牛角弯头三维CAD展开放样.doc

牛角弯头三维 CAD 展开放样刘萍华(北方民族大学 ,银川 750021 )摘要 :介绍牛角弯头 (或称圆锥管弯头 )三维展开放样新方法 ,即利用三维 CAD So lidW o rk s系统软件进行牛角弯头展开放样 。该方法主要利用三维 CAD 软件 1 1快速生成弯头的反向排列圆锥台的立体线架图 ,然后由计算机快速测量出各 节圆锥管的母线实长 ,进而进行整体平面展开。该方法突破了传统的放样模式 ,步骤简单 、快捷 ,数据准确 、可靠 ,大大优 于传统的“作图法 ”、“计算法 ”,是对传统放样模式的技术提升 ,是牛角弯头展开放样准确 、简单化的有效途径 。该方法 提高了弯头的放样质量和效率 ,具有实际使用价值 。关键词 : 2D 草图 ; 3D 草图 ;实体造型 ;智能标注 ;牛角弯头中图分类号 : TH16 文献标识码 : A 文章编号 : 16713133 ( 2008) 12 0058 04Bu ll horn e lbow three2d im en s iona l CAD deve lopm en t lof t in gL iu P ing2hua(No rth U n ive rsity fo r N a tiona litie s, Yinchuan 750021 , CHN )A b stra c t: Give s a new m e thod of bu ll ho rn e lbow ( con ica l tube e lbow) th ree2d im en siona l deve lopm en t lofting fo r the reade r, nam e2 ly, the u se of th ree2d im en siona l CAD So lidW o rk s system softwa re fo r bu ll ho rn e lbow deve lopm en t lofting the techn ica l m ean s. Tha t m ean s u se of th ree2d im en siona l CAD softwa re qu ick ly gene ra reve rse to a rrangem en t ste reo line grap h of the e lbow, then the comp u te r qu ick ly m ea su re s ou t each bu s con ica l tube rea l long, then the m e thod of d raw ing p lane s deve lopm en t grap h. Tha t m e th2 od ha s b reak th rough trad itiona l lofting mode l. Th is m e thod e lbow lofting qua lity and effic iency tu rb ine gu ide van s, have p rac tica l u sing va lue, so it can be a refe rence fo r the p eop le conce rned.Key word s: 2D ke tch; 3D ke tch; So lid mode ling; In te lligen t d im en sion; B u ll ho rn e lbow优于传统放样模式的一种新的 、高效的展开放样方法 。依此类推 , 读者参照其过程 , 可以完成实际工作 中各种尺寸 、各种角度的牛角弯头的展开放样。0 引言牛角弯头或称圆锥管弯头是指由多节圆锥管节 组成、有弯曲半径的旋转体弯头 , 弯头由于两端口的 直径不同 ,因此常称为牛角弯头。弯头由两个“端节 ” 和数个“中间节 ”组成 ,如图 1 所示 ,端节为单面斜截 圆锥管 ,中间节为双面斜截圆锥管 。牛角弯头的展开 放样是比较复杂的一种放样 ,它在钣金展开放样领域 占有很重要的地位。牛角弯头相对其他圆管弯头结构复杂 , 因此 , 在 实际工作中 ,牛角弯头的展开放样一直是弯头放样当 中难度最大的一种放样 。随着三维 CAD 技术的不断发展和 CAD 系统软件 的广泛使用 ,利用三维 CAD 技术解决复杂钣金件的展 开放样问题成为可能 。本文以 90 牛角弯头为例 ,阐述了三维 CAD 展开放样过程 ,步骤简单清晰 ,所求得的数据准确可靠 ,是1 问题的提出图 1为 90 圆管牛角弯头的立体图和投影视图 ,圆管大端直径 420, 小端直径 300, 弯头半径 R 350,弯头由两个端节和三个中间节组成 , 端节的夹角为11125 , 中间节夹角为 2215 , 由于圆锥的特点 , 因此 , 从图 1 投影视图中可以看出各节的交线和通过 R 350 圆心的角 等 分 线 是 不 相 同 的 , 这 一 点 和 圆 管 弯 头 不同。根据弯头的已知条件 , 弯头半径 , 两端口直径 , 节 数及等分角度 , 通过绘制图 1 投影图可以确定各节的交线 , 即可以得到各节的最短和最长母线 , 如 : 端节 1 的最短母线为 51166, 最长母线为 131176, 其他各节数 值见图 2 (图 1的绘制过程略 ) 。2 弯头各节反向排列形成小端 300 和大端 420 的圆锥台图 2为弯头各节反向排列形成的圆锥台 ,底端直径 为 420,顶端直径为 300, 总高为 H, 由于中间节的角度是端节角度的 2 倍 , 所以 H = 2H1 + 3H2 = 2H1 + 3 2H1 = 8H1 = 8 350 tan11125= 8 69162 = 556195。从图 2中看出 : A 为圆锥总高 , P1 为顶端 300 平 面展开半径 , P 为底端 420 平面展开半径。