15.10 凸雕的活用

  在平面或者圓柱面上凸雕，是很簡單的。參見3-210.IPT中的兩個(gè)凸雕特征和草圖。圓柱上刻字典型的結(jié)果參見3-134.IPT中的最后一個(gè)特征；對于圓柱表面的刻字，效果容易把握，參見3-135.IPT。

  在圓錐片上產(chǎn)生凸雕，根據(jù)凸雕的幾何構(gòu)成規(guī)則，草圖需要在圓錐面展開之后的草圖邊界中創(chuàng)建，這是一個(gè)需要一點(diǎn)技巧的創(chuàng)建過程。
  例如3-136.IPT和圖3-210模型。

   草圖見圖 3-211，扇形的構(gòu)造線圍成了圓錐表面展開之后的結(jié)果。而實(shí)際需要的草圖，就以這個(gè)展開后的結(jié)果進(jìn)行約束。
                

  所以，這種條件下，凸雕的草圖是依照未來 要“纏繞”的圓錐面的展開結(jié)果進(jìn)行創(chuàng)建的；之后再貼附到這個(gè)圓錐面上，就是我們需要的正確的結(jié)果了。

  這里有個(gè)難點(diǎn)，怎樣在展開中得到圓錐的頂點(diǎn)，也就是求出展開扇形的圓心？

 ◆在創(chuàng)建圓錐草圖的時(shí)候，用構(gòu)造線延長相關(guān)輪廓線，相交得到圓錐頂點(diǎn)，并在輪廓和頂點(diǎn) 上添加“草圖點(diǎn)”，供投影之用（這里只是為了說明問題，添加草圖點(diǎn)不是必要的）。參見 圖3-212。

 ◆完成錐體特征之后，將這個(gè)草圖“可見”；

 ◆創(chuàng)建與錐體相切的工作面，先選定這個(gè)草圖 的斜線，再選定錐面；

 ◆在這個(gè)工作面上建新草圖，即可投影圖中指出的三個(gè)點(diǎn)，以便作為展開草圖中各條線的關(guān)聯(lián)基準(zhǔn)。

  平面或圓柱上刻字比較簡單，圓錐上刻字，因?yàn)橥队耙?guī)則的關(guān)系，直接的結(jié)果參見 3-137.IPT 和圖3-213，對于理想的圓錐面上進(jìn)行凸雕文字，也還是在展開狀態(tài)下寫字。但因?yàn)镮nventor不能陣列文字草圖，這樣的字只好一個(gè)一個(gè)地寫上、約束和就位。參見3-138.IPT和圖3-214。

   對于3-139.IPT”，是一個(gè)將凸雕作為輪胎花紋的主要特征，實(shí)施造型的一個(gè)例子。由于我們的 專業(yè)能力有限，這個(gè)模型只能是“趣味”造型。

        15.11 鏟齒銑刀

  由于螺旋掃掠對于“平面螺旋”，也就是按阿基米德螺平面旋線進(jìn)行掃掠的過程中，只能向外伸 展，不能向內(nèi)伸展；而圖3-215所示的銑刀，無論從制造過程還是造型過程的先后條件，都需要“向 內(nèi)伸展切削掃掠”這樣的特征來實(shí)現(xiàn)鏟背的加工結(jié)構(gòu)。

   為了制造中測量方便，這類銑刀的前刀面常常是經(jīng)過軸線的，前面的投影輪廓可直接作為掃掠 的截面輪廓的基礎(chǔ)；關(guān)鍵是作出合適的，可參數(shù)化的“鏟背路徑”草圖。

   參見3-140.IPT中的掃掠特征下的“鏟背路徑”。這是一條帶有7個(gè)控制點(diǎn)的樣條線，從各個(gè)控 制點(diǎn)到圓心的構(gòu)造直線的驅(qū)動尺寸，控制著這些點(diǎn)的圓心角和半徑。
  從草圖中可見，間隔圓心角4°；而半徑的增量大小取決于后角8°產(chǎn)生的設(shè)計(jì)參數(shù)d36。這個(gè)d36使用草圖的CAGD方法求解而得出，參見圖3-216。
   因此，改變后角的驅(qū)動尺寸 d35，將關(guān)聯(lián)改變鏟背路經(jīng)線的彎曲，進(jìn)而改變鏟背特征的結(jié)果。 這就完全符合了設(shè)計(jì)思維的表達(dá)要求。當(dāng)然，如果為了提高精確度，可增加樣條線的控制點(diǎn)數(shù)量。
  從設(shè)計(jì)表達(dá)要求看，不必要求很精確，這是因?yàn)榈毒哏P背的加工過程多數(shù)是使用機(jī)械靠模、而不是使用數(shù)控加工技術(shù)完成的。

