机械零部件建模实例

8.1.1 壳体类零件建模

壳类零件在实际生产中非常常用，在该实例中将会用到：创建基本体素法——长方体的创建；扫描法创建体素——通过建立草图，而后拉伸创建体素；此外，还用到特征建模技术，如孔、抽壳、倒角、倒圆角等操作。整个模型都是参数化建模，便于模型后期的修改和编辑。通过本实例的练习，掌握壳体和箱体类零件的建模方法和思路。

1）新建文件

选择菜单中的File→New ，出现对话框，在Name下输入shell，单位Units选择Millimeters，点击OK按钮，建立文件名为shell．prt，单位为毫米的零件。

图8-1　模型尺寸图

2）绘制矩形体

选择菜单中的Insert→Design Feature→Block，建立长宽高分别为40 mm、20 mm、30 mm的矩形体。采用原点和边长，即Origin and Edge Lengths的建立矩形体方式，输入长宽高的参数，如图8-2所示，点击OK，得到矩形体。按住鼠标中键MB2，可以调整矩形体的视角方向。

图8-2　矩形体参数设置

图8-3　建立倒圆角

3）建立倒圆角

选择菜单中的Insert→Detail Feature→Edge Blend ，采用输入半径的方式即Circular如图8-3所示，选择要倒圆角的边，设置Radius1为5 mm，进行倒圆。

4）建立抽壳

选择菜单中的Insert→Offset Scale→Shell ，采用移除面的方式Remove Faces，Then Shell，点击移除的4个面，Thickness设置成3 mm，具体设置如图8-4所示，进行抽壳。

5）建立孔

选择菜单中的Insert→Design Feature→Hole，弹出界面如图8-5所示，选择General Hole，孔的方向即Hole Direction为Normal to Face，孔的形式为Counterbored类型；设置孔的参数，布尔运算设置成Subtract，然后确定孔的中心点位置，会自动进入到Sketch界面，然后利用尺寸约束，完成对孔的中心点位置的约束，如图8-6所示。而后离开草图Finish Sketch环境，点击OK，完成孔的绘制。

图8-4　抽壳参数设置

图8-5　孔参数设置

6）阵列孔

基于步骤5）建立的孔，对孔进行阵列操作。选择菜单中的Insert→Associative Copy→Instance Feature，在弹出的界面选择Rectangular Array，选择Counterbored Hole，点击“OK”按钮，Edit Parameters界面，如图8-7所示（阵列只能在xy平面上，如果阵列的平面不是xy平面，就要通过Format→WCS→Orient坐标转换到xy平面上），设置阵列的尺寸参数，点击“OK”，得到阵列模型。

图8-6　孔的中心点的位置信息

图8-7　阵列参数

7）建立底孔和六边形

选择菜单中的Insert→Design Feature→Hole，选择General Hole，孔的方向Hole Direction为Normal to Face，孔的形式为Simple类型，设置孔的深度为Through Hole，布尔运算设置成Subtract，然后确定孔的中心点位置，会自动进入到Sketch界面，然后利用尺寸约束，完成对孔的中心点位置的约束，点击Finish Sketch，离开草图环境，点击OK，完成孔的绘制。

图8-8　六边形的约束

而后，Insert→Sketch in Task Environment，进入草图界面，点击Insert→Curve→Polygon，将Number of Sides设置成6，六边形的中心点与刚刚建立的孔的中心点重合，通过草图几何约束，将六边形的边与矩形边平行，再通过尺寸约束，如图8-8所示，而后离开草图Finish Sketch环境。点击Insert→Extrude ，进入拉伸对话框，Section选择草图建立的六边形，拉伸方向Direction为Normal to Face，拉伸的起点为0，终点为Through all，布尔运算Boolean选择Subtract，完成对拉伸参数设置，点击OK，完成建模。

8）建立凹槽

点击菜单中的Insert→Sketch in Task Environment，进入草图界面，利用Line ，通过尺寸约束，完成草图的建立，如图8-9所示。点击Insert→Extrude ，完成对拉伸参数设置，在选择截面时，将选择意图设成Single Curve，并将其旁边的Stop at intersection选中，如图8-10所示，将Boolean布尔运算设置为Subtract，完成拉伸操作。

图8-9　草图约束

图8-10　选择意图

9）倒圆角和倒角

选择菜单中的Insert→Detail Feature→Edge Blend ，采用输入半径的方式即Circular，通过选择要倒圆的边，设置Radius1为3，进行倒圆。选择菜单中的Insert→Detail Feature→Chamfer ，利用symmetric方式，Distance设置成4，建立倒角。完成模型的建立后，将建模过程中建立的草图，通过点击菜单中的Format→Move to Layer ，移到其他层下，最后生成如图8-11所示。

