轴类零件CAD实体造型方法与技巧

摘要：对于工程上较为复杂的零件，利用CAD软件对其进行实体造型，有利于直观、清晰地研究其结构，化解绘图、读图中的难点。因此，以输出轴为例，探讨了轴类零件CAD实体造型的方法与技巧，以提高三维造型的效率。

关键词：轴类零件；CAD；实体造型；方法；技巧

科技的发展带给计算机技术更大的进步[1]，CAD技术已在机械产品的设计和图形绘制中广泛应用。在三维CAD技术中，直观与立体是比较显著的特征，被机械设计建模广泛使用[2]。利用其对零件进行三维造型，可直观展现零件的空间结构。轴类零件是机械零件中的关键零件之一，主要结构是具有公共回转轴线的回转面，其上有键槽、螺纹和孔等。为了提高绘图与设计效率，以某输出轴的造型过程为例，探讨利用CAD软件对轴类零件进行实体造型的方法与技巧。

1分析轴的零件图

本例的输出轴零件图包括1个表达主要结构的主视图和3个表达细节结构的移出断面图，如图1所示。它的结构较为复杂，主体为具有公共轴线的回转体，其上有2个键槽，1个圆柱形通孔，1个矩形凹槽，另外还有3个退刀槽和2处倒角。

2创建轴的三维实体

通过分析确定对输出轴三维造型的思路是先生成轴的主体部分，再完善细节结构。轴的主体利用旋转命令由面绕着轴线回转而成。对于键槽和凹槽等细节结构，可以利用按住并拖动、拉伸或建模命令创建出小的实体，然后移动至轴上的正确位置。最后，运用布尔交集运算挖切而成。

2.1绘制轴的外轮廓

在二维视图中绘制轴线及其一侧外轮廓组成的多边形，如图2所示。此例中的图线可以用直线或者多段线来绘制。绘制时要注意：一是此多边形为闭合的，不能有缺口或者多余的图线，否则后续无法成功定义面域；二是最好绘制出轴上的倒角结构，这样可以免去在主体创建后进行三维倒角的操作，提高造型速度。

2.2生成轴的主体结构

2.2.1设置三维绘图环境为了便于全方位观察立体，要调出三维造型所用工具栏，创建三维造型环境。点击“视图”工具栏中的按钮，设置当前视图为西南等轴测视图。

2.2.2创建面域点击“面域”命令，命令行提示“选择对象”后选中如图2所示的所有图线，而后命令行提示“已创建一个面域”，则定义面域成功。利用“视觉样式”工具栏中的按钮，可以查看其更加真实的状态，已完成的面域a如图3所示。

2.2.3生成实体点击“建模”中的旋转命令，拾取已定义好的面域为旋转对象，指定A、B为旋转轴的两个端点，角度选择默认的360°完成主体的造型，如图3实体a’所示。

2.3创建槽和孔的挖切实体

2.3.1绘制槽的轮廓点击视图工具栏上的“俯视”按钮切换至二维绘图状态。绘制或者从已有零件图中选取并修改完成如图4所示槽的轮廓图形。其中：区域b的总长为16mm，圆弧直径为5mm；区域c的总长为16，圆弧直径为6mm；区域d的矩形长度为12mm，宽度为4mm。

2.3.2创建挖切实体如图4所示，这3个轮廓都是封闭图形，在三维绘图状态可以利用“按住并拖动”命令创建实体，实体的高度尺寸取决于槽所在的圆柱体直径和槽深尺寸。区域b向上拉伸3mm，创建为实体b’；区域c向上拉伸3mm，创建为实体c’；区域d向上拉伸等直径长20mm，创建为实体d’；点击“建模”工具栏中的“圆柱体”命令，创建半径为3mm、高度为20mm的圆柱实体e’。至此，4个要挖切的小实体创建完成，如图5所示。