       15.12 圓柱齒輪設(shè)計(jì)模板

   由于Inventor尚未提供圓柱齒輪特征，也沒有圓柱齒輪嚙合的裝配概念，因此，在設(shè)計(jì)中精確 作出圓柱齒輪的輪齒不是必要的。但是，許多時(shí)候需要近似地作出圓柱齒輪的輪齒，以便在演示機(jī) 構(gòu)動作時(shí)用、或者其它示意表示的條件下使用，另外，用圓弧代替漸開線也是齒形設(shè)計(jì)和齒形加工 的一種方法。

  下面討論的“圓柱齒輪設(shè)計(jì)模板”，就是基于這樣的需求和Inventor目前的能力所開發(fā)的一個(gè) 工具。參見3-141.IPT。

      15.12-1 齒廓的近似畫法

  參見圖3-217，這是一般推薦的齒廓近似畫法(3-141.IDW)。其中：
      

   這些參數(shù)都可以借助齒輪參數(shù)計(jì)算式，根據(jù)模數(shù)、齒數(shù)參數(shù)得到。近似弧是ACD弧線，圓心落 在基圓上，弧線經(jīng)過節(jié)點(diǎn)C，半徑為切線OC的長度。當(dāng)然，還有使齒形誤差更小的計(jì)算方法。

       15.12-2 設(shè)定基礎(chǔ)參數(shù)

   參見圖3-218，首先設(shè)置幾個(gè)齒輪設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)參數(shù)備用。
    

       15.12-3 創(chuàng)建草圖

  先投影原始坐標(biāo)系的原點(diǎn)，在XY面上開始草圖，正交位置線要與原始坐標(biāo)系相關(guān)軸對準(zhǔn)；創(chuàng)建 所有的圓和直線構(gòu)造線型的草圖（其中齒根圓和分度圓為普通線型），驅(qū)動參數(shù)要引用設(shè)好的參數(shù)名 或者使用表達(dá)式；圓心落在原點(diǎn)的投影上；

  從C點(diǎn)向基圓草圖作構(gòu)造線型的切線，并產(chǎn)生O點(diǎn)；繪制普通線型的圓弧，端點(diǎn)落在齒頂圓和 齒根圓上，圓心約束到O點(diǎn)上.

  結(jié)果參見3-141.IPT中的草圖。

       15.12-4 創(chuàng)建基礎(chǔ)特征

   雙向?qū)ΨQ拉伸齒根圓，拉伸距離引用現(xiàn)有參數(shù)“齒寬”；將特征草圖“共享”，雙向?qū)ΨQ拉伸齒 廓草圖；做齒根圓角，半徑為 0.2*模數(shù)，環(huán)形陣列，數(shù)量引用現(xiàn)有的“齒數(shù)”；雙向?qū)ΨQ拉伸分度 圓成為曲面，這是未來嚙合裝配的裝配基準(zhǔn)。

      15.12-5 使用方法

   要將這個(gè)模型保存成模板文件，例如：“直齒圓柱齒輪.IPT”，備用。在需要設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，以這個(gè)模板開始新零件（參見圖3-219），之后就已經(jīng)有基礎(chǔ)模型；

  按這次設(shè)計(jì)的需要，在參數(shù)表中調(diào)整“用戶參數(shù)”,更新后就得到了新齒圈；以Z軸為中心線， 添加其它的結(jié)構(gòu)特征；保存為新的零件文件，結(jié)束。參見3-142.IPT。

      15.12-6 點(diǎn)評

   這樣做，是典型地將比較復(fù)雜造型簡化的方法，其中齒圈部分的模式相同、參數(shù)不同，這恰好是Inventor很善于處理的。而其它結(jié)構(gòu)部分，每個(gè)齒輪設(shè)計(jì)都可能是獨(dú)特的，就在此基礎(chǔ)上另行添 加。嚴(yán)格要求齒圈結(jié)構(gòu)與原始坐標(biāo)系對準(zhǔn)，并作出分度圓圓柱曲面，是為裝配準(zhǔn)備基準(zhǔn)。

    斜齒輪分出左右旋，而不是一個(gè)模型，是因?yàn)椋郝菪�特征是�?chuàng)建斜齒輪牙齒的必要功能，但 Inventor沒有給這個(gè)功能中的“旋向”參數(shù)設(shè)置成可用參數(shù)控制的機(jī)制、僅提供了交互操作下的開 關(guān)機(jī)制。還請注意筆者是怎樣利用“求解螺距”的草圖，利用Inventor的CAGD功能將它不能理解 的原始設(shè)計(jì)參數(shù)螺旋角、轉(zhuǎn)換成它能理解得螺距參數(shù)、并自動關(guān)聯(lián)的。

