专题小论文挖掘机斗齿的三维建模方法研究

1、(矿用)挖掘机斗齿的三维建模方法研究李乐内蒙古科技大学 机械学院 内蒙古 包头 014010摘要：本文针对挖掘机斗齿的外形特点提出一个斗齿正向建模的思路，着重说明了一般形状的斗齿在pro/ engineer下的三维参数化建模方法, 为斗齿的数字化设计与制造提供依据。关键词：挖掘机斗齿；参数化建模；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 言挖掘机斗齿是挖掘过程中消耗最多的部件，本文的研究主要用于以下用途：1）对挖掘机斗齿外形的变更和性能的改进；2）斗齿铸造模具的设计；3）逆向设计中的三维建模。挖掘机

3、斗齿的外形一般较为复杂，大多数具有内腔，且几乎没有多个可以直接使用的几何平面作基准。pro/engineer作为一种功能强大的可用于系列cax（计算机辅助技术）三维实体建模的高端软件系统，应用极其广泛。本文主要研究了图1所示工程图中的斗齿在 pro/engineer下的三维建模方法。图1斗齿工程图2. 挖掘机斗齿的形状特点挖掘机斗齿是机械制造行业的产品, 外形特征一般都是由基本几何形状构成的。图2为斗齿的形状特征: 图2斗齿的一般外形图2中所示的挖掘机斗齿轮廓明显属于对称图形, 外部轮廓特征明显,多数特征的表面都和基准平面有垂直或水平关系, 一般这样简单的形状在cad软件中可以直接使用简单的拉

4、伸生成。图2中所示的主要特征已经分为如下几部分:1 外部特征：1） 主要特征-12） 侧边槽特征-2 3） 尖部斜面特征-34） 工艺凸台特征-45） 孔特征-52 内壁特征6） 内腔特征-67） 内腔工艺槽-78） 多处倒圆角3. 特征的创建思路及步骤1) 基础工作平面的建立。建模开始时，首先要建立基础平面。之后通过此平面绘制草图生成三维实体特征。本实例利用软件在生成零件时自动建立的三个平面（front、top和right）作为平面参照进行绘图。2) 主要特征1的生成。后续的特征生成时的视图方向全部参照于图1。主要特征可以从图1主视方向或俯视方向用该方向的轮廓草图直接拉伸而成。几何特点: 主

5、视图方向上下表面都与front平面有垂直关系, 前后两个侧面都与top平面有垂直关系。特征的生成:从主视方向的拉伸方法有两种:拉伸到固定深度后, 用俯视方向的轮廓除料拉伸。创建通过侧表面的平面或曲面, 将主视图轮廓拉伸到对应的平面或曲面。若用俯视图轮廓拉伸, 由于上下表面由多个曲面相接, 拉伸之后使用主视图轮廓除料拉伸的方式最简单。由于特征4的上下部分的几何形状同样对称, 所以可以直接包含在front面的草图中。根据图1中主视图的主要轮廓尺寸参数绘制出草图，结果如图3左图，拉伸结果如图2右图所示。 图3根据尺寸参数绘制的草图及拉伸结果3) 特征2的生成。由于特征3是建立在特征2的基础上的, 所

6、以首先要生成特征2。几何特点: 特征2有两个由多个曲面组成的特征面。特征的生成: 根据其几何的特点, 需要使用拉伸到对象的方式来实现两个复杂曲面特征, 同时由于两个复杂曲面分别与front和top平面有垂直关系, 故可以在front或top方向的主要特征外的位置创建特征形状草图, 再创建与top或front平面垂直的曲面, 最后将草图拉伸到对应的曲面。由于不能直接拉伸到多个曲面, 所以必须将形状草图按对应曲面的投影分割为多个草图,再分别拉伸到对应的曲面, 如果该方向的曲面越多, 过程越繁琐, 所以应该尽量选择曲面较少的方向。4) 特征3的生成。几何特点: 特征3的主要特征是平面, 并与主要特征

7、和特征2相交。特征的生成: 根据其几何特点, 应该首先建立特征所在的平面, 之后在某个方向上创建特征形状在该方向上的投影草图, 再拉伸到该平面。创建平面的方法有很多, 简而言之, 只要有满足建立平面的元素就可以创建, 如3个点, 直线或点, 两直线, 平面和偏距, 穿过确定的直线和夹角等。本实例中已经存在确定该平面的3个点，可以直接创建平面，如图4。如果元素不足以创建平面, 则需要通过投影或其他方法找到对应的元素。图4通过三个点确定基准平面5) 特征4的生成。几何特点: 特征4的主要面平行于主要特征的侧面, 并且与特征5相交, 由于特征5需要贯穿, 所以特征4要在特征5之前生成。特征的生成:

8、生成该特征的主要方法有两种。a) 从侧壁偏移出以凸台的高度为距离的平面, 在其上创建草图并直接拉伸到侧表面上。b) 通过front平面偏移到主要特征外创建平面, 并在其上创建凸台形状的投影草图, 以固定深度拉伸到实体内部, 再在top方向将多余的部分切除。由于方法1在拉伸后弧形边缘的位置会出现倾斜, 所以此处应该使用方法2。6) 特征5的生成特征5生成很简单, 只要在front平面建立侧孔的截面草图, 向两边贯穿除料拉伸即可。7) 特征6的生成。几何特点: 该特征为斗齿的内腔, 内腔的上下面与front平面垂直, 内腔的侧面与top平面垂直。特征的生成: 根据其特点, 可以选择主视和俯视两个拉

9、伸方向, 由于上下面和侧面都与基准平面具有一定的夹角, 所以要先创建上下面的平面或左右面的平面或曲面, 对象面的建立方法很多, 如在主视图绘制截面草图后, 可以直接通过穿过草图的侧边并垂直于对应基准面建立, 或者将截面的侧面的对应边线向上下投影等, 然后在俯视图绘制出截面草图, 将其拉伸到对应的侧面平面。8) 特征7的生成几何特点: 内腔底部的一个凹槽, 形状对称。此特征的生成方法很简单, 由于形状对称, 可以在front面上创建草图, 并向两边拉伸至固定宽度, 然后倒圆角即可。9) 多处倒圆角大部分倒圆角只要选择边即可, 特征3上面的圆角半径较大, 需要面与边的倒圆角, 要注意的是, 如果倒圆角中的面与其他面相交, 若要使圆角向外延伸, 则必须先对与这个面相交的面之间倒圆角, 一般倒圆角会沿着相切的曲线或曲面延伸。在多次倒圆角时, 若多个圆角相交叠, 还要注意一个次序的问题, 因为实体圆角特征的生成是依赖于已经存在的特征的, 不同的交叠次序可能会出现不同的圆角效果。4. 结论本文通过分析一般挖掘机斗齿的外形特点提