圓柱凸輪的建模及保證槽寬的方法

孫曉燕 王勝曼 牛博英 蔣義然

摘要： 本文主要基于ugnx 12.0軟件，針對圓柱凸輪零件進行建模，分析加工槽寬的不同的建模方法對槽的精度的影響，并提出保證加工精度的加工方案。另外就是關于在圓錐面上盡力螺旋槽的方法。關于軟件繪制的精度問題，是很多ug初學者的難點，也是歷屆三維大賽的重點考察內容之一。

關鍵詞： ug;建模;精度;螺旋槽

課題號：JG2019603 ? 課題名稱：基于TRIZ理論的大學生創新創業研究與實踐

一、 引言

四軸圓柱凸輪零件具有常見機械零件三維建模中的常見重要特征，利用本例可以展示凸輪的展開線建模方法，凸輪槽的繪制和螺旋槽的建立，這些對于初學及有一定ug軟件應用基礎的人來講，都有一定的難度。本例最難點在于凸輪槽的建模精度的保證。關于凸輪槽的建模，其輪廓的繪制并不是太難，難點在于要求的第三條，Φ94.6mm和凸輪槽寬10mm需保證。根據建模方法的不同，誤差的大小也不同。

二、 建模過程

1.首先利用旋轉命令繪制高度85mm和130mm的主體輪廓。

2.繪制凸輪槽展開線：凸輪的建立方法有多種，選擇合適的建模方法可以簡化制圖過程，本文采用展開線的方法利用規律曲線方式繪制槽。因此確定在XOY平面內繪制規律曲線的中心線，然后利用對稱偏置5mm，即得到三條輪廓線。

3.利用表達式輸入以下參數：r：114.6/2;t：1;xt：r*cos（360*t）;yt：r*sin（360*t）。

4.插入規律曲線?！安藛巍薄安迦搿薄扒€”——“規律曲線”，按如圖進行設置，其中Z規律曲線選擇剛才繪制的輪廓線，如此便可將三條曲線纏繞在圓柱上，如下圖。

5.制作凸輪槽：凸輪槽的創建方法可以多種，但是不同的建模方法，難以保證槽的寬度。

方法一：按照掃掠的方法，首先在XOZ平面內繪制掃掠截面草圖。利用掃掠命令，選擇剛才繪制的草圖曲線作為截面曲線，利用纏繞線的中線作為引導線，即可得出實體，然后利用求差命令可得出槽的形狀。利用測量命令，可以看出凸輪槽上下兩個面的距離為9.576mm。而題目要求的距離為10mm，可以得出此種方法繪制的誤差有0.43mm之多，顯然誤差較大。

方法二：提取出圓柱外圓面，利用面的偏置來實現槽的制作。

“插入”——“偏置”——“偏置曲面”命令，選擇單個面——外圓柱面，偏置距離為0 ，即可提取出圓柱面，隱藏實體。利用“修剪片體”命令，刪去片體上下部分，剩余中間輪廓曲面。點擊“加厚”命令，選擇片體為加厚面，偏置1：2.5（默認，大于0即可），偏置2：-10（槽的深度），得到如下實體。顯示圓柱實體，與剛才的槽實體求差，得到輪廓形狀，再次利用“測量”命令，測得凸輪槽寬最小距離為9.8713mm，比方法一的精度有所提高。

方法三：只利用纏繞線的一條中線，按照零件的加工工藝分析，相當于用一把成形刀具沿著纏繞中線的路徑對工件進行加工。首先繪制經過中線的草圖截面，利用回轉命令形成假象刀具。

“插入”——“掃掠”——“掃掠體”命令，工具體選擇上圖的刀具體，刀軌選擇中心纏繞線，掃掠方位：垂直于路徑，求差可得槽。再次利用測量命令，可以得出，槽的上下兩面的距離為9.9998mm，精確三位小數為10.000mm，完全符合要求，可見，此種方法繪制的槽的精度可以滿足設計要求。最后繪制Φ94.6mm的圓柱與實體求和即可，求和過程中如有報錯，可適當放大公差。

6.制作上部的螺旋槽。根據題目分析可以看出，此部分螺旋槽是雙頭的，螺距為40m。此部分可以利用螺旋線命令，指定坐標系選擇WCS，螺旋線的直徑為114.6mm，螺距40mm，起始限制為80mm，終止限制為130mm，可得下圖螺旋線。在螺旋線起點創建一個直徑16mm的球作為掃掠的刀具體，再次利用掃掠體命令，將球沿著螺旋線進行掃掠，即可得到螺旋槽。然后利用“關聯復制”中的“陣列面”功能，將螺旋面按圓形180度陣列，即可得到雙頭螺旋線。

7.繪制上部中心Φ60mm，高65mm的孔，下部制作帶鍵槽的孔。最后倒斜角，可得完整圖形。利用“視圖”——“編輯對象顯示”命令，將槽底部更改為綠色。

8.測量其面積為3368.3633。完全符合題目要求。最后測量模型體積為9697.24，在誤差允許范圍內，符合要求。

本文以圓柱凸輪建模進行分析，其難點在于槽的寬度的精度的確定，經過以上論述可以看出，不同的建模方法，槽的精度是有較大差別的。

參考文獻：

1、天工在線，UG NX 12.0中文版從入門到精通AutoCAD教程CAD 實戰案例視頻版，水利水電出版社

2、CAD/CAM/CAE技術聯盟，UG NX 12.0中文版從入門到精通，清華大學出版社，2019.05