   用模板保存這種結(jié)果，是一種很方便的途徑。而類似的專業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)境模板，用Inventor做設(shè)計(jì) 的過程中，必將逐漸添加和完善，這也是用戶對Inventor進(jìn)行專業(yè)定制的常用手段。

       15.13 圓錐齒輪設(shè)計(jì)模板

  下面討論的“直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)模板”，是基于GB/T12369-1990和Inventor目前的能力，參見3-143.IPT。其主要技術(shù)方法和未來使用的方法，與圓柱齒輪是雷同的；但因?yàn)閳A錐齒輪在參數(shù)計(jì)算 和齒型控制上有一些自己的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)對于了解齒輪設(shè)計(jì)的人，應(yīng)當(dāng)是很熟悉的一些知識。 筆者在這里只是引用，而沒有詳細(xì)解說。

      15.13-1 設(shè)定基礎(chǔ)參數(shù)

   參見圖3-220，其中，當(dāng)量齒數(shù)值的計(jì)算使用了Cos()表達(dá)式。
      

      15.13-2 齒圈的創(chuàng)建

  齒圈草圖和控制尺寸參見圖3-221。注意以下幾點(diǎn)：
  要把分錐線的端點(diǎn)落在原始坐標(biāo)系的原點(diǎn)投影上，旋轉(zhuǎn)軸就是原始坐標(biāo)系的Z軸。這樣做是為未來的裝配打下基礎(chǔ)；以“分圓錐基線”做出分圓錐的曲面，這是裝配基準(zhǔn)之一；齒圈的其他結(jié)構(gòu)尺寸，如d20、d21，直接用了“大端模數(shù)”值。這可能不是未來設(shè)計(jì)所要的，但可以很容易地在未 來設(shè)計(jì)中修補(bǔ)這個(gè)特征的結(jié)果。

      15.13-3 齒溝的創(chuàng)建

  錐齒輪創(chuàng)建齒溝結(jié)構(gòu)比較方便。幾個(gè)步驟如下：

 ◆做出齒大端的法向面

  利用圖3-221所示的“法向面基線”草圖直線和相關(guān)的齒圈圓錐面，創(chuàng)建工作面，結(jié)果參見“齒 溝法向面”工作面。

 ◆做出齒溝草圖
   在“齒溝法向面”工作面上作草圖，投影齒圈大端棱邊（結(jié)果是橢圓）和原始坐標(biāo)系的Z軸。

做齒頂圓草圖，圓心落在Z軸投影上，直徑為“當(dāng)量齒數(shù)*大端模數(shù)”，并約束其與齒圈大端棱邊投

影相切；之后按常規(guī)完成分度圓、齒根圓和基圓。
  齒溝側(cè)面的草圖和參數(shù)控制，這時(shí)就與一般圓柱直齒輪的規(guī)則一樣（參見上一題目中的描述）；

齒溝輪廓上沿可高出實(shí)際齒圈一些，參見尺寸d32。

 ◆創(chuàng)建齒溝
   具體特征的參數(shù)設(shè)置，參見圖3-222；
   

  完成一個(gè)齒溝之后作出齒根圓角；按“齒數(shù)”參數(shù)陣列，完成模型，存為專用模版文件。

      15.13-4 使用方法

   與圓柱齒輪的例子類似。

       15.14 配重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  許多高速回轉(zhuǎn)使用的零件，需要進(jìn)行配重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)靜平衡。例如3-144.IPT，因?yàn)檫@是個(gè)不對稱的結(jié)構(gòu)，需要在偏心軸的對側(cè)設(shè)置配重結(jié)構(gòu)。為了將來調(diào)整方便，建模時(shí)要注意：

 ◆確保回轉(zhuǎn)軸線落在原始坐標(biāo)系的Z軸上，因?yàn)镮nventor的質(zhì)量屬性是依照原始坐標(biāo)系進(jìn)行 計(jì)算和得出結(jié)果的；

 ◆配重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，草圖約束成對稱結(jié)構(gòu)，以便只要調(diào)整一個(gè)角度參數(shù)，就可以調(diào)整配重的 大小，參見“配重塊”特征的草圖；

 ◆按需要正確設(shè)置零件材料。

   之后，在菜單中“文件(F)”-〉“iPorperties(I)…”-〉“物理特性”選項(xiàng)卡，可見圖 3-223 的結(jié)果。
 
  因?yàn)槲覀儼鸦剞D(zhuǎn)軸放在了Z軸上，如果重心正確，它的X/Y坐標(biāo)就應(yīng)當(dāng)是0。圖示的狀態(tài)，Y坐標(biāo)沒問題，X坐標(biāo)是-0.157mm。在菜單中“視圖(V)”->“重心”，結(jié)果參見圖3-224，可見，當(dāng)前 重心位置偏向了偏心軸一側(cè)，需要調(diào)整。調(diào)整原則是加大配重塊的夾角。

