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1、基于特征的零件实体建模技术在某型号麻花钻中的应用研究作者： 高龙 指导老师: 朱林（ 安徽农业大学工学院 07机制 合肥 36 ）摘要： 本文在oidork207平台基础上创建某型号麻花钻三维实体的基础上，介绍了特征的定义、分类,然后利用特征建模技术建立某麻花钻的实体模型，最后利用oidworks插件Animator做出某型号麻花钻钻孔和扩孔过程的动画模拟。关键词:Sodrk、特征、麻花钻1 引言近年来,制造业市场的竞争日益激烈,为适应变化迅速的市场，产品开发的周期和成本是每个现代企业不容忽视的问题。从国际范围看,以计算机为工具,利用现代设计方法形成的现代机械设计理论，已被重视起来，也得到了较
2、快的发展。要实现从中国制造到中国创造的转变,信息技术不可或缺。CD技术就是提高中国制造设计能力的一大利器在我国,制造业企业在当前的市场环境中，同样存在着来自国内和国外激烈的竞争。竞争实力主要体现在产品的设计开发及生产制造能力方面。然而，据估计,在工业产品的总价值中,复杂产品的装配成本却占其总价值的0，所以，如果在新产品开发阶段,就采用在装配方面具备功能完善的分析设计技术,那么就可以在激烈的市场竞争中获取一定优势。如:虚拟装配设计的运用将有助于解决零部件从设计、生产到使用报废全过程所出现的一系列问题,而且还能有效地缩短产品开发周期和优化产品性能等,进而降低了产品开发成本。三维AD市场的领导厂商之
3、一SoldWok公司全球首席执行官在接受某报记者采访时指出：在中国有三个主要的制造行业对产品设计要求比较高,迫切需要借助于三维技术进行设计:一是产品结构非常复杂的模具行业,用现有的二维方法进行产品设计难度非常大;二是对时尚、美观要求较高的消费类产品制造行业，例如手机外壳、PC鼠标等；第三个是目前发展相当迅速的机械设计行业。在中国推广三维CAD十分重要。2 三维实体设计软件oidWors简介SolidWorks公司的SolidWoks系列软件是世界上第一套基于Wnws系统开发的三维D软件。该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学易用、技术创新等特点，是当前最优秀的中档CA软件之一。该软件
4、完全采用了Window的操作窗口，界面友好，使用中文窗口式菜单,操作简单且支持各种运算功能,可以进行基于实体特征的建模技术和实时的全相关性的参数化尺寸驱动。如图所示 SoliWorks00界面。从AD技术的发展来看，CA技术已逐步由二维向三维过渡。olidWoks是在CAD技术发展的基础上产生的新一代适于PC机的三维设计软件。另外，现在世界上许多软件公司也开发了可与SoidWos集成的用于工程应用的设计模块,形成了基于PC机环境下的AD/CAECM设计理论,使Soliorks的功能更加强大。.特征的定义 C技术的发展已有30余年的历史，从最初的二维视图,线框模型,曲面模型,实体模型直到现在的特
5、征造型，造型特征使CA/C乃至生产管理真正的集成化成为可能。在以olidWorks00软件为技术平台的零件实体建模中,特征是组成零件实体模型的基本元素，它体现了产品的功能要素和工程含义，是描述产品信息的集合。其特点是：（）以结构的实体几何和边界表示为基础的几何形状定义。（2)特征是参数化的几何实体,通过改变特征尺寸参数,可以用有限的特征构造出无限的零部件实体模型，同时利用参数化功能实现部件的系列化。（3）特征是特征设计和特征识别的关联,它既体现了产品的功能和工程含义，又使得CA/AM朝着集成化方向发展。虚拟设计中零件实体建模技术中的特征细划分如图1所示:31辅助特征辅助特征是进行基于特征的零件
