探討如何利用CAXA制造工程師的螺紋線公式進行螺紋實體建模

劉 彪

（中山市中等職業學校教師，廣東 中山 528447）

CAXA制造工程師是我國國產自主開發的一款CAD/CAM自動編程軟件，可進行工件制造過程中的3D設計、工藝、編程和操作，并且可根據利用CAXA進行數控加工的后處理。在3D建模螺紋項目時，因為需要對螺紋進行參數化建模，那么就需要對螺紋公式曲線的系列參數進行理解及梳理。一般的CAXA軟件介紹資料并沒有系統介紹螺紋公式參數的具體內容及計算方法，所以學習者在需要3D建模螺紋時會感到非常棘手。本文從螺紋螺旋線的形成、螺紋的基本參數及螺紋公式著手，重點講解螺紋公式曲線主要的參數意義及一般的計算方法，使螺紋三維建模過程更加清晰、簡單，并很好地利于推廣學習。

1 螺紋螺旋線及螺紋參數

1.1 螺紋螺旋線

螺紋螺旋線的形成可以看做是直角三角形ABC圍繞圓柱體旋轉一周后，斜邊AC在圓柱表面上所形成的曲線。（圖1）在螺紋3D建模時，螺旋線是螺紋繪制的基本要素，分為右旋及左旋兩種（本文以右旋為例），即旋轉時逆時針，點的移動方向沿Z軸正方向（圖2），或旋轉時順時針，點的移動方向沿Z軸負方向（左旋反之）。

圖2

圖1

1.2 螺紋參數（以普通三角螺紋為例）

在對螺紋3D進行建模時，首先需要根據螺紋的參數，在螺旋線的起始點繪制繪制一個三角螺紋的截面輪廓線（圖3），然后根據螺紋的螺旋線進行導動除料。

圖3

三角螺紋的截面輪廓線的繪制則需要根據三角螺紋的參數來進行，普通螺紋的牙型及尺寸如圖4所示。

圖4

實際上，為了讓螺紋有一定的強度和抗沖擊力，并且在中徑部分有足夠的接觸面積，外螺紋牙頂和外螺紋牙底均在H/8處削平，所以我們需要把牙型高度H分為八分，并且最后用到中間的6/8H來進行螺紋截面的繪制，如圖5、圖6。

圖5 —牙型高度H的8等分

圖6 —修剪后的三角形螺紋截面草圖

2 CAXA制造工程師中螺紋實體建模的一般過程

2.1 設置繪制螺旋線前的螺紋公式

2.1.1 螺紋參數公式

（1）直角坐標系法：①外螺紋：x（t）=(r-0.5413*p)*cos(t)；y（t）=(r-0.5413p)*sin(t)；z（t）=p*t/6.28。內螺紋公式:x（t）=r*cos(t)；y（t）=r*sin(t)；z（t）=p*t/6.28。②參數說明 ：a、外螺紋外徑為公稱直徑：即2r r=半徑；牙型高度：0.5413*p。b、X為X軸方向，Y為Y軸方向 參變量名：t；精度控制：0.1；起始值為0；終止值=螺紋長度*6.28/t；p=螺距。

（2）極坐標系法：①螺紋方程公式：ρ（t）=r ；Z（t）= P*t/兀；r= r0+ rb*t/兀②參數說明：a、ρ為空間某點的旋轉半徑； r=半徑；t為在XOY平面內的轉角，（逆時針為正，順時針為負）；P為導程，即螺旋線旋轉一周，時沿軸線的變化量，輸入其值時，右旋為正，左旋為負號。r0為圓柱（圓錐）底面的半徑，rb為螺旋線旋轉一周時半徑的變化量，輸入其值時，增量為正值，減量為負值，為“0”時是圓柱螺旋線，不為“0”時為圓錐螺旋線。b、參變量名：t ；精度控制：0.1；起始值為0；終止值=螺紋長度*6.28/t。

2.2 根據螺紋公式曲線命令繪制螺旋線

在繪制實際的螺紋曲線時可以根據內、外螺紋尺寸參數進行計算，并在CAXA制造工程師中的f(x)公式曲線選項中進行錄入，繪制。

2.3 繪制螺紋的截面草圖并進行導動除料，得到相應螺紋實體

（1）繪制螺紋截面草圖的平面圖形。根據實際加工圖紙繪制普通螺紋的車刀截面輪廓線并把螺紋的截面線移動到加工螺紋的起點處。

（2）利用“導動除料”實體建模功能生成導動除料特征，完成螺紋三維實體建模。

3 螺紋實體建模造型過程

下面以螺母內螺紋為例（圖7），介紹CAXA制造工程師對螺紋的建模方法及過程。圖8為螺紋建模后的螺母實體。

圖7

圖8

3.1 創建螺母基礎體

（1）繪制草圖截面輪廓。點擊“零件特征樹”選擇“平面XY”,按F2鍵創建草圖，單擊“正多邊形”工具按鈕繪制正六邊形，設置為“中心，邊數（6）”，拾取原點為多邊形中心，選擇“內切圓（半徑17，坐標0,17）”，生成正六邊形（圖9）。

圖9

圖10

3.2 旋轉除料——螺紋外的倒角

（1）在“零件特征樹”中選擇“平面XZ”,按F2鍵創建草圖，繪制兩個三角形，按F2鍵退出草圖模式。（如圖11）。

圖11

圖12

圖13

（3）孔口倒角。點擊拾取螺紋上表面作為建立草圖的基準面，按F2鍵創建草圖。按F5鍵，以XZ平面繪制圓直徑為Φ23.8（20.4+1.7X2）的圓，按鍵退出草圖。單擊“拉伸除料”工具按鈕，設置拉伸除料對話框參數，單擊確定，生成1.7X45°倒角，重復上述步驟操作，完成另一孔口的倒角。（如圖13）。

（4）螺紋公式的參數設置。選擇極坐標法進行繪制螺紋曲線，參數設置（如圖14）。

圖14

圖15

圖16

如圖17

（6）繪制導動截面線。根據三角螺紋的相關參數，由圖可知我們需要繪制的導動截面圖是一個等腰三角形，邊長為1.5mm。利用正多邊形工具繪制正三角形，利用“點工具按鈕里面的“批量點、等分點、段數（8）”功能對三角形中線進行8等分，并通過“ 裁剪”工具欄繪制導動截面的草圖。將修剪后的截面圖移動到導動線的起點位置。（如圖16）。

4 結語

本文以CAXA制造工程師為繪制軟件為載體以繪制螺紋實體為例，深入詳細探討了螺紋實體繪制的基本方法，特別是深入介紹了不同螺紋曲線的固定公式以及具體參數說明，以確保繪圖人員在繪制螺紋實體時順利的通過選擇對應的螺紋曲線公式進行參數的代入設置，這樣大大便利了初學者對螺紋實體繪制的方法掌握，在實際的繪圖操作中也起到很好的指引示例作用。