本文探討了用SolidWorks實(shí)現(xiàn)螺旋面機(jī)械零件的三維實(shí)體建模技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。

　　1螺旋面機(jī)械零件建模分析

　　圓柱螺旋面機(jī)械零件的螺旋部分由螺旋實(shí)體和螺旋槽組成，用通過(guò)螺旋面機(jī)械零件軸線(xiàn)的平面截切，截螺旋實(shí)體和螺旋槽分別得到其截面，截面的輪廓稱(chēng)之為"軸截面輪廓"。用垂直于螺旋面機(jī)械零件軸線(xiàn)的平面截切，可分別得到螺旋實(shí)體和螺旋槽的截面，截面的輪廓稱(chēng)之為"垂截面輪廓"。

　　螺旋面機(jī)械零件的螺旋實(shí)體部分，可以認(rèn)為是由螺旋實(shí)體的軸截面或垂截面沿螺旋線(xiàn)掃描拉伸的軌跡。螺旋槽同樣也可以認(rèn)為是螺旋槽的軸截面或垂截面沿螺旋線(xiàn)掃描切除的軌跡。

　　SolidWurks是基于特征的三維軟件。其建模特征是在圖形的輪廓的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在其螺旋特征的生成過(guò)程中，需要設(shè)置螺旋線(xiàn)的一些要素和掃描截面輪廓以及生成方式。螺旋線(xiàn)的要素包括定義方式(螺距和圈數(shù)、高度和圈數(shù)、高度和螺距)、旋向(左旋、右旋)、生成方向，此外還可以生成錐形等螺距螺旋線(xiàn)。截面輪廓分為2種，即軸截面輪廓和垂截面輪廓。生成方式包括2種，掃描拉伸和掃描切除。

　　通過(guò)利用SolidWorks中掃描特征，根據(jù)螺旋面機(jī)械零件的特點(diǎn)，合理地進(jìn)行設(shè)置，即可生成所需的三維實(shí)體模型。

　　2螺旋面機(jī)械零件的建模方法

　　通過(guò)具體的螺旋面機(jī)械零件，闡述了利用SolidWorks中掃描特征進(jìn)行建模的方法。

　　2.1螺紋零件的三維建模

　　圖1為普通螺紋的圖樣，其螺紋部分的軸截面如圖1局部剖面圖所示，為等邊三角形切除頂部(實(shí)際情況是等邊三角形的頂部是圓角，主要原因?yàn)榈毒吣p)，這樣就成了一梯形。垂截面輪廓比較復(fù)雜，因此應(yīng)以軸截面輪廓作為掃描截面輪廓，以螺旋線(xiàn)為掃描路徑進(jìn)行掃描拉伸(掃描切除)來(lái)生成螺紋特征。

　　以軸截面輪廓作為掃描輪廓進(jìn)行掃描拉伸的主要操作步驟(以M=20·2.5)為例。

　　(1)利用拉伸特征命令，生成直徑等于螺紋小徑d1=17.294 mm, h=30 mm的圓柱基體;

　　(2)在圓柱面上生成螺距P=2.5 mm的螺旋線(xiàn)，螺旋線(xiàn)直徑為17.294 mm;

　　(3)在通過(guò)軸線(xiàn)的某一平面上做出螺紋的軸截面輪廓，要求螺紋軸截面輪廓(梯形的長(zhǎng)底邊)和圓柱與軸截面所在平面的交線(xiàn)重合;

　　(4)用掃描拉仲特征命令，以螺紋軸截面輪廓為掃描輪廓，以螺旋線(xiàn)為掃描路徑，生成螺紋的三維建模。

　　利用掃描切除來(lái)生成，主要操作步驟如下:

　　①利用拉伸特征命令生成D=20 mm, h =30mm的圓柱基體;②在圓柱上生成螺距p=2.5 mm的螺旋線(xiàn)，螺旋線(xiàn)直徑為17.294 mm;③在通過(guò)軸線(xiàn)某一平面上做出螺紋槽的軸截面輪廓，要求槽的軸截面輪廓(梯形的長(zhǎng)底邊)和圓柱與軸截面所在平面的交線(xiàn)重合;④用掃描切除特征命令，以螺紋槽軸截面輪廓為掃描輪廓，以螺旋線(xiàn)為掃描路徑，生成螺紋的三維建模。