   調(diào)整后重新打開“特性”界面并切換到“物理屬性”選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊“更新”按鈕重新計(jì)算，并 察看結(jié)果重心的位置， 這樣反復(fù)多次，即可將配重塊參數(shù)確認(rèn)下來。

   我們的設(shè)計(jì)結(jié)果是：夾角尺寸55°，重心的X坐標(biāo)為0.01mm。偏向偏心軸的相反一側(cè)，這是考 慮到制造誤差，造成的結(jié)果與設(shè)計(jì)模型不一致，在進(jìn)行平衡的時(shí)候，還可以在這一側(cè)打去重孔進(jìn)行調(diào)整。

          16. 零件造型和特征的小結(jié)

  對于Inventor的特征功能，目前的狀況已經(jīng)可以應(yīng)付大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)（而不僅僅是建立模型） 的需求了。

  能夠基于裝配關(guān)系，簡明地創(chuàng)建關(guān)聯(lián)的特征，進(jìn)而完成關(guān)聯(lián)的零件設(shè)計(jì)。這無疑是CAD軟件中 一種優(yōu)秀的性能，是一種能夠與工程師的設(shè)計(jì)思維順暢整合的性能。在這樣的功能下完成設(shè)計(jì)思維 的表達(dá)、確認(rèn)、調(diào)整和配湊，真的能體驗(yàn)出設(shè)計(jì)過程的快樂。至少對我們來說，這確實(shí)是盼望已久 的了。這是Inventor的特色功能。

   至于造型表達(dá)功能，除了軟件本身的能力之外，最主要的就是使用者對要做的造型的理解和把 握了，而“你怎么制造、我怎么造型”正是說明了這個(gè)道理。相當(dāng)多的人，對于要構(gòu)建的模型還不 甚了解的條件下就開始做，結(jié)果肯定不好。

   就是說，人作為CAD系統(tǒng)的“帥”，連戰(zhàn)術(shù)安排都沒有想好，怎能指揮下面的部隊(duì)打勝仗？用好任何CAD系統(tǒng)的前提都是：人的設(shè)計(jì)能力和對所建模型的理解。

  如圖3-225的3-134.IPT，筆者將其歸入“趣味造型”之列,因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程并不需要如此精細(xì)。
  這是麻花鉆完全真實(shí)的造型。因?yàn)橛辛苏�確的模型，過去很難繪制的工程圖，就成為輕而易舉的事情。傳統(tǒng)方法，甚至在AutoCAD中借助程序，也難以得到該圖如此精致和準(zhǔn)確的結(jié)果。這就是 從三維開始設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)。
      

   這個(gè)模型的困難之處在于螺旋槽的尾部,而鉆頭主后面和修磨橫刃結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，也比較麻煩。 實(shí)際上碰到的困難，應(yīng)當(dāng)還不是軟件的功能不行，而是“人”是否能正確地抽象這些實(shí)際結(jié)構(gòu)、并 找到對應(yīng)的造型方法。還是“規(guī)則”問題。

   如果是個(gè)僅僅“看到過幾次麻花鉆”的人，要求他做好這個(gè)模型，實(shí)在是強(qiáng)人所難，就算是他 的Inventor用的很熟練，也還是不行。俗話說“會者不難”，對于創(chuàng)建零件模型，這個(gè)“會”的第 一條件還不是對Inventor功能的掌握，而是對“這個(gè)設(shè)計(jì)”的理解和掌握。
  例如對于鑄造件的建模，尤其是按照現(xiàn)有的工程圖建模，有時(shí)候是災(zāi)難性的。個(gè)別結(jié)構(gòu)完全無 法實(shí)現(xiàn)。這種現(xiàn)象，常常是使用者從工程圖表達(dá)中“讀出”了一個(gè)不可能結(jié)構(gòu)所致。至于這個(gè)結(jié)構(gòu) 為什么可能實(shí)際制造出來，那就看是怎樣的工藝了。如果是木模-砂型鑄造，實(shí)際制造中可以輕易地 完成目前任何三維軟件都無法正確表達(dá)的“雕塑曲面”。對于木模工人或鑄造工人，做到這些是很簡 單的，因?yàn)槭恰叭恕痹谧�。這樣的事情我們親歷了許多，甚至是在鑄件完成之后，我們的鑄件設(shè)計(jì) 圖才能最后定稿。對于軟件，可就是另外的一回事了，因?yàn)槭恰半娔X”在做，它比人笨得多得多。
  軟件就像一個(gè)巨大的工具箱，里邊有許多亂七八糟的各樣工具，選擇工具的準(zhǔn)確與否，將取決于使用者對工具的理解以及對自己將要進(jìn)行的工作的理解，這是無法回避的。

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