本文探討了用SolidWorks實現螺旋面機械零件的三維實體建模技術相關內容。

　　1螺旋面機械零件建模分析

　　圓柱螺旋面機械零件的螺旋部分由螺旋實體和螺旋槽組成，用通過螺旋面機械零件軸線的平面截切，截螺旋實體和螺旋槽分別得到其截面，截面的輪廓稱之為"軸截面輪廓"。用垂直于螺旋面機械零件軸線的平面截切，可分別得到螺旋實體和螺旋槽的截面，截面的輪廓稱之為"垂截面輪廓"。

　　螺旋面機械零件的螺旋實體部分，可以認為是由螺旋實體的軸截面或垂截面沿螺旋線掃描拉伸的軌跡。螺旋槽同樣也可以認為是螺旋槽的軸截面或垂截面沿螺旋線掃描切除的軌跡。

　　SolidWurks是基于特征的三維軟件。其建模特征是在圖形的輪廓的基礎上進行的。在其螺旋特征的生成過程中，需要設置螺旋線的一些要素和掃描截面輪廓以及生成方式。螺旋線的要素包括定義方式(螺距和圈數、高度和圈數、高度和螺距)、旋向(左旋、右旋)、生成方向，此外還可以生成錐形等螺距螺旋線。截面輪廓分為2種，即軸截面輪廓和垂截面輪廓。生成方式包括2種，掃描拉伸和掃描切除。

　　通過利用SolidWorks中掃描特征，根據螺旋面機械零件的特點，合理地進行設置，即可生成所需的三維實體模型。

　　2螺旋面機械零件的建模方法

　　通過具體的螺旋面機械零件，闡述了利用SolidWorks中掃描特征進行建模的方法。

　　2.1螺紋零件的三維建模

　　圖1為普通螺紋的圖樣，其螺紋部分的軸截面如圖1局部剖面圖所示，為等邊三角形切除頂部(實際情況是等邊三角形的頂部是圓角，主要原因為刀具磨損)，這樣就成了一梯形。垂截面輪廓比較復雜，因此應以軸截面輪廓作為掃描截面輪廓，以螺旋線為掃描路徑進行掃描拉伸(掃描切除)來生成螺紋特征。

　　以軸截面輪廓作為掃描輪廓進行掃描拉伸的主要操作步驟(以M=20·2.5)為例。

　　(1)利用拉伸特征命令，生成直徑等于螺紋小徑d1=17.294 mm, h=30 mm的圓柱基體;

　　(2)在圓柱面上生成螺距P=2.5 mm的螺旋線，螺旋線直徑為17.294 mm;

　　(3)在通過軸線的某一平面上做出螺紋的軸截面輪廓，要求螺紋軸截面輪廓(梯形的長底邊)和圓柱與軸截面所在平面的交線重合;

　　(4)用掃描拉仲特征命令，以螺紋軸截面輪廓為掃描輪廓，以螺旋線為掃描路徑，生成螺紋的三維建模。

　　利用掃描切除來生成，主要操作步驟如下:

　　①利用拉伸特征命令生成D=20 mm, h =30mm的圓柱基體;②在圓柱上生成螺距p=2.5 mm的螺旋線，螺旋線直徑為17.294 mm;③在通過軸線某一平面上做出螺紋槽的軸截面輪廓，要求槽的軸截面輪廓(梯形的長底邊)和圓柱與軸截面所在平面的交線重合;④用掃描切除特征命令，以螺紋槽軸截面輪廓為掃描輪廓，以螺旋線為掃描路徑，生成螺紋的三維建模。

　　上述2種方法所生成的結果是一樣的。但有些結構，如螺紋零件的螺尾、麻花鉆頭的溝槽尾部，軸齒輪的退刀部分等，這些結構呈漸淺狀態。在生成尾部時，需改變螺旋線的生成方式。

　　帶螺尾的普通螺紋(以M=20·2.5為例，P=2.5 mm時，收尾x=6.3)。建模步驟如下:

　?、倮美焯卣髅钌蒁=20 mm, h=40rnrn的圓柱基體;②在圓柱上生成螺距P= 2.5 mm的螺旋線，螺旋線直徑為17.294。;③在螺旋線的終端生成錐形螺旋線(錐度外張，a=12.120,p = 2.5mm,h=6.3 mm)，錐狀螺旋線起始直徑d二17.294InIn，起始角度和前螺旋線的結束角度相同，其余參數相同，利用組合曲線工具將2個螺旋線合并成新的螺旋組合曲線;④在通過軸線某一平面上做出螺紋槽的軸截面輪廓，要求槽的軸截面輪廓(梯形的長底邊)和圓柱與軸截面所在平面的交線重合;⑤用掃描切除的方法生成螺紋和螺紋尾部，以螺紋槽的軸截面輪廓為掃描輪廓，以螺旋組合曲線為掃描路徑，生成螺紋的三維建模(見圖2)。

