基于SolidWorks復雜回轉體零件的建模方法

趙 丹

(蘭州石化職業技術學院 機械工程系，甘肅 蘭州 730060)

0 引 言

SolidWorks軟件[1]是一個基于特征、參數化、實體建模的設計工具。該軟件采用WindowsTM圖形用戶界面，易學易用。零件建模是機械設計的重要環節。如何利用SolidWorks提高建模效率，提高產品質量成為每個設計人員亟待解決的問題。

帶有加工工藝結構和標準結構(圓角、倒角、起模斜度特征、螺紋特征等)的組合體即是零件。換句話說，將零件去除工藝結構和標準結構便得組合體。無論組合體形狀多么復雜，都可以看成若干基本體素(拉伸體、回轉體、掃掠體、放樣體)按照一定的方式疊加而成。因此復雜零件的建模思路是首先要對零件進行結構分析，規劃特征建模順序，選擇特征視圖，定位草圖平面，繪制草圖后逐個創建特征。筆者以SolidWorks為建模工具，以礦車輪為例，詳細闡述零件結構分析和建模簡化過程，并用線段分析法解決復雜草圖的創建問題。

1 礦車輪的三維建模

礦車輪零件圖如圖1所示。礦車輪的建模需結構分析、規劃建模順序、特征建模3個步驟。

1.1 礦車輪的結構分析

零件建模的首要任務是對零件進行結構分析。圖由圖1可知，礦車輪是鑄造件，拔模斜度為1:20，主體為回轉體結構。礦車輪形體分析的首要任務是從礦車輪零件圖中分離出回轉輪廓。回轉體的輪廓線關于中心線兩邊對稱是回轉結構的主要特點。不難看出礦車輪零件主體回轉輪廓如圖2(a)所示。接下來分析礦車輪的輔助特征。礦車輪在主體輪廓的基礎上增加5個輔助特征：第1個輔助特征就是車輪圓周方向上分布3個半徑為15的圓柱形凸臺。因為圓柱凸臺有1:20拔模斜度，所以圓柱形凸臺實際是圓錐狀，且上面有3個M8的螺紋孔，如圖2(b)所示；第2個輔助特征就是φ30尺寸所指位置的注油孔凸臺，凸臺上加工有M14X1.5的螺紋孔和φ8的注油孔，如圖2(c)所示；第3個輔助特征是沿車輪圓周方向分布有6個寬度為15的筋板，如圖2(d)所示；第4個輔助特征就是沿圓周方向挖除6個φ40的圓柱，如圖2(e)所示；第5個輔助特征就是一些圓角結構，如圖2(f)所示。

圖1 礦車輪零件圖

圖2 礦車輪的形體分析

1.2 規劃建模順序

SolidWorks是基于特征建模軟件。對于復雜形體，為了更高效、更便捷的建模，建模過程中需遵循兩個原則：①在建模過程中，應按照先主后次，先加后減的順序創建特征；②建模時要多用特征，少用草圖，也就是盡可能簡化草圖。

按照上述原則，需要將對礦車輪形體分析的得到的各個特征進行分解和重組，才能確定合理的建模順序。圖2中需要分解有3個：第1個特征就是圖2(a)中的主體旋轉特征，其特征草圖如圖3(a)所示，圖線過多，比較復雜，添加約束時容易出現草圖變形、過約束等相關問題，出問題后不易修改。同一形體可以由不同的構型方式形成[1]，如圓柱既是拉伸體，也是回轉體。 可將該特征分解簡化為3個步驟：①創建不帶內腔的旋轉主體，其草圖特征如圖3(b)所示；②拉伸切除命令創建內腔；③添加圓角和倒角。不難看出特征分解以后，旋轉主體的特征草圖得到大大簡化；第2個和第3個特征分別位于圖2(b)、(c)所示，按照先加后減的建模順序，應先創建凸臺，后挖孔。

圖3 旋轉主體草圖特征草圖

綜上所述，按照先主后次、先加后減和簡化草圖的原則，礦車輪建模特征順序如圖4(a)～(h)所示。

1.3 復雜草圖的創建方法

圖4礦車輪的特征建模順序所示的(a)～(h)8個特征中，圖4(a)的旋轉特征的特征草圖最為復雜，見圖3(b)。雖然該草圖已經簡化，依然包含許多圖線。為提高復雜草圖的創建效率，在草圖創建之前需對特征草圖進行線段分析。

平面圖形中的線段[2]按其尺寸是否齊全分為3種：已知線段、中間線段和連接線段。有齊全的定形尺寸和定位尺寸，根據所給尺寸能夠直接畫出的圓弧或直線，稱為已知線段。只有定形尺寸和1個定位尺寸，另一個尺寸只有根據相鄰已知線段的幾何關系才能畫出的線段稱為中間線段。只有定形尺寸沒有定位尺寸的線段稱為連接線段。由圖1零件圖可知，圖4(a)的旋轉特征的主體輪廓平面圖尺寸標注如圖5所示。創建旋轉特征只需要創建圖6所示的特征草圖。圖6特征草圖的線段共15個。選定標記點為坐標原點，根據圖5所示尺寸對圖6特征草圖進行線段分析，可得：已知線段共10個，用△符號標記；中間線段共1個，用□標記；連接線段有4個，用◇標記。

圖4 礦車輪的特征建模順序

特征草圖中各線段的創建順序是先畫已知線段，再畫中間線段，最后畫連接線段。實踐證明，將已知線段完全定義以后再創建中間線段和連接線段可有效避免添加約束時因草圖變形產生的不易修改問題。

圖5 主體輪廓平面圖 圖6 特征草圖的線段分析

2 結 語

以礦車行走輪為例，詳細闡述復雜回轉體零件的結構分析、規劃建模順序、特征建模3個過程，并用線段分析法解決了復雜草圖創建過程中因添加約束產生的草圖變形不易修改問題，大大降低了建模難度，提高建模效率。