3 利用 So l idW ork s软件进行圆锥台立体造型并求出各节母线长根据图 2 ,按照以下步骤进行圆锥台立体造型 ,求出各节的母线长。1 )“前视基准面 ”绘制直角梯形 ,“旋转凸台 ”生成 圆锥台体 ,如图 3所示。2 )生成 300、420两条 3D 曲线并 12等分。“草图绘制 ”和“3D 草图 ”分别选择圆锥台的上下 两面 ,“转换实体引用 ”命令 ,生成 300、420 两条 3D曲线。选择“退出草图 ”和“参考几何体 ”以及“点 ”命 令 ,边线分别选择 300、420 两条 3D 曲线 , 均匀分 布 ,生成 12等分的点 ,如图 4所示。图 190 牛角弯头图 3 生成圆锥台体图 4 12点均分3 )按照各节的角度 ,拉伸切除部分实体 , 形成端节和中间节的上下轮廓线和母线。( 1 )选用“前视基准面 ”、“草图绘制 ”和“直线 ”命 令 ,绘制端节 1 的截面投影直线 ,“拉伸切除 ”去掉直 线以下部分 ,如图 5所示。(2)采用“草图绘制 ”和“3D 草图 ”命令选择斜截面 ,选用“转换实体引用 ”命令 ,生成斜截线 1,如图 6所示。图 2 90牛角弯头各节反向排列圆锥台欲绘制图 1 ( 90 牛角弯头 )的平面展开图形 ,必须求出两个端节 、三个中间节各等分点的母线实长 , 整( 3 )由圆周线 300的等分点向圆周线 420的对应点引 3D 草图直线 ,如图 6所示。等分点处的端节母线长和中间节的母线长 。由于图形对称只测出 1 /2 点的数值 ,见表 1。图 5 “拉伸切除 ”示意图 6 生成斜截线( 4 )选择“剪裁实体 ”命令 ,裁掉斜截线 1 以上部分 ,剩下部分的长度即为端节 1等分点的母线长度 。4 )绘制所有端节和中间节的母线 ,并求出其长度 。( 1 )按照上述步骤 3 ) ,可得到其余端节和中间节 的母线长 ,如图 7所示。(2 )选择“重建模型 ”和“智能尺寸 ”命令 ,测得各图 7 90 牛角弯头各节母线长表 1 90牛角弯头各节母线实长及斜截线长度数据点 9 处点 10 处点 11 处点 12 处点 1 处点 2 处点 3 处端节 1 母线实长中间节 1 母线实长 中间节 2 母线实长 中间节 3 母线实长 端节 2 母线实长 斜截线 1 实长 斜截线 2 实长 斜截线 3 实长斜截线 4 实长5116621515767124203172212691921175185108117898717157124205121761771941932610172134176194102181711013710892157138137138137138138521491121379918317319710517768122126167116320010781191791961311766113209163731188413选择主菜单“工具 ”和“测量 ”命令 ,分别选择斜截线 1、2、3、4 , 测 得 的 斜 截 线 数 值 分 别 为 1269192、1175185、1081178、987171 ,该数值可作为放样时参考 ,见表 1。4 草图绘制根据图 2可知 ,圆锥台的展开放样 ,必须求出顶端300平面展开半径 P1 , 底端 420 平面展开半径 P 和 平面展开角 。按照传统的计算方法 , 可以采用以下公式进行 计算。A = 420H / ( 420 - 300 )P1 = 300 P / 420 = 180 420 / P为了充分利用 So lidW o rk s软件的功能 ,这里不采 用上述公式计算 ,而是采用 So lidW o rk s软件通过绘制2D 草图求出上述各尺寸。411 求出 P1 、P 及 A1 )选择“前视基准面 ”和“草图绘制 ”命令 , 绘制图8所示梯形 OB CD , 延长 D C 和 OB 相交于点 A 。2 ) “智 能 尺 寸 ”标 注 OA、AC、AD , 求 出 A =1949133, P1 = 1400143, P = 1960160。412 求展开角 1 )选择“前视基准面 ”、“草图绘制 ”和“圆弧 ”命 令 , 以坐标原点 O 为中心 , 点 A 为起点 , 点 B 为终点绘2A+ 2102P =2 )选择“智能尺寸 ”命令 , OA 标注为 1960160,A B弧长标注为 1319147。绘制出的圆锥展开扇形如 图 9 所示 。3 )采用“退出草图 ”和“智能尺寸 ”命令 , 选择直线OA 、OB 测得其夹角 = 38156 , 如图 10所示 。图 11 90 牛角弯头平面展开下料图6 结语综上所述 , 可以看出利用三维 CAD So lidW o rk s软 件对牛角弯头进行立体放样简单快捷 ,只要掌握软件 的几个相关命令 ,对零件进行 1 1的三维造型 ,形成各 节空间轮廓线并绘制出数条母线 ,然后进行“智能标 注 ”,就可准确地计算出母线长度。利用传统的计算 法或利用 So lidW o rk s软件 2D 草图绘制命令 , 求出圆 锥展开所需要的展开半径和展开角 ,即可绘制出弯头 平面展开下料图。对于弯头类构件 , 不管其尺寸大 小 、各节夹角如何 ,只要参照上述步骤进行 ,均能快速 地计算出结果 。相对于传统的放样方法 ,该方法不仅 提高了效率 ,而且准确度大大提高 。在计算机辅助设 计三维 CAD 应用越来越广泛的今天 ,是值得推广、应 用的一种新的立体放样模式。图 8 圆锥各尺寸草图参 考 文 献 : 1 翟洪绪. 钣金展开计算法 M . 北京 : 机械工业出版 社 , 2005. 2 魏峥. So lidwo rk s2005 基础教程与上机指导 M . 北 京 :清华大学出版社 , 2005. 3 刘萍华. 异径偏心斜交三通 CAD 展开放样新方法 J . 现代制造工程 , 2008 ( 5 ) . 4 刘萍华. 圆管弯头 CAD 展开放样新方法 J . 现代制 造工