軸類零件CAD實體造型方法與技巧

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摘要：對于工程上較為復雜的零件，利用cad軟件對其進行實體造型，有利于直觀、清晰地研究其結構，化解繪圖、讀圖中的難點。因此，以輸出軸為例，探討了軸類零件CAD實體造型的方法與技巧，以提高三維造型的效率。

關鍵詞：軸類零件；CAD；實體造型；方法；技巧

科技的發展帶給計算機技術更大的進步[1]，CAD技術已在機械產品的設計和圖形繪制中廣泛應用。在三維CAD技術中，直觀與立體是比較顯著的特征，被機械設計建模廣泛使用[2]。利用其對零件進行三維造型，可直觀展現零件的空間結構。軸類零件是機械零件中的關鍵零件之一，主要結構是具有公共回轉軸線的回轉面，其上有鍵槽、螺紋和孔等。為了提高繪圖與設計效率，以某輸出軸的造型過程為例，探討利用CAD軟件對軸類零件進行實體造型的方法與技巧。

1分析軸的零件圖

本例的輸出軸零件圖包括1個表達主要結構的主視圖和3個表達細節結構的移出斷面圖，如圖1所示。它的結構較為復雜，主體為具有公共軸線的回轉體，其上有2個鍵槽，1個圓柱形通孔，1個矩形凹槽，另外還有3個退刀槽和2處倒角。

2創建軸的三維實體

通過分析確定對輸出軸三維造型的思路是先生成軸的主體部分，再完善細節結構。軸的主體利用旋轉命令由面繞著軸線回轉而成。對于鍵槽和凹槽等細節結構，可以利用按住并拖動、拉伸或建模命令創建出小的實體，然后移動至軸上的正確位置。最后，運用布爾交集運算挖切而成。

2.1繪制軸的外輪廓

在二維視圖中繪制軸線及其一側外輪廓組成的多邊形，如圖2所示。此例中的圖線可以用直線或者多段線來繪制。繪制時要注意：一是此多邊形為閉合的，不能有缺口或者多余的圖線，否則后續無法成功定義面域；二是最好繪制出軸上的倒角結構，這樣可以免去在主體創建后進行三維倒角的操作，提高造型速度。

2.2生成軸的主體結構

2.2.1設置三維繪圖環境為了便于全方位觀察立體，要調出三維造型所用工具欄，創建三維造型環境。點擊“視圖”工具欄中的按鈕，設置當前視圖為西南等軸測視圖。

2.2.2創建面域點擊“面域”命令，命令行提示“選擇對象”后選中如圖2所示的所有圖線，而后命令行提示“已創建一個面域”，則定義面域成功。利用“視覺樣式”工具欄中的按鈕，可以查看其更加真實的狀態，已完成的面域a如圖3所示。

2.2.3生成實體點擊“建模”中的旋轉命令，拾取已定義好的面域為旋轉對象，指定A、B為旋轉軸的兩個端點，角度選擇默認的360°完成主體的造型，如圖3實體a’所示。

2.3創建槽和孔的挖切實體

2.3.1繪制槽的輪廓點擊視圖工具欄上的“俯視”按鈕切換至二維繪圖狀態。繪制或者從已有零件圖中選取并修改完成如圖4所示槽的輪廓圖形。其中：區域b的總長為16mm，圓弧直徑為5mm；區域c的總長為16，圓弧直徑為6mm；區域d的矩形長度為12mm，寬度為4mm。

2.3.2創建挖切實體如圖4所示，這3個輪廓都是封閉圖形，在三維繪圖狀態可以利用“按住并拖動”命令創建實體，實體的高度尺寸取決于槽所在的圓柱體直徑和槽深尺寸。區域b向上拉伸3mm，創建為實體b’；區域c向上拉伸3mm，創建為實體c’；區域d向上拉伸等直徑長20mm，創建為實體d’；點擊“建模”工具欄中的“圓柱體”命令，創建半徑為3mm、高度為20mm的圓柱實體e’。至此，4個要挖切的小實體創建完成，如圖5所示。