图8-11　最终生成的模型

图8-12　轴

8.1.2 轴类零件建模

本节介绍的实例将创建如图8-12所示的轴类零件——机械臂。在该实例中将会用到：扫描法创建体素——通过建立草图，而后旋转创建轴体素；此外，还用到特征建模技术，如矩形键槽的操作。整个模型都是参数化建模，通过本实例的练习，掌握轴类零件的建模思路。

1）新建文件

单击菜单栏中的File→New命令，或单击Standard具栏中的New按钮，弹出New对话框。在表框中选择单位为Millimeter，并在Name栏中输入文件名shaft，单击OK按钮，进入主界面。

2）绘制轴的旋转截面草图

单击菜单栏中的Insert→Sketch命令，或单击Feature工具条中的Sketch按钮，进入草图绘制界面，选择XC-YC界面作为工作平面绘制草图。绘制的草图形状及尺寸如图8-13所示。而后单击Finish Sketch按钮，退出草图操作。

图8-13　轴的旋转截面草图

3）创建回转特性

单击菜单栏中的Insert→Design Feature→Revolve命令，或单击Feature工具条中Revolve按钮，弹出回转对话框。选择草图8-14中建立的曲线作为回转截面。在Specify Vector下拉列表框中单击XC轴按钮，在绘图区选择基准点，如图8-14所示。

图8-14　选择基准点

在Limits面板中设置Start Angle值为0，设置End Angle值为360°。单击OK，建立回转对象如图8-15所示。

图8-15　回转体

4）创建基本平面

将点方法工具栏中的Quadrant Point 选中。单击菜单栏中的Insert→Datum/Point→Datum Plane命令，或单击Feature工具条中的Datum Plane按钮，弹出如图8-16所示的Datum Plane对话框。在实体中分别选择圆柱面和象限点，单击Apply，创建基准平面1。

图8-16　创建基准平面1

在实体中分别选择圆心点1和圆心点2以及象限点，单击OK，创建基准平面2，如图8-17所示。

图8-17　创建基准平面2

5）创建矩形键槽

单击菜单栏中的点击Insert→Design Feature→Slot命令，或单击Feature工具栏中的Slot按钮，弹出Slot对话框。点选Rectangular单选钮，取消底面对Thru Solt通槽复选框的点选，单击OK按钮，弹出Rectangular Slot放置面对话框。在回转体中，选择基准平面1作为放置面，弹出“矩形键槽深度方向选择”对话框。单击Accept Default Side或直接单击OK按钮，弹出Horizontal Reference对话框，单击基准平面1，弹出Rectangular Slot对话框。在Length、Width和Depth文本框中分别输入25、10和5。单击OK按钮，弹出Positioning对话框。单击Line onto Line按钮和Horizontal按钮进行定位，定位后的尺寸示意图如图8-18所示。

单击OK按钮，创建的矩形键槽如图8-19所示。

图8-18　定位后的尺寸示意图

图8-19　创建后的矩形键槽

6）绘制草图

单击菜单栏中的Insert→Sketch命令，或单击Feature工具条中的Sketch按钮，进入草图绘制界面，选择XC-YC界面作为工作平面绘制草图。绘制的草图形状及尺寸如图8-20所示。单击Finish Sketch按钮，完成草图操作。

图8-20　绘制草图

7）创建拉伸特征

单击菜单栏中的Insert→Design Feature→Extrude命令，或单击Feature工具条中Extrude按钮，弹出Extrude对话框。选择图8-20所示的草图曲线作为拉伸曲线。在Limits面板的Start Distance和End Distance文本框中分别输入“0”和“30”。在Boolean下拉菜单中选择Subtract选项。单击OK按钮，完成拉伸操作，得到图8-12。

8.1.3 齿轮类零件建模

图8-21　齿轮建模—标准化与定制

本节介绍的实例将创建齿轮类零件。在该实例中将会用到UG的GC工具箱下的齿轮建模工具条，还用到特征建模技术，如矩形腔和倒角的操作。通过本实例的练习，掌握齿轮类零件的建模方法。

在NX中提供了“齿轮建模—标准化与定制”工具条，如图8-21所示，UG的GC工具箱能在中文界面下才可调用，将NX转换成中文界面。点击我的电脑→右击→双击高级系统设置→高级→环境变量→在系统变量下找到UGII＿LANG变量，使其值设置为simpl＿chinese。打开UG，用户可以应用该工具条，如图8-21所示，比较便利地创建常用的齿轮。本实例将创建如图8-22所示的齿轮模型。

