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创建轴类零件：花键结构的建模过程

时间：2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】：轴类零件的各组成部分多是同轴线回转体，且轴向尺寸大于径向尺寸，从总体上看是细而长的回转体。图4-47 轴的二维工程图参见光盘光盘\视频教学\第4章\轴类零件的创建.avi整个轴的建模过程如图4-48所示。图4-54 键槽效果图4-55 铣花键的专用成型铣刀在这个零件的造型中使用“切除-扫描”的方法创建花键结构。选择直径32mm轴段的左端面，单击“草图绘制”按钮将其作为草绘平面创建草图。

创建轴类零件：花键结构的建模过程

轴类零件的各组成部分多是同轴线回转体，且轴向尺寸大于径向尺寸，从总体上看是细而长的回转体。根据设计和工艺上的要求，这类零件多带有键槽、轴肩、螺纹、退刀槽、中心孔等局部结构。

从技术发展的角度和设计需求的角度考虑，在建模过程中要实现设计构思的却是表达，就必须依照“轴截面草图轮廓”，使用“旋转”创建轴这样的表达，而不能一节节地使用“拉伸”来创建轴。这样，在后面的设计配凑过程中，能够用修改轴截面草图轮廓，准确自如地修改轴的结构和尺寸。可见，“看起来”像一根轴，可是因为使用了不同的特征建模，对于设计的支持可能是有很大区别的。

下面要做一个轴类零件，如图4-47所示。

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图4-47 轴的二维工程图

参见光盘

光盘\视频教学\第4章\轴类零件的创建.avi

整个轴的建模过程如图4-48所示。

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图4-48 轴的建模过程

978-7-111-47125-7-Chapter04-374.jpg新建文件

启动Solidworks 2014，选择菜单栏中的“文件”→“新建”命令或单击工具978-7-111-47125-7-Chapter04-375.jpg，在打开的“新建Solidworks文件”对话框中，选择“零件”按钮，单击“确定”按钮。

978-7-111-47125-7-Chapter04-376.jpg创建轴基础造型

978-7-111-47125-7-Chapter04-377.jpg在FeatureManager设计树中选择”前视基准面”，单击“草图绘制”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-378.jpg，将其作为草绘平面。

978-7-111-47125-7-Chapter04-379.jpg使用草图绘制工具创建草图，一开始不必追求正确的尺寸，只要几何关系正确就行。

978-7-111-47125-7-Chapter04-380.jpg单击“智能尺寸”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-381.jpg，给草图加上驱动尺寸，如图4-49所示。应当先标注轴的全长125mm，再标注细节。这样做可以有效避免草图轮廓在添加驱动尺寸前几何关系的变化。

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图4-49 轴截面草图轮廓

978-7-111-47125-7-Chapter04-383.jpg单击“旋转凸台/基体”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-384.jpg，选择125mm长度的直线作为旋转轴。

978-7-111-47125-7-Chapter04-385.jpg单击“确认”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-386.jpg，完成轴的基础造型。

978-7-111-47125-7-Chapter04-387.jpg单击“倒角”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-388.jpg，打开“倒角”属性管理器。

978-7-111-47125-7-Chapter04-389.jpg选择倒角类型为：“角度距离”；在图标978-7-111-47125-7-Chapter04-390.jpg右侧的“距离”微调框中输入倒角距离为1mm；在图标978-7-111-47125-7-Chapter04-391.jpg右侧的“角度”微调框中输入倒角角度为45º。

978-7-111-47125-7-Chapter04-392.jpg在图形区域中选择各轴截面的棱线。

978-7-111-47125-7-Chapter04-393.jpg单击“确认”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-394.jpg，生成倒角C1的倒角，如图4-50所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-395.jpg创建螺纹

978-7-111-47125-7-Chapter04-396.jpg在轴的一端，选择图示圆作为螺纹线开始的圆形边线。单击“注解”工具栏中的“装饰螺纹线”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-397.jpg。

978-7-111-47125-7-Chapter04-398.jpg在打开的“装饰螺纹线”属性管理器中，选择“螺纹终止条件”为“给定深度”。

978-7-111-47125-7-Chapter04-399.jpg单击图标978-7-111-47125-7-Chapter04-400.jpg右侧的“深度”微调框，设置螺纹深度为17mm。