6、实体建模设计的辅助工具，主要包括:工作平面,工作轴，工作点,构造特征和特征管理树。在实体模型的特征创建完毕后,该特征可被隐藏或重新显示,但这并不能说它是实体建模的组成部分。(1）工作平面即工作基准面，是辅助创建草图及其特征和执行特征操作终止的工作平面，一般将其看成一个无限平坦面。其主要作用:确定草图平面，充当特征操作的终止参数平面和创建其他工作平面的中间媒体。根据工作平面和实体建模之间的依附关系，又可将其分成非参数化平面和参数化平面。非参数化平面是系统自定义的固定工作平面，如SolidWors200中的基准面,它与实体建模无任何依附关系。参数化平面是以非参数化平面和实体模型的表面，边，轴,点等
7、几何元素为参考,根据建模需要创建的辅助平面。其中以实体建模的几何体素为参考的辅助平面与实体模型之间有几何和尺寸约束关系,其位置会随模型形状的改变而发生改变，支持参数化建模的尺寸驱动。(2)工作轴和工作点与工作平面相似,主要包括系统固定的非参数化轴（对称特征的中心线),点（实体顶点和特征的定位点）。工作轴可作为旋转特征轴和在圆柱形实体上进行圆周陈列的参考轴;工作点可作为准确定位圆孔，陈列特征的参考点等。（)构造特征是进行二维草图绘制时，对草图轮廓线施加约束的直线，圆或圆弧等构造线。它是草图绘制时强有力的工具合理运用可以大大减少约束数量。但必须注意的是:虽然构造特征是草图的一部分，可它的线性与草图
8、轮廓线性不同,只起约束作用，当草图特征建立后会自动消隐,不会出现在实体建模中。(4)特征管理设计树是SlidWrs04基于特征设计软件的特色部分，可以用符号和文字可视地记录并显示出零件实体建模的所有特征名称及创建顺序，是实体建模的重要辅助工具。其作用是在草图绘制阶段和特征操作阶段选择辅助工作面,轴和草图,而且应用它可迅速地查找并编辑特征及其颜色，光源。3.2 几何特征几何特征是构成零件实体模型的基本要素,是基于特征的实体建模的含义所在,是创建基体特征和进行细节特征操作的主要部分。在olidks中,根据创建方式不同，将几何特征分为草图特征和直接生成特征。3.2. 草图特征草图特征是由二维轮廓线或
9、横断面进行拉伸、旋转、扫描和放样形成的特征。因此草图特征又分为拉伸特征、旋转特征、扫描和放样特征。拉伸特征是草图轮廓或横断面沿特定方向(直线）拉伸一定长度形成的三维实体模型,创建拉伸特征时, 应精确地确定草图定位面、拉伸方向、拉伸尺寸或终止平（曲) 面。旋转特征是草图轮廓或横断面以特定的基准轴线(工作轴、参考轴、辅构造特征直线等)旋转某一角度形成的三维实体。因此，草图轮廓、基准轴和旋转角度组成了旋转特征的三要素,旋转特征操作时,可以是单向的,也可以是双向的。如下图即为使用旋转特征“造”出的零件实体。图2 使用旋转特征建造的阶梯轴扫描特征是一组草图轮廓或横断面沿某一路径(2D、3D 曲线或直线）
10、扫掠而形成的三维实体（见图）。常用的扫描方法有:遵循路径,遵循路径和第一条导引曲线以及遵循第一条和第二条导引曲线。它有两个要素:需画出一个草图代表一个路径；画出的扫描剖面必须是封闭的。图3 用扫描特征完成内六角扳手放样特征是一组空间轮廓线以它们的中心线作为引导线扫掠而形成的三维实体(见图4)。常用的方法有：简单的层叠拉伸，中心线层叠拉伸和使用导引线作层叠拉伸。扫描和放样特征均是创建复杂型面实体模型的关键。扫描和放样特征操作时，它们的轮廓面始终与其路径保持垂直关系,因此,扫描和放样特征实体模型由其草图和引导路径决定。图用放样特征完成的零件实体.22 直接生成特征直接生成特征是直接参数地在实体模型
