在SolidWorks系統(tǒng)平臺上完成的建模過程,如圖5所示。

1)按照所給尺寸,創(chuàng)建底板模型。
2)在底板前、后對稱面上繪制草圖,定位單斜圓筒軸線及雙斜圓筒軸線在其上的投影位置。
3)過單斜圓筒軸線已知端點,作出與其垂直的基準面1;在此基準面上,以軸線已知端點為圓心,繪制單斜圓筒的特征草圖(同心圓),用拉神特征功能創(chuàng)建單斜圓筒。
4)創(chuàng)建支撐板和筋板。
5)在底板的底面上繪制草圖,作出雙斜圓筒軸線的水平投影。
6)過雙斜圓筒軸線的水平投影,作垂直于底板的底面的基準面2;并在此確定基準面上繪制出雙斜圓筒軸線的空間位置。
7)過雙斜圓筒軸線已知端點,作出與其垂直的基準面3;在此基準面上,以軸線已知端點為圓心,繪制雙斜圓筒的特征草圖(同心圓),并用拉伸特征功能創(chuàng)建單斜圓筒。
8)創(chuàng)建其他特征,完成建模。