图8-22　齿轮模型

1）新建文件

单击工具栏中的“新建”按钮，弹出“新建”对话框。在模板列表框中选择单位为“毫米”，并在“名称”栏中输入文件名“gear”，单击确定按钮，进入主界面。

2）创建齿轮

单击“齿轮建模—标准化与定制”工具栏中的“柱齿轮建模”按钮，弹出如图8-23所示的“渐开线圆柱齿轮建模”对话框。

在“齿轮操作方式”中选择“创建齿轮”单选钮，单击“确定”按钮，弹出“渐开线圆柱齿轮类型”对话框，分别选择“直齿轮”“外啮合齿轮”单选按钮，加工方法选择“滚齿”，单击确定弹出“渐开线圆柱齿轮参数”对话框。在“标准齿轮”中分别输入“名称”为“gear1”、“模数”为“3”、“齿数”为“18”、“齿宽”为“10”、压力角为“20”，选择“齿轮建模精度”为“中”，单击确定弹出“矢量”对话框。在图形区域中选择YC轴，单击确定按钮弹出“点”对话框。在图形区域中选择工作坐标原点，单击确定按钮建立如图8-24所示的齿轮模型。

图8-23　“渐开线圆柱齿轮建模”对话框

图8-24　齿轮模型

图8-25　创建的齿轮模型

3）创建简单孔

单击菜单栏中的“插入”→“设计特征”→“孔”命令，或单击“特征”工具条中“孔”按钮，弹出“孔”对话框。在“直径”“深度”“顶锥角”中分别输入“15”“10”“0”，单击“确定”按钮。创建的齿轮模型如图8-25所示。

4）创建腔体

单击菜单栏中的“插入”→“设计特征”→“腔体”命令，或单击“特征”工具条中“腔体”按钮，弹出“腔体”对话框。单击“矩形”按钮，弹出“矩形腔体”对话框。选择齿轮的一个端面作为腔体放置面（图8-26）。弹出“水平参考”对话框。选择XC轴作为水平参考方向，弹出“矩形腔体”对话框。

在“长度”“宽度”“深度”文本框中分别输入“5”“5”“10”，其余皆为“0”，单击“确定”按钮，弹出定位对话框。单击“线到线”按钮，选择ZC-YC平面作为目标边，腔体与ZC轴平行中心线为工具边。单击“垂直”按钮，选择XC-YC平面作为目标边，腔体与XC轴平行中心线作为工具边，在弹出的“创建表达式”对话框中输入“7”，单击确定按钮，完成定位。生成的腔体模型如图8-27所示。

图8-26　腔体放置面

图8-27　生成的腔体模型

5）边倒角

单击菜单栏中的“插入”→“细节特征”→“倒角”命令，或单击“特征操作”工具条中“倒角”按钮，弹出“倒斜角”对话框。选择对称选项，在“距离”文本框中输入“1”。在绘图区选择中心孔边线，单击“确定”按钮，完成齿轮中心孔的边倒角操作，最终效果如图8-28所示。

图8-28　最终的齿轮模型

图8-29　夹钳装配组件

8.1.4 装配建模

本节介绍的实例将创建如图8-29所示的装配组件——夹钳。前文介绍装配建模主要有两种方法，即自下而上建模和自上而下建模，本案例是基于自下而上建模的方法，各个零部件已经独立设计建模完成，下面仅介绍零件的装配过程。在该装配过程中，用到的约束类型有接触对齐、同心、固定、平行等方法，理解引用集的概念。通过本实例的练习，掌握装配组件的建模思路。

1）新建文件

选择菜单中的File→New ，出现对话框，在Name下输入clamp＿assm，单位Units选择英制Inches，点击OK按钮，建立文件名为clamp＿assm．prt，单位为英寸的文件。

2）添加夹钳底座组件

单击菜单栏中的Assemblies→Components→Add Component命令，或单击Assemblies工具条中Add Component按钮，弹出Add Component对话框。在Add Component对话框中单击Open按钮，在弹出的Part Name对话框中选择文件clamp下的clamp＿base．prt，单击OK按钮，返回到Add Component对话框，Placement选择Absolute Origin，Reference Set选择Entire Part，Layer Option选择Work层，导入clamp＿base．prt。而后单击菜单栏中的Assemblies→Components Position→Assembly Constraints给其添加Fix约束，如图8-30所示。