978-7-111-47125-7-Chapter04-401.jpg单击图标978-7-111-47125-7-Chapter04-402.jpg右侧的微调框，设置螺纹的小径为15mm，如图4-51所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-403.jpg单击“确定”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-404.jpg，完成装饰螺纹线的添加。

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图4-50 轴的基础造型

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图4-51 设置装饰螺纹线

978-7-111-47125-7-Chapter04-407.jpg创建键槽

键槽是轴的常见结构。在工程图上，为了能够方便地测量槽深，标注的是尺寸21mm（CAD设计中长度单位如果没有特别的说明均是指mm）。而实际上，槽深是从轴的外径算起的，这个槽的深度是4mm，造型中可以直接利用外径表面。即生成一个与外径面相切的基准平面作为键槽草图平面。

978-7-111-47125-7-Chapter04-408.jpg单击“基准面”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-409.jpg，选择”前视基准面”作为参考实体。

978-7-111-47125-7-Chapter04-410.jpg选择直径25mm的轴段圆柱面，单击“相切”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-411.jpg，如图4-52所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-412.jpg单击“确定”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-413.jpg，从而生成与所选轴段圆柱面相切，并垂直于“前视基准面”的基准面。

978-7-111-47125-7-Chapter04-414.jpg选择前面生成的“基准面1”，单击“草图绘制”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-415.jpg，从而在该面上创建草图。单击正式于978-7-111-47125-7-Chapter04-416.jpg按钮。

978-7-111-47125-7-Chapter04-417.jpg创建键槽草图，并标注好驱动尺寸，如图4-53所示。

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图4-52 设置基准面

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图4-53 键槽草图轮廓

978-7-111-47125-7-Chapter04-420.jpg单击“切除-拉伸”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-421.jpg，在“切除-拉伸”属性管理器中设置“终止条件”为：“给定深度”；在图标978-7-111-47125-7-Chapter04-422.jpg右侧的深度微调框中设置切除拉伸的深度为4mm。

978-7-111-47125-7-Chapter04-423.jpg单击“确认”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-424.jpg，完成键槽的创建，如图4-54所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-425.jpg创建花键

花键也是轴的常见结构。这个零件中的花键结构是典型的外径定心矩形花键。这个花键是在批量生产工艺下，粗加工用专用成型铣刀，在分度机构的操控下6刀完成。这种专用铣刀的截面形状中带有键侧空刀，如图4-55所示。当直径24mm的尺寸达到加工要求时，就预留了0.3mm的精加工余量。而精加工则是两片碗形砂轮，用各自的锥形面磨削花键侧面而成。

978-7-111-47125-7-Chapter04-426.jpg(www.xing528.com)

图4-54 键槽效果

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图4-55 铣花键的专用成型铣刀

978-7-111-47125-7-Chapter04-428.jpg在这个零件的造型中使用“切除-扫描”的方法创建花键结构。

978-7-111-47125-7-Chapter04-429.jpg选择直径32mm轴段的左端面，单击“草图绘制”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-430.jpg将其作为草绘平面创建草图。

978-7-111-47125-7-Chapter04-431.jpg单击“剖面视图”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-432.jpg，保持默认选项，如图4-56所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-433.jpg单击“确认”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-434.jpg，完成剖视观察。

978-7-111-47125-7-Chapter04-435.jpg在剖视观察下，在草图上绘制过圆心的三条构造线，其中一条是竖直直线，另两条标注角度驱动尺寸为30º。

978-7-111-47125-7-Chapter04-436.jpg单击“圆”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-437.jpg，绘制一与轴同心圆，并将其设置为构造线，标注尺寸为24mm-1mm=23mm，作为键侧空刀的定位线，如图4-57所示。

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图4-56 设置剖面观察

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图4-57 构造线

这种构造线能够作为尺寸约束和几何约束的携带者和传递者，但不参与造型。实际上这充分符合“设计基准”这种设计构思的表达需要。这些构造线就是单个花键槽形的设计基准，以此为基准，继续创建加工花键的最终的切削“刀具截形轮廓”。这个轮廓要充分利用刀具的原始数据，并且要熟知这个花键的全部加工过程。

