圆柱凸轮的建模及保证槽宽的方法

孙晓燕 王胜曼 牛博英 蒋义然

摘要： 本文主要基于ugnx 12.0软件，针对圆柱凸轮零件进行建模，分析加工槽宽的不同的建模方法对槽的精度的影响，并提出保证加工精度的加工方案。另外就是关于在圆锥面上尽力螺旋槽的方法。关于软件绘制的精度问题，是很多ug初学者的难点，也是历届三维大赛的重点考察内容之一。

关键词： ug;建模;精度;螺旋槽

课题号：JG2019603   课题名称：基于TRIZ理论的大学生创新创业研究与实践

一、 引言

四轴圆柱凸轮零件具有常见机械零件三维建模中的常见重要特征，利用本例可以展示凸轮的展开线建模方法，凸轮槽的绘制和螺旋槽的建立，这些对于初学及有一定ug软件应用基础的人来讲，都有一定的难度。本例最难点在于凸轮槽的建模精度的保证。关于凸轮槽的建模，其轮廓的绘制并不是太难，难点在于要求的第三条，Φ94.6mm和凸轮槽宽10mm需保证。根据建模方法的不同，误差的大小也不同。

二、 建模过程

1.首先利用旋转命令绘制高度85mm和130mm的主体轮廓。

2.绘制凸轮槽展开线：凸轮的建立方法有多种，选择合适的建模方法可以简化制图过程，本文采用展开线的方法利用规律曲线方式绘制槽。因此确定在XOY平面内绘制规律曲线的中心线，然后利用对称偏置5mm，即得到三条轮廓线。

3.利用表达式输入以下参数：r：114.6/2;t：1;xt：r*cos（360*t）;yt：r*sin（360*t）。

4.插入规律曲线。“菜单”——“插入”——“曲线”——“规律曲线”，按如图进行设置，其中Z规律曲线选择刚才绘制的轮廓线，如此便可将三条曲线缠绕在圆柱上，如下图。

5.制作凸轮槽：凸轮槽的创建方法可以多种，但是不同的建模方法，难以保证槽的宽度。

方法一：按照扫掠的方法，首先在XOZ平面内绘制扫掠截面草图。利用扫掠命令，选择刚才绘制的草图曲线作为截面曲线，利用缠绕线的中线作为引导线，即可得出实体，然后利用求差命令可得出槽的形状。利用测量命令，可以看出凸轮槽上下两个面的距离为9.576mm。而题目要求的距离为10mm，可以得出此种方法绘制的误差有0.43mm之多，显然误差较大。

方法二：提取出圆柱外圆面，利用面的偏置来实现槽的制作。

“插入”——“偏置”——“偏置曲面”命令，选择单个面——外圆柱面，偏置距离为0 ，即可提取出圆柱面，隐藏实体。利用“修剪片体”命令，删去片体上下部分，剩余中间轮廓曲面。点击“加厚”命令，选择片体为加厚面，偏置1：2.5（默认，大于0即可），偏置2：-10（槽的深度），得到如下实体。显示圆柱实体，与刚才的槽实体求差，得到轮廓形状，再次利用“测量”命令，测得凸轮槽宽最小距离为9.8713mm，比方法一的精度有所提高。

方法三：只利用缠绕线的一条中线，按照零件的加工工艺分析，相当于用一把成形刀具沿着缠绕中线的路径对工件进行加工。首先绘制经过中线的草图截面，利用回转命令形成假象刀具。

“插入”——“扫掠”——“扫掠体”命令，工具体选择上图的刀具体，刀轨选择中心缠绕线，扫掠方位：垂直于路径，求差可得槽。再次利用测量命令，可以得出，槽的上下两面的距离为9.9998mm，精确三位小数为10.000mm，完全符合要求，可见，此种方法绘制的槽的精度可以满足设计要求。最后绘制Φ94.6mm的圆柱与实体求和即可，求和过程中如有报错，可适当放大公差。

6.制作上部的螺旋槽。根据题目分析可以看出，此部分螺旋槽是双头的，螺距为40m。此部分可以利用螺旋线命令，指定坐标系选择WCS，螺旋线的直径为114.6mm，螺距40mm，起始限制为80mm，终止限制为130mm，可得下图螺旋线。在螺旋线起点创建一个直径16mm的球作为扫掠的刀具体，再次利用扫掠体命令，将球沿着螺旋线进行扫掠，即可得到螺旋槽。然后利用“关联复制”中的“阵列面”功能，将螺旋面按圆形180度阵列，即可得到双头螺旋线。

7.绘制上部中心Φ60mm，高65mm的孔，下部制作带键槽的孔。最后倒斜角，可得完整图形。利用“视图”——“编辑对象显示”命令，将槽底部更改为绿色。

8.测量其面积为3368.3633。完全符合题目要求。最后测量模型体积为9697.24，在误差允许范围内，符合要求。

本文以圆柱凸轮建模进行分析，其难点在于槽的宽度的精度的确定，经过以上论述可以看出，不同的建模方法，槽的精度是有較大差别的。

参考文献：

1、天工在线，UG NX 12.0中文版从入门到精通AutoCAD教程CAD 实战案例视频版，水利水电出版社

2、CAD/CAM/CAE技术联盟，UG NX 12.0中文版从入门到精通，清华大学出版社，2019.05