2.4生成軸的實體

2.4.1移動挖切實體至正確位置分析零件圖可知，實體b’、c’、d’在軸主體上的方向是一致的，而實體e’與它們有90°的旋轉角度，所以先移動相對簡單的前3個實體。拾取實體b’的中點1移動至軸主體的象限點1處，再運用“移動”命令，沿X軸向負方向移動16mm；拾取實體c’的中點2移動至軸主體的象限點2處，再沿X軸向負方向移動14mm；拾取實體d’的中點3移動至軸主體右端¢20的象限點3處，沿X軸向正方向移動1mm。至此，前3個實體都完成移動。下面移動小圓柱實體。由于小圓孔軸線的方向與鍵槽的方向有90°的夾角，所以對小圓柱要先旋轉至正確方向再移動。運用“三維旋轉”命令，以小圓柱的底圓圓心為基點，繞X軸旋轉90°，然后運用“移動”命令拾取小圓柱的圓心O移動至象限點4處。拾取圓心O沿X軸向正方向移動20mm，這樣4個小的實體均移動至軸主體的正確位置上。

2.4.2進行布爾運算完成軸的實體點擊“建模”工具欄的“差集”命令，先選取軸的主體，再依次選取4個小實體完成軸的造型，如圖6所示。

3繪圖技巧與注意問題

在造型的各個環節，實體創建的方法不唯一，容易出現的錯誤操作也較多。只有熟練掌握各工具及命令的使用，才能選擇最優的設計造型過程，從而快速準確地完成設計。結合本文實例，有以下幾處需要特別注意。

3.1創建軸的主體結構

可以先對軸的各段基本體建模，然后移動至相對正確的位置并集完成，也可以利用旋轉命令生成實體的方法完成，其中后者的繪圖效率更高。（4）磨損問題。雖然已經采取了諸多措施，但在工作中鍋爐所受的磨損仍然很大，而受熱面的磨損會嚴重影響鍋爐的工作狀態。（5）對一些輔助設備有著較高的要求。（6）低污染燃燒問題。對于脫硫劑的利用方面和最合適的脫硫溫度等方面都有待深入研究。

3.2封閉圖形的繪制

在繪制后續用來旋轉生成實體的封閉圖形時，可以用多段線命令繪制。這樣不必定義面域，直接可旋轉為實體。若是已有繪制好的二維零件圖，則可以在二維視圖中關閉不需要的圖層，只保留粗實線與點畫線，然后復制粘貼至新建的文件中修改得到。這種情況下要尤其注意定義面域提示成功后方能旋轉實體，否則生成的是空心的外殼，后續無法進行布爾運算。

3.3局部挖切實體的造型

例如，挖切鍵槽的實體。一是可以利用2個圓柱體和1個長方體并集生成；二是可以直接用在封閉圖形上利用“按住并拖動”命令直接生成，也可以先把封閉圖形定義成面域，然后利用“建模”工具欄的“拉伸”命令完成。

3.4實體的移動

移動小實體至目標位置時，可以先移動至目標位置附近的象限點，再沿坐標軸移動至正確位置，也可利用畫輔助線來完成。例如，在移動最左邊挖切鍵槽實體時，先以象限點1為起始點，沿X軸負方向繪制16mm長的直線，然后拾取實體b’的中點1移動至此直線的左端點處，即完成移動。

3.5特殊點的拾取

在捕捉目標點時，如果是處于概念視覺樣式，往往會誤選附近的特殊點，那么就會導致造型錯誤。若設置視覺樣式為三維線框，實體的主要輪廓都可見，則可以避免此類問題的產生。同時，利用動態觀察命令調整實體的觀察角度，也有助于快速準確找到目標點。

3.6軸的著色與渲染

軸的實體創建成功后，可以繼續對其進行著色或渲染，以使實體更加具有真實感與形象感。

4結語

通過CAD制圖技術的應用可以大大節省設計人員的工作量，使設計內容更加生動、形象地展現出來[3]。三維CAD技術有效提升了機械設計水平，加快了智能化工業發展[4]。在利用CAD創建軸類零件的實體時往往有多種方法，要學會分析零件圖，構思軸的結構形狀，先完成軸的主體結構，再剖析細節，從而完善具體結構的創建。

參考文獻

[1]張飛飛.三維CAD技術在機械設計中的應用探究[J].農機使用與維修，2019，（12）：5-6.

[2]朱萬鶴.三維CAD技術在機械設計中的應用研究[J].內燃機與配件，2020，（6）：230-231.

[3]孫曉紅.CAD三維制圖技術的應用與效果分析[J].機械管理開發，2019，（9）：273-274.

[4]趙小剛.機械設計中三維CAD技術的應用策略探析[J].現代制造技術與裝備，2020，（4）：197，203.

作者：于淑靜 韓加好 單位：連云港職業技術學院