　　利用2次掃描切除，步驟如下:

　?、偕陕菁y部分，方法如前所述;②在螺旋線末端生成錐狀螺旋線，參數如上所述，要求此錐狀螺旋線的起始角度同前螺旋線的結束角度相同;③利用草圖繪制中轉換實體引用工具，將螺紋槽末端槽形轉換成草圖，以此草圖為掃描輪廓，錐形螺旋線為掃描路徑，利用掃描切除特征命令生成螺紋收尾部分。

　　2.2圓柱抖齒輪吹三維建模

　　以漸開線斜齒輪為例(見圖3)，齒輪的齒面呈螺旋狀。斜齒輪的端面齒廓為漸開線，端面齒廓可由斜齒輪的有關計算公式算出相應參數，而其軸截面輪廓復雜難畫，因此以端面齒廓作為截面輪廓。三維建模有3種方法:①作出齒輪的圓柱基體(直徑為齒根圓直徑)，然后用一個齒廓進行掃描拉伸，而后進行陣列;②作出齒輪的圓柱基體(直徑為齒頂圓直徑)，然后用一個齒槽進行掃描切除，而后進行陣列;③作出端面齒廓，然后進行掃描拉伸。第3種方發比較好。

　　端面建模，掃描拉伸圓柱斜齒輪的三維模型，主要步驟如下(例:斜齒輪的參數mn=2 mm,z=25 ,han*=1，cn*=0.25, αn=20°,β=15°:

　　(1)按給出的法面模數mn,齒數z、螺旋角β、壓力角αn等參數計算出分度圓直徑d = zmn/cos β=51.7638mm,螺旋線螺距P=πd/tanβ=606.909mm.

　　(2)作螺旋線，螺旋線螺距P=606.909 mm，螺旋線直徑d=51.7638 mm，導人端面齒廓圖(此步驟下文有解釋);

　　(3)用掃描拉伸特征命令，以端面齒廓為掃描截面，以螺旋線為掃描路徑生成三維模型，而后再用拉伸切除特征命令生成軸孔和鍵槽。

　　對于帶退刀結構的軸齒輪，其退刀部分的溝槽逐漸變淺，可以利用生成螺紋的螺紋尾部相同的方法完成此退刀槽三維建模。主要步驟如下(例:mn=2 mm, z=10, han*=1，cn*=0.25, αn=20°, β=20°):

　　(1)按給出的法面模數mn、齒數z、螺旋角β、壓力角an等參數計算出分度圓直徑d=zmn/cosβ=21.284 mm,螺旋線導程P=πd/tan β=183.712二，齒頂圓直徑da=d + 2mnhmn*== 25.284，用拉伸特征命令生成直徑為25.284 mm的圓柱;

　　(2)在圓柱的底面上導人單個軸齒輪槽的垂截面，在圓柱上生成螺距183.712 mm,螺旋直徑21.284 mm的螺旋線，用掃描切除特征命令，以軸齒輪槽垂截面輪廓為掃描輪廓，螺旋線為路徑進行掃描切除;

　　(3)在螺旋線的末端生成錐形螺旋線(錐度外張取角度a=15°)，其余參數和前一條螺旋線一致，起始角度和前螺旋線的終了角度相同;

　　(4)利用草圖繪制中轉換實體引用工具將齒槽末端槽形轉換成草圖，并以此草圖為掃描切除的輪廓線，以錐形螺旋線為路徑進行掃描切除，即得到軸齒輪尾部的退刀部分;

　　(5)陣列齒槽和退刀部分，即可得到所需要的三維軸齒輪建模(見圖4)。

　　也可利用組合曲線工具將2個螺旋線合并成1條曲線進行掃描切除。

　　3調用CAXA繪制齒廓圖形

　　CAXA電子圖板是我國目前自主版權的CAD軟件系統，它簡單易學、操作方便，支持多種標準數據接口，能方便地和AutoCAD進行文件交換。調人齒廓圖形的步驟如下:

　　(1)在CAXA中用齒輪生成的命令生成完整端面齒廓圖(也可以是單個齒廓)，然后將此圖用"*.dwg"格式輸出;

　　(2)在SolidWorks中執行"打開"命令，在出現的對話框中選擇"* . dwg"，然后將CAXA輸出的"*.dwg"文件打開，輸人到零件中，在輸人數據單位中選擇"mm"。這樣完整的端面齒廓圖繪制完畢。

　　4結語

　　通過實例，利用SolidWorks的特征建模功能，快速地繪制螺旋面機械零件的三維模型，且針對其中的漸變部位提出了可行的處理技術，對機械三維標準件庫的建立提供了技術支持，具有一定實用價值。

　　用SolidWorks畫螺旋面的關鍵是選擇好輪廓，應根據零件的特征，確定采用垂截面輪廓或軸截面輪廓，以使所畫截面輪廓圖形盡量簡單，這樣不但繪圖方便，也為參數化設計提供技術參考。