这就是“怎样加工就怎样建模”。可见，一个工程师只知道自己的零件功能，是不能真正完成设计的。

978-7-111-47125-7-Chapter04-440.jpg利用“直线”工具978-7-111-47125-7-Chapter04-441.jpg和“圆”工具978-7-111-47125-7-Chapter04-442.jpg，绘制切削截面形状的初始草图，如图4-58所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-443.jpg单击“添加几何关系”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-444.jpg，为所绘制的初始图线添加与构造线的“平行”等几何关系。

978-7-111-47125-7-Chapter04-445.jpg单击“智能尺寸”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-446.jpg，为草图添加驱动尺寸。

978-7-111-47125-7-Chapter04-447.jpg单击“绘制圆角”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-448.jpg，为键侧空刀截形添加0.5mm的圆角。

978-7-111-47125-7-Chapter04-449.jpg单击“添加几何关系”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-450.jpg，为键侧空刀截形添加0.5mm的圆角和直径23mm的构造圆添加“相切”几何关系，切削截面的最后效果如图4-59所示。

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图4-58 切削截面的初始草图

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图4-59 切削截面的最后效果

978-7-111-47125-7-Chapter04-453.jpg选择菜单栏中的“插入”→“退出草图”命令。结束“切除-扫描”特征中轮廓草图的绘制。

在草图的构建中，优先使用几何约束而不是驱动尺寸约束。许多情况下，几何约束能够清晰地表达“基于装配关系的设计”的构思。

978-7-111-47125-7-Chapter04-454.jpg选择FeatureManager设计树中的”前视基准面”，作为草图绘制平面。单击“草图绘制”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-455.jpg，新建一张草图。之所以选择该面是因为”前视”基准面垂直于前面绘制的轮廓草图，并与草图轮廓相交。

978-7-111-47125-7-Chapter04-456.jpg单击“直线”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-457.jpg，绘制“切除-扫描”的路径。注意：扫描路径与作为轮廓的草图必须要有一个交点。

978-7-111-47125-7-Chapter04-460.jpg选择命令“插入”→“退出草图”。

978-7-111-47125-7-Chapter04-461.jpg单击“扫描切除”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-462.jpg，或者选择菜单栏中的“插入”→“切除”→“扫描”命令。

978-7-111-47125-7-Chapter04-463.jpg选择作为切除-扫描轮廓的“草图3”作为轮廓草图，选择“草图4”作为扫描路径，如图4-61所示。

978-7-111-47125-7-Chapter04-464.jpg单击“确认”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-465.jpg，完成一个花键的创建。

978-7-111-47125-7-Chapter04-466.jpg单击“剖面视图”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-467.jpg，取消剖面观察。零件的状态如图4-62所示。

整个轴上共有完全对称结构相同的6个花键结构，这里需要用“圆周阵列”的方法将一个花键结构阵列为以轴线对称的6个结构。

978-7-111-47125-7-Chapter04-468.jpg选择命令“视图”→“临时轴”，显示轴线，作为圆周阵列中的中心轴。

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图4-60 扫描路径草图

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图4-61 设置“切除-扫描”参数

978-7-111-47125-7-Chapter04-471.jpg单击“圆周阵列”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-472.jpg，打开“圆周阵列”属性管理器。选择轴线作为圆周阵列的中心轴；在图标978-7-111-47125-7-Chapter04-473.jpg右侧的微调框中设置要阵列的实例数为6；单击图标978-7-111-47125-7-Chapter04-474.jpg右侧的显示框，然后在图形区域中选择“扫描-切除”特征生成的花键作为要阵列的特征，其他参数如图4-63所示。

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图4-62 花键效果

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图4-63 设置圆周阵列参数

978-7-111-47125-7-Chapter04-477.jpg单击“确认”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-478.jpg，从而完成圆周阵列。

完成模型的构建后，单击“保存”按钮978-7-111-47125-7-Chapter04-479.jpg，将零件保存为“轴.sldprt”。使用旋转观察功能，最后结果如图4-64所示。

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图4-64 零件齿条的最后效果

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