11、上创建的特征，是系统或设计者已定义好的参数化特征。该特征的关键是:特征及其尺寸、公差的变量化的描述。图形的建立以参数的形式存在，改变参数即可相应地引起图形的变化，这样大大提高了设计效率。它主要包括：倒角特征、成型特征、阵列特征和抽壳特征。在建模时,只需进行特征定位和输入参数化尺寸值即可形成该特征。倒角特征 倒角特征是加在实体模型边上的过渡特征,常分为:倒圆角和倒棱角。产生倒角的方式有:角度距离、距离距离、顶点倒角。 成型特征 成型特征也是系统已定义的，在SoldWoks200的Palette模板特征库中，系统已定义了直孔、螺纹孔、沉头孔和槽等大量成型特征，在创建成型特征时,首先确定特征的位置,
12、再选择该特征的尺寸参数，创建成型特征。 阵列特征 阵列特征是在实体模型上对某一已存在的原始特征进行的多个拷贝。按阵列时所采取方法的不同,其又分为：矩形阵列、圆周阵列、表格导出复制排列。其中,矩形阵列的方向是以工作轴、实体边等直线方向定义的;圆周阵列是以旋转中心和角度作为阵列方向的；表格导出复制排列是利用一个表格，通过设置系统的原点，在表格中键入所需零件的数值,进行不按规律的复制。 抽壳特征 抽壳特征是通过实体模型的一些表面并指定一定壁厚“挖除” 材料形成一中空的薄壁实体，是创建型腔实体和薄壁零件的重要特征。它分为等厚度抽壳和不等厚度抽壳。麻花钻的实体建模4.1麻花钻基本外形的制作新建零件草图,
13、选择第一基准面(前视基准面)进入草图绘制，通过原点画出一个直径.mm的圆(图5）,然后用拉伸特征，拉伸该圆，拉伸的长度为71mm(图6），基本外形完成。 图 图642 麻花钻刃沟的绘制然后选择圆柱端面圆为基准面进入草图绘制，绘制如图7所示的一个直径为.5mm的圆，退出草图绘制。选择右视基准面进入草图绘制，绘制如图所示草图,退出草图绘制。用扫描切除特征，选择草图2为扫描轮廓,草图3为扫描路径（图),点击确定。完成麻花钻一侧的刃沟绘制,如图0。选择实体,用基准轴特征做出如图1的基准轴1。选择圆周阵列特征,选择切除扫描特征为阵列对象（图）,点击确定。完成麻花钻另一侧的刃沟绘制，如图13。4.3麻花钻
14、弯曲选择实体,用等距曲面特征工具，等距大小为mm（图4)。选择右视基准面进入草图绘制，绘制草图(图15）,退出草图。选择曲面切除特征,用草图4为切除工具,选择如图所示曲面为切除对象,点击确定(图17)。选择切除加厚特征，选择图8所示曲面对切除对象,切除厚度为.075m,点击确定(图18）。用相同的方法做出另一侧加厚特征（图19）。选择实体,用扭曲特征工具，选择弯曲项,输入角度72。，其他设置见图0,点击确定,完成麻花钻的弯曲(图)。44 绘制麻花钻钻头部分选择基准面特征，绘制基准面1(图)。选择基准面1进入草图绘制，绘制草图(图23)，退出草图。选择切除旋转特征，选择草图5为切除旋转工具,点击
15、两侧对称，角度为0。，点击确定(图4)。选择圆周阵列特征,以基准轴1为基准轴，切除旋转1为阵列对象，点击确定,完成另一侧的切除旋转(图25)。4.5 修饰通过上述操作，已基本完成麻花钻的设计。为美化和实际要求,需做一些圆角修饰。选择圆角特征命令,半径输入008mm类型为等径圆角(图26)，选择麻花钻端面边线确定。更改实体颜色，最后的效果如图27所示。5 结束语利用SolidWoks三维实体建模技术,在计算机中构造出零件的三维实体模型,利用solidworks提供强大的特征建模,可以在产品的设计阶段迅速的完成对零件图的设计和检验,另外slwork直接检查机械系统各个零部件在空间的装配情况和干涉情况， 有利于优化产品开发过程。实践证明,3技术应用于新产品研制及旧产品的技术改造，是现代化企业生存、发展的方向，是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。
