面向倾斜类零件的快速建模技术与实现

2013-05-23 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

黄建波黄海英刘东升李国璋来源:万方数据
关键字:双斜结构特征建模定位图解计算

探讨具有倾斜结构零件的特征分类和建模方法,从零件建模的角度,结合零件的视图和尺寸分析,指出倾斜结构零件建模的关键性问题,总结倾斜要素在建模时采用的定位方法,可为设计人员在具有特征造型功能的三维设计平台上,进行复杂倾斜零件的特征建模提供通用和有效的方法。

0引言

随着计算机辅助技术CAX的发展,CAD/CAPP/CAM集成系统应运而生。从产品构思、设计、制造、装配到形成产品,均运用数字化模型来描述产品,集成的核心是数字化产品建模,因此几何模型是CAD/CAPP/CAM集成的基础。基于特征的产品建模技术是数字化产品建模的关键性技术,特征的引用自接体现了设计意图,使得建立的产品模型更容易为人理解和组织生产。目前流行的proe,UG,CATIA,SolidWorks等商品化三维设计CAD软件,提供了丰富的实体和曲面等通用特征造型手段。即使这样,面对产品中大量带有倾斜结构的零件,在三维建模时,设计人员仍感到困难和不便。究其原因,一是倾斜结构不能够自接通过CAD系统平台提供的通用特征造型功能来造型;二是不清楚通用特征造型功能之间的联系,制定不出模型的成型规划(设计思路);三是缺乏必要的解决空间几何问题能力,特别是缺乏通过投影和尺寸分析进行倾斜要素的定位和度量(图解计算)的能力。本文旨在分析研究倾斜结构零件的分类力-法以及建模的共性问题,以期找出解决此类零件建模的各种途径,并为设计人员进行特征建模提供通用和有效的办法。

    1倾斜零件结构特点和分类

在零件上加工倾斜结构或斜面,往往需要将工件或刀具转动,以适合工件的加工要求,若装在夹具上加工,则夹具的定位面的角度,一般不在工件的零件图上直接注出,而需要根据工件图上的有关尺寸进行图解计算。零件的倾斜结构一般采用向视图表达,结构尺寸标注在反映其真形的视图上,这是零件倾斜结构的尺寸标注的一大特点。

基于建模的考虑,根据倾斜零件的结构特点,提出面向建模的倾斜零件特征分类方法,主要分为基体特征(添料)和切割特征(除料)两个大类。对于零件上倾斜要素,根据其与零件上能够确定位的已知表面的相对位置,分为单斜、双斜要素。单斜要素垂直于零件上某一已知表面,双斜要素倾斜零件上的所有已知表面,具体分类如图1所示。按此分类方法,图2和图3分别不出了倾斜零件的图例。

面向倾斜类零件的快速建模技术与实现cfd培训教程图片1

面向倾斜类零件的快速建模技术与实现cfd培训教程图片2

    2倾斜零件建模技术和方法

    2.1建模要求

在具有特征造型功能的数字化产品设计平台中,三维实体模型主要有草图特征和应用特征两种方式通过某种造形功能生成。绝大多数特征,尤其是倾斜结构是通过创建于平面上的草图以拉伸切除、旋转切除等造型生成。基于草图的拉伸切除造型要求拉伸或切除的力方向,必须与生成其特征的草图平面垂直,本文所讨论的倾斜结构一般为双斜要素,不能直接确定绘制特征草图的平面,这正是复杂的倾斜结构特征造型的困难之所在。

2. 2关键问题分析

在如图2所示零件上的双斜圆筒,孔的轴线为双斜线(即一般位置直线),它倾斜于各基准面,必须在垂直于其轴线的平面上绘制草图,通过拉伸切除来造型,或在通过轴线的平面上以轴线为回转轴绘制特征草图,采用旋转切除的方式造型。

    2.3双斜要素的尺寸标注及定位方法

常见双斜要素的尺寸标注形式如图3,图4所示

面向倾斜类零件的快速建模技术与实现cfd多物理场耦合相关图片3

面向倾斜类零件的快速建模技术与实现cfd多物理场耦合相关图片4

解决空问斜面(斜线)的定位、度量及实形问题,可以采用图解法(画法几何方法),也可以采用解析法(例如坐标变换法、矢量.计算方法等)。从计算机图形学出发,在CAD系统中,采用解析法更合理;若仅从建模的角度考虑,采用图解法则较为方便。

根据零件上双斜结构的特点,结合对零件的视图和尺寸分析,双斜要素的定位常用以下方式。

1)双斜直线的定位方式(1)由该直线上的两个端点定位;(2)由该直线上一点及该直线的方向定位;(3)由通过该直线的两个平面相交平面定位。

2)双斜平面的定位方式(1)由一直线及直线外一点定位,如图4所示。(2)由平面上一点及该平面的法线定位;(3)由平面上的一直线及该平面对投影面的倾角定位,如图4中的面P。

建模时具体采用哪种定位方式,要视双斜要素的尺寸标注情况而定。例如,通过对图4所示的零件的视图及尺寸标注分析知道,双斜面P可由直线ab(由尺寸40,50和75°定位)及点O(由尺寸22,25和30定位)确定,采用的是双斜平面的第(1)种定位方式。

    3建模实例

对于图2所示轴承座建模,涉及到双斜圆筒轴线和其草图平面的定位。要确定草图平面位置,必须首先确定双斜圆筒轴线的位置,因此双斜圆筒轴线的定位是建模的关键和难点。以下是在SolidWorks系统平台上完成的建模过程,如图5所示。

1)按照所给尺寸,创建底板模型。
2)在底板前、后对称面上绘制草图,定位单斜圆筒轴线及双斜圆筒轴线在其上的投影位置。
3)过单斜圆筒轴线已知端点,作出与其垂直的基准面1;在此基准面上,以轴线已知端点为圆心,绘制单斜圆筒的特征草图(同心圆),用拉神特征功能创建单斜圆筒。
4)创建支撑板和筋板。
5)在底板的底面上绘制草图,作出双斜圆筒轴线的水平投影。
6)过双斜圆筒轴线的水平投影,作垂直于底板的底面的基准面2;并在此确定基准面上绘制出双斜圆筒轴线的空间位置。
7)过双斜圆筒轴线已知端点,作出与其垂直的基准面3;在此基准面上,以轴线已知端点为圆心,绘制双斜圆筒的特征草图(同心圆),并用拉伸特征功能创建单斜圆筒。
8)创建其他特征,完成建模。