　　上述2種方法所生成的結(jié)果是一樣的。但有些結(jié)構(gòu)，如螺紋零件的螺尾、麻花鉆頭的溝槽尾部，軸齒輪的退刀部分等，這些結(jié)構(gòu)呈漸淺狀態(tài)。在生成尾部時(shí)，需改變螺旋線(xiàn)的生成方式。

　　帶螺尾的普通螺紋(以M=20·2.5為例，P=2.5 mm時(shí)，收尾x=6.3)。建模步驟如下:

　　①利用拉伸特征命令生成D=20 mm, h=40rnrn的圓柱基體;②在圓柱上生成螺距P= 2.5 mm的螺旋線(xiàn)，螺旋線(xiàn)直徑為17.294。;③在螺旋線(xiàn)的終端生成錐形螺旋線(xiàn)(錐度外張，a=12.120,p = 2.5mm,h=6.3 mm)，錐狀螺旋線(xiàn)起始直徑d二17.294InIn，起始角度和前螺旋線(xiàn)的結(jié)束角度相同，其余參數(shù)相同，利用組合曲線(xiàn)工具將2個(gè)螺旋線(xiàn)合并成新的螺旋組合曲線(xiàn);④在通過(guò)軸線(xiàn)某一平面上做出螺紋槽的軸截面輪廓，要求槽的軸截面輪廓(梯形的長(zhǎng)底邊)和圓柱與軸截面所在平面的交線(xiàn)重合;⑤用掃描切除的方法生成螺紋和螺紋尾部，以螺紋槽的軸截面輪廓為掃描輪廓，以螺旋組合曲線(xiàn)為掃描路徑，生成螺紋的三維建模(見(jiàn)圖2)。

　　利用2次掃描切除，步驟如下:

　　①生成螺紋部分，方法如前所述;②在螺旋線(xiàn)末端生成錐狀螺旋線(xiàn)，參數(shù)如上所述，要求此錐狀螺旋線(xiàn)的起始角度同前螺旋線(xiàn)的結(jié)束角度相同;③利用草圖繪制中轉(zhuǎn)換實(shí)體引用工具，將螺紋槽末端槽形轉(zhuǎn)換成草圖，以此草圖為掃描輪廓，錐形螺旋線(xiàn)為掃描路徑，利用掃描切除特征命令生成螺紋收尾部分。

　　2.2圓柱抖齒輪吹三維建模

　　以漸開(kāi)線(xiàn)斜齒輪為例(見(jiàn)圖3)，齒輪的齒面呈螺旋狀。斜齒輪的端面齒廓為漸開(kāi)線(xiàn)，端面齒廓可由斜齒輪的有關(guān)計(jì)算公式算出相應(yīng)參數(shù)，而其軸截面輪廓復(fù)雜難畫(huà)，因此以端面齒廓作為截面輪廓。三維建模有3種方法:①作出齒輪的圓柱基體(直徑為齒根圓直徑)，然后用一個(gè)齒廓進(jìn)行掃描拉伸，而后進(jìn)行陣列;②作出齒輪的圓柱基體(直徑為齒頂圓直徑)，然后用一個(gè)齒槽進(jìn)行掃描切除，而后進(jìn)行陣列;③作出端面齒廓，然后進(jìn)行掃描拉伸。第3種方發(fā)比較好。

　　端面建模，掃描拉伸圓柱斜齒輪的三維模型，主要步驟如下(例:斜齒輪的參數(shù)mn=2 mm,z=25 ,han*=1，cn*=0.25, αn=20°,β=15°:

　　(1)按給出的法面模數(shù)mn,齒數(shù)z、螺旋角β、壓力角αn等參數(shù)計(jì)算出分度圓直徑d = zmn/cos β=51.7638mm,螺旋線(xiàn)螺距P=πd/tanβ=606.909mm.

