面向傾斜類零件的快速建模技術(shù)與實現(xiàn)

2013-05-23  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)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(guān)鍵字:雙斜結(jié)構(gòu) 特征建模 定位 圖解計算

探討具有傾斜結(jié)構(gòu)零件的特征分類和建模方法,從零件建模的角度,結(jié)合零件的視圖和尺寸分析,指出傾斜結(jié)構(gòu)零件建模的關(guān)鍵性問題,總結(jié)傾斜要素在建模時采用的定位方法,可為設(shè)計人員在具有特征造型功能的三維設(shè)計平臺上,進行復(fù)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(shù)CAX的發(fā)展,CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)應(yīng)運而生。從產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)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(chǔ)?；谔卣鞯漠a(chǎn)品建模技術(shù)是數(shù)字化產(chǎn)品建模的關(guān)鍵性技術(shù),特征的引用自接體現(xiàn)了設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)的零件,在三維建模時,設(shè)計人員仍感到困難和不便。究其原因,一是傾斜結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)特點和分類
   
在零件上加工傾斜結(jié)構(gòu)或斜面,往往需要將工件或刀具轉(zhuǎn)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(guān)尺寸進行圖解計算。零件的傾斜結(jié)構(gòu)一般采用向視圖表達,結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注在反映其真形的視圖上,這是零件傾斜結(jié)構(gòu)的尺寸標(biāo)注的一大特點。
   
基于建模的考慮,根據(jù)傾斜零件的結(jié)構(gòu)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。
   

    2傾斜零件建模技術(shù)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(shè)計平臺中,三維實體模型主要有草圖特征和應(yīng)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(jié)構(gòu)是通過創(chuàng)建于平面上的草圖以拉伸切除、旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(fù)雜的傾斜結(jié)構(gòu)特征造型的困難之所在。

2. 2關(guān)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(zhǔn)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(zhuǎn)軸繪制特征草圖,采用旋轉(zhuǎn)切除的方式造型。
    
    2.3雙斜要素的尺寸標(biāo)注及定位方法
   
常見雙斜要素的尺寸標(biāo)注形式如圖3,圖4所示
    

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(biāo)變換法、矢量.計算方法等)。從計算機圖形學(xué)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(jié)構(gòu)的特點,結(jié)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(biāo)注情況而定。例如,通過對圖4所示的零件的視圖及尺寸標(biāo)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(guān)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(zhǔn)面1;在此基準(zhǔn)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(zhǔn)面2;并在此確定基準(zhǔn)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(zhǔn)面3;在此基準(zhǔn)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。
   

    4結(jié)語
   
傾斜零件一般比較復(fù)雜,不便于進行結(jié)構(gòu)分析、視圖選擇及尺寸標(biāo)注。同樣,此類零件的造型也就比較難,本文基于傾斜零件的建模問題,給出了構(gòu)形分析以及快速完成三維數(shù)字化建模的方法,具有普遍性和通用性,適用于各種具有特征造型功能的三維設(shè)計CAD平臺中的傾斜零件的造型。

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