專題小論文挖掘機(jī)斗齒的三維建模方法研究

1、(礦用)挖掘機(jī)斗齒的三維建模方法研究李樂內(nèi)蒙古科技大學(xué) 機(jī)械學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010摘要：本文針對挖掘機(jī)斗齒的外形特點(diǎn)提出一個(gè)斗齒正向建模的思路，著重說明了一般形狀的斗齒在pro/ engineer下的三維參數(shù)化建模方法, 為斗齒的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：挖掘機(jī)斗齒；參數(shù)化建模；pro/engineerabstract: in this paper, made a idea of modeling positive from the shape of the bucket tooth, highlighted the three-dimensional parametric

2、modeling method in pro/e of the usually shape of the excavator bucket teeth, provided the basis of bucket tooths digital design and manufacturers.keywords: excavator bucket teeth; parametric modeling; pro/engineer1. 引 言挖掘機(jī)斗齒是挖掘過程中消耗最多的部件，本文的研究主要用于以下用途：1）對挖掘機(jī)斗齒外形的變更和性能的改進(jìn)；2）斗齒鑄造模具的設(shè)計(jì)；3）逆向設(shè)計(jì)中的三維建模。挖掘機(jī)

3、斗齒的外形一般較為復(fù)雜，大多數(shù)具有內(nèi)腔，且?guī)缀鯖]有多個(gè)可以直接使用的幾何平面作基準(zhǔn)。pro/engineer作為一種功能強(qiáng)大的可用于系列cax（計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)）三維實(shí)體建模的高端軟件系統(tǒng)，應(yīng)用極其廣泛。本文主要研究了圖1所示工程圖中的斗齒在 pro/engineer下的三維建模方法。圖1斗齒工程圖2. 挖掘機(jī)斗齒的形狀特點(diǎn)挖掘機(jī)斗齒是機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品, 外形特征一般都是由基本幾何形狀構(gòu)成的。圖2為斗齒的形狀特征: 圖2斗齒的一般外形圖2中所示的挖掘機(jī)斗齒輪廓明顯屬于對稱圖形, 外部輪廓特征明顯,多數(shù)特征的表面都和基準(zhǔn)平面有垂直或水平關(guān)系, 一般這樣簡單的形狀在cad軟件中可以直接使用簡單的拉

4、伸生成。圖2中所示的主要特征已經(jīng)分為如下幾部分:1 外部特征：1） 主要特征-12） 側(cè)邊槽特征-2 3） 尖部斜面特征-34） 工藝凸臺特征-45） 孔特征-52 內(nèi)壁特征6） 內(nèi)腔特征-67） 內(nèi)腔工藝槽-78） 多處倒圓角3. 特征的創(chuàng)建思路及步驟1) 基礎(chǔ)工作平面的建立。建模開始時(shí)，首先要建立基礎(chǔ)平面。之后通過此平面繪制草圖生成三維實(shí)體特征。本實(shí)例利用軟件在生成零件時(shí)自動建立的三個(gè)平面（front、top和right）作為平面參照進(jìn)行繪圖。2) 主要特征1的生成。后續(xù)的特征生成時(shí)的視圖方向全部參照于圖1。主要特征可以從圖1主視方向或俯視方向用該方向的輪廓草圖直接拉伸而成。幾何特點(diǎn): 主

5、視圖方向上下表面都與front平面有垂直關(guān)系, 前后兩個(gè)側(cè)面都與top平面有垂直關(guān)系。特征的生成:從主視方向的拉伸方法有兩種:拉伸到固定深度后, 用俯視方向的輪廓除料拉伸。創(chuàng)建通過側(cè)表面的平面或曲面, 將主視圖輪廓拉伸到對應(yīng)的平面或曲面。若用俯視圖輪廓拉伸, 由于上下表面由多個(gè)曲面相接, 拉伸之后使用主視圖輪廓除料拉伸的方式最簡單。由于特征4的上下部分的幾何形狀同樣對稱, 所以可以直接包含在front面的草圖中。根據(jù)圖1中主視圖的主要輪廓尺寸參數(shù)繪制出草圖，結(jié)果如圖3左圖，拉伸結(jié)果如圖2右圖所示。 圖3根據(jù)尺寸參數(shù)繪制的草圖及拉伸結(jié)果3) 特征2的生成。由于特征3是建立在特征2的基礎(chǔ)上的, 所