2.4生成轴的实体

2.4.1移动挖切实体至正确位置分析零件图可知，实体b’、c’、d’在轴主体上的方向是一致的，而实体e’与它们有90°的旋转角度，所以先移动相对简单的前3个实体。拾取实体b’的中点1移动至轴主体的象限点1处，再运用“移动”命令，沿X轴向负方向移动16mm；拾取实体c’的中点2移动至轴主体的象限点2处，再沿X轴向负方向移动14mm；拾取实体d’的中点3移动至轴主体右端¢20的象限点3处，沿X轴向正方向移动1mm。至此，前3个实体都完成移动。下面移动小圆柱实体。由于小圆孔轴线的方向与键槽的方向有90°的夹角，所以对小圆柱要先旋转至正确方向再移动。运用“三维旋转”命令，以小圆柱的底圆圆心为基点，绕X轴旋转90°，然后运用“移动”命令拾取小圆柱的圆心O移动至象限点4处。拾取圆心O沿X轴向正方向移动20mm，这样4个小的实体均移动至轴主体的正确位置上。

2.4.2进行布尔运算完成轴的实体点击“建模”工具栏的“差集”命令，先选取轴的主体，再依次选取4个小实体完成轴的造型，如图6所示。

3绘图技巧与注意问题

在造型的各个环节，实体创建的方法不唯一，容易出现的错误操作也较多。只有熟练掌握各工具及命令的使用，才能选择最优的设计造型过程，从而快速准确地完成设计。结合本文实例，有以下几处需要特别注意。

3.1创建轴的主体结构

可以先对轴的各段基本体建模，然后移动至相对正确的位置并集完成，也可以利用旋转命令生成实体的方法完成，其中后者的绘图效率更高。（4）磨损问题。虽然已经采取了诸多措施，但在工作中锅炉所受的磨损仍然很大，而受热面的磨损会严重影响锅炉的工作状态。（5）对一些辅助设备有着较高的要求。（6）低污染燃烧问题。对于脱硫剂的利用方面和最合适的脱硫温度等方面都有待深入研究。

3.2封闭图形的绘制

在绘制后续用来旋转生成实体的封闭图形时，可以用多段线命令绘制。这样不必定义面域，直接可旋转为实体。若是已有绘制好的二维零件图，则可以在二维视图中关闭不需要的图层，只保留粗实线与点画线，然后复制粘贴至新建的文件中修改得到。这种情况下要尤其注意定义面域提示成功后方能旋转实体，否则生成的是空心的外壳，后续无法进行布尔运算。

3.3局部挖切实体的造型

例如，挖切键槽的实体。一是可以利用2个圆柱体和1个长方体并集生成；二是可以直接用在封闭图形上利用“按住并拖动”命令直接生成，也可以先把封闭图形定义成面域，然后利用“建模”工具栏的“拉伸”命令完成。

3.4实体的移动

移动小实体至目标位置时，可以先移动至目标位置附近的象限点，再沿坐标轴移动至正确位置，也可利用画辅助线来完成。例如，在移动最左边挖切键槽实体时，先以象限点1为起始点，沿X轴负方向绘制16mm长的直线，然后拾取实体b’的中点1移动至此直线的左端点处，即完成移动。

3.5特殊点的拾取

在捕捉目标点时，如果是处于概念视觉样式，往往会误选附近的特殊点，那么就会导致造型错误。若设置视觉样式为三维线框，实体的主要轮廓都可见，则可以避免此类问题的产生。同时，利用动态观察命令调整实体的观察角度，也有助于快速准确找到目标点。

3.6轴的着色与渲染

轴的实体创建成功后，可以继续对其进行着色或渲染，以使实体更加具有真实感与形象感。

4结语

通过CAD制图技术的应用可以大大节省设计人员的工作量，使设计内容更加生动、形象地展现出来[3]。三维CAD技术有效提升了机械设计水平，加快了智能化工业发展[4]。在利用CAD创建轴类零件的实体时往往有多种方法，要学会分析零件图，构思轴的结构形状，先完成轴的主体结构，再剖析细节，从而完善具体结构的创建。

参考文献

[1]张飞飞.三维CAD技术在机械设计中的应用探究[J].农机使用与维修，2019，（12）：5-6.

[2]朱万鹤.三维CAD技术在机械设计中的应用研究[J].内燃机与配件，2020，（6）：230-231.

[3]孙晓红.CAD三维制图技术的应用与效果分析[J].机械管理开发，2019，（9）：273-274.

[4]赵小刚.机械设计中三维CAD技术的应用策略探析[J].现代制造技术与装备，2020，（4）：197，203.

作者：于淑静 韩加好 单位：连云港职业技术学院