图8-30　钳底座组件的添加

3）添加夹钳盖组件

利用步骤2相同的方法，将文件夹clamp下的clamp＿cap加载，采用By Constraints、BODY、Work选项，直接进入Assembly Constraints的界面，采用Touch Align的Infer Center/Axis孔轴线一致，点击如图8-31的两孔，完成两孔同轴的约束。

图8-31　两中心轴线共线

而后，采用Touch Align的两面贴合，选择两面如图8-32所示。而后采用Parallel，选择如图8-33所示两面，使两面平行，然后点击Assembly Constraints界面的OK，完成clamp＿cap装配。

图8-32　两面贴合

图8-33　两面平行

4）加载压耳组件

利用上述相同的方法，将文件夹clamp下的clamp＿lug加载，采用By Constraints、Entire Part、Work选项，直接进入Assembly Constraints的界面，采用Touch Align的Infer Center/Axis孔中心线对齐，点击如图8-34所示的两孔，完成两孔同轴的约束。采用Touch Align的两面贴合即Touch，选择两面如图8-35所示的两基准面。

图8-34　孔中心线对齐

图8-35　基准面对齐

在Assembly Constraints的界面，利用Angle方式，添加clamp＿lug轴线与clamp＿base上表面夹角为90°的约束，如图8-36所示，完成clamp＿lug的装配。

利用上述装配方式，添加文件夹clamp里的1个螺母clamp＿nut和2个螺钉clamp＿pin的加载和装配。

图8-36　clamp＿lug轴线与clamp＿base上表面

图8-37　零件clamp＿base引用集的替换

5）替换各部件的引用集

在装配的时候，为了便于定位约束，加载零件时采用了Entire Part方式，从而将建模时绘制的基准平面等特征也加载进来。装配完成后，不方便装配件的查看，因此将各个零件的引用集替换为Model。打开装配导航器Assembly Navigator，点击clamp＿base，右击→Replace Reference Set→Model，如图8-37所示，完成零件clamp＿base引用集的替换。用相同的方法将其他零件都替换成Model，得到如图8-29所示的装配组件。

8.1.5 工程图建立

本节介绍的实例将创建如图8-38所示的工程图。在该实例中将会用到工程制图的添加图纸、投影视图、剖视图尺寸标注等操作。通过本实例的练习，掌握工程制图的建立方法。

使用drafting．prt作为主模型文件，创建drafting＿dwg．prt文件。

图8-38　零件的Drafting图

图8-39　进入Drafting界面

1）插入图纸

单击菜单栏中的File→New命令，或单击Standard具栏中的New按钮，弹出New对话框。在模板列表框中选择单位为Millimeters，并在Name栏中输入文件名drafting-dwg．prt，单击OK按钮，进入主界面。通过单击菜单栏中的Assemblies→Components→Add Component命令将drafting．prt零件加载进来。而后，点击左上角Start下拉菜单中的Drafting，如图8-39所示，进去Drafting界面。

单击Insert→Sheet选择Standard Size，Size为A2图纸，Scale为1∶1，建立名称为Sheet1的图纸。

2）投影视图

单击Insert→View→Base进入Base View对话框，在Model View选择Top视图，点击OK，得到主视图，如图8-40所示。如果投影的视图有边框，可以通过点击Preferences→Drafting→View，把Display Borders前面的钩号去掉。而后选中基本视图，点击右键，选择Add Revolved Section View，进去Revolved Section View对话框。先将点方法工具栏中的Mid Point 选中，选择中心原点，再选择最左边小圆的圆心，最后选择缺口直线的中点，即可投影得到旋转剖视图。然后点击Insert→Centerline→2D Centerline为Section A-A视图添加必要的中心线。

3）细节视图

选中SECTIONA-A视图，点击右键，选择Add Detail View或者在Drawing工具条中，点击插入细节视图，在Type中选择，比率Scale设置为2∶1，点击OK，得到细节视图。

图8-40　基本视图

4）正等轴测视图

单击Insert→View→Base进入Base View对话框，在Model View选择Isometric视图，即可进行正等轴测视图的添加。

5）标注尺寸

单击Insert→Dimension或者点击Drawing工具条中，进入尺寸对话框，如图8-41所示，对各视图进行尺寸标注。

图8-41　“尺寸”对话框

6）文本书写

单击Insert→Annotation→Note或者点击Annotation工具条下的Note 图标，进步Note对话框，Formatting下的字体改成Chinesef＿fs字体，字号为4。Note对话框下面Setting，点击，进入Lettering对话框，将字体也设置为Chinesef＿fs，点击OK，回到Note对话框，在Formatting下面输入技术说明的要求，完成文字的输入。点击视图的边框，调整其相对位置，得到如图8-38所示的工程图纸。

图8-42　重用库导航器