6、以首先要生成特征2。幾何特點(diǎn): 特征2有兩個(gè)由多個(gè)曲面組成的特征面。特征的生成: 根據(jù)其幾何的特點(diǎn), 需要使用拉伸到對象的方式來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)復(fù)雜曲面特征, 同時(shí)由于兩個(gè)復(fù)雜曲面分別與front和top平面有垂直關(guān)系, 故可以在front或top方向的主要特征外的位置創(chuàng)建特征形狀草圖, 再創(chuàng)建與top或front平面垂直的曲面, 最后將草圖拉伸到對應(yīng)的曲面。由于不能直接拉伸到多個(gè)曲面, 所以必須將形狀草圖按對應(yīng)曲面的投影分割為多個(gè)草圖,再分別拉伸到對應(yīng)的曲面, 如果該方向的曲面越多, 過程越繁瑣, 所以應(yīng)該盡量選擇曲面較少的方向。4) 特征3的生成。幾何特點(diǎn): 特征3的主要特征是平面, 并與主要特征

7、和特征2相交。特征的生成: 根據(jù)其幾何特點(diǎn), 應(yīng)該首先建立特征所在的平面, 之后在某個(gè)方向上創(chuàng)建特征形狀在該方向上的投影草圖, 再拉伸到該平面。創(chuàng)建平面的方法有很多, 簡而言之, 只要有滿足建立平面的元素就可以創(chuàng)建, 如3個(gè)點(diǎn), 直線或點(diǎn), 兩直線, 平面和偏距, 穿過確定的直線和夾角等。本實(shí)例中已經(jīng)存在確定該平面的3個(gè)點(diǎn)，可以直接創(chuàng)建平面，如圖4。如果元素不足以創(chuàng)建平面, 則需要通過投影或其他方法找到對應(yīng)的元素。圖4通過三個(gè)點(diǎn)確定基準(zhǔn)平面5) 特征4的生成。幾何特點(diǎn): 特征4的主要面平行于主要特征的側(cè)面, 并且與特征5相交, 由于特征5需要貫穿, 所以特征4要在特征5之前生成。特征的生成:

8、生成該特征的主要方法有兩種。a) 從側(cè)壁偏移出以凸臺的高度為距離的平面, 在其上創(chuàng)建草圖并直接拉伸到側(cè)表面上。b) 通過front平面偏移到主要特征外創(chuàng)建平面, 并在其上創(chuàng)建凸臺形狀的投影草圖, 以固定深度拉伸到實(shí)體內(nèi)部, 再在top方向?qū)⒍嘤嗟牟糠智谐?。由于方?在拉伸后弧形邊緣的位置會出現(xiàn)傾斜, 所以此處應(yīng)該使用方法2。6) 特征5的生成特征5生成很簡單, 只要在front平面建立側(cè)孔的截面草圖, 向兩邊貫穿除料拉伸即可。7) 特征6的生成。幾何特點(diǎn): 該特征為斗齒的內(nèi)腔, 內(nèi)腔的上下面與front平面垂直, 內(nèi)腔的側(cè)面與top平面垂直。特征的生成: 根據(jù)其特點(diǎn), 可以選擇主視和俯視兩個(gè)拉

9、伸方向, 由于上下面和側(cè)面都與基準(zhǔn)平面具有一定的夾角, 所以要先創(chuàng)建上下面的平面或左右面的平面或曲面, 對象面的建立方法很多, 如在主視圖繪制截面草圖后, 可以直接通過穿過草圖的側(cè)邊并垂直于對應(yīng)基準(zhǔn)面建立, 或者將截面的側(cè)面的對應(yīng)邊線向上下投影等, 然后在俯視圖繪制出截面草圖, 將其拉伸到對應(yīng)的側(cè)面平面。8) 特征7的生成幾何特點(diǎn): 內(nèi)腔底部的一個(gè)凹槽, 形狀對稱。此特征的生成方法很簡單, 由于形狀對稱, 可以在front面上創(chuàng)建草圖, 并向兩邊拉伸至固定寬度, 然后倒圓角即可。9) 多處倒圓角大部分倒圓角只要選擇邊即可, 特征3上面的圓角半徑較大, 需要面與邊的倒圓角, 要注意的是, 如果倒圓角中的面與其他面相交, 若要使圓角向外延伸, 則必須先對與這個(gè)面相交的面之間倒圓角, 一般倒圓角會沿著相切的曲線或曲面延伸。在多次倒圓角時(shí), 若多個(gè)圓角相交疊, 還要注意一個(gè)次序的問題, 因?yàn)閷?shí)體圓角特征的生成是依賴于已經(jīng)存在的特征的, 不同的交疊次序可能會出現(xiàn)不同的圓角效果。4. 結(jié)論本文通過分析一般挖掘機(jī)斗齒的外形特點(diǎn)提