　　(2)作螺旋線(xiàn)，螺旋線(xiàn)螺距P=606.909 mm，螺旋線(xiàn)直徑d=51.7638 mm，導(dǎo)人端面齒廓圖(此步驟下文有解釋);

　　(3)用掃描拉伸特征命令，以端面齒廓為掃描截面，以螺旋線(xiàn)為掃描路徑生成三維模型，而后再用拉伸切除特征命令生成軸孔和鍵槽。

　　對(duì)于帶退刀結(jié)構(gòu)的軸齒輪，其退刀部分的溝槽逐漸變淺，可以利用生成螺紋的螺紋尾部相同的方法完成此退刀槽三維建模。主要步驟如下(例:mn=2 mm, z=10, han*=1，cn*=0.25, αn=20°, β=20°):

　　(1)按給出的法面模數(shù)mn、齒數(shù)z、螺旋角β、壓力角an等參數(shù)計(jì)算出分度圓直徑d=zmn/cosβ=21.284 mm,螺旋線(xiàn)導(dǎo)程P=πd/tan β=183.712二，齒頂圓直徑da=d + 2mnhmn*== 25.284，用拉伸特征命令生成直徑為25.284 mm的圓柱;

　　(2)在圓柱的底面上導(dǎo)人單個(gè)軸齒輪槽的垂截面，在圓柱上生成螺距183.712 mm,螺旋直徑21.284 mm的螺旋線(xiàn)，用掃描切除特征命令，以軸齒輪槽垂截面輪廓為掃描輪廓，螺旋線(xiàn)為路徑進(jìn)行掃描切除;

　　(3)在螺旋線(xiàn)的末端生成錐形螺旋線(xiàn)(錐度外張取角度a=15°)，其余參數(shù)和前一條螺旋線(xiàn)一致，起始角度和前螺旋線(xiàn)的終了角度相同;

　　(4)利用草圖繪制中轉(zhuǎn)換實(shí)體引用工具將齒槽末端槽形轉(zhuǎn)換成草圖，并以此草圖為掃描切除的輪廓線(xiàn)，以錐形螺旋線(xiàn)為路徑進(jìn)行掃描切除，即得到軸齒輪尾部的退刀部分;

　　(5)陣列齒槽和退刀部分，即可得到所需要的三維軸齒輪建模(見(jiàn)圖4)。

　　也可利用組合曲線(xiàn)工具將2個(gè)螺旋線(xiàn)合并成1條曲線(xiàn)進(jìn)行掃描切除。

　　3調(diào)用CAXA繪制齒廓圖形

　　CAXA電子圖板是我國(guó)目前自主版權(quán)的CAD軟件系統(tǒng)，它簡(jiǎn)單易學(xué)、操作方便，支持多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，能方便地和AutoCAD進(jìn)行文件交換。調(diào)人齒廓圖形的步驟如下:

　　(1)在CAXA中用齒輪生成的命令生成完整端面齒廓圖(也可以是單個(gè)齒廓)，然后將此圖用"*.dwg"格式輸出;

　　(2)在SolidWorks中執(zhí)行"打開(kāi)"命令，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中選擇"* . dwg"，然后將CAXA輸出的"*.dwg"文件打開(kāi)，輸人到零件中，在輸人數(shù)據(jù)單位中選擇"mm"。這樣完整的端面齒廓圖繪制完畢。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)實(shí)例，利用SolidWorks的特征建模功能，快速地繪制螺旋面機(jī)械零件的三維模型，且針對(duì)其中的漸變部位提出了可行的處理技術(shù)，對(duì)機(jī)械三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立提供了技術(shù)支持，具有一定實(shí)用價(jià)值。

　　用SolidWorks畫(huà)螺旋面的關(guān)鍵是選擇好輪廓，應(yīng)根據(jù)零件的特征，確定采用垂截面輪廓或軸截面輪廓，以使所畫(huà)截面輪廓圖形盡量簡(jiǎn)單，這樣不但繪圖方便，也為參數(shù)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。