基于Inventor的零件三维建模研究

王少钦，姜 耀，鲁宇明

(南昌航空大学航空制造工程学院，江西 南昌 330063)

0 引言

随着工业生产设计方式的发展，三维模型在机械等诸多产业中的重要性也逐步提高[1]。模型建立的过程中，对不同阶段的模型需要进行不同的特征造型，特征建模就是根据模型在不同阶段的特征建立模型[2]。

常规机械零件通常分为轴套类零件、盘盖类零件、叉架类零件以及箱体类零件，其加工方式也有很大不同，由于几何特征以及加工方式是三维建模方法的基础，所以在这几种零件的三维建模过程中，使用的方法、操作的顺序以及建模的思路都各有不同，故对于零件三维建模的研究十分必要。

1 各类零件建模

1.1 轴套类零件

轴类零件通常为同轴线回转体，通常带有倒角、圆角、键槽、中心孔、螺纹、退刀槽等特征结构，建模过程时，首先采取旋转或拉伸来完成增材设计过程构建主体结构，而后再在所建主体结构上对其特征结构进行构型[3]。

对于键槽等基于与曲面相切平面构建的特征，一般采用构建工作平面的方法，在工作平面上绘制草图，从而完成构型工作。

在主体结构建模过程中，通常采取旋转和拉伸2种命令，这2种方式分别相当于机械制造过程中的车削和铸造，故两者建模的过程与思路各有不同。

1)采用旋转的建模方式需要先绘制待建工件的回转图形，确定旋转轴，而后采用旋转命令，完成主体结构的建模，如图1所示。回转图形的绘制过程与工程图高度契合。旋转法建模的一大优点在于便于设计，该方法建模同时可以完成对锥面、复杂回转面等特殊形状进行建模。

图1 使用旋转法对轴类零件进行建模

2)采用拉伸法建模则需要将待建工件分为若干单元，每个单元绘制其截面草图，而后拉伸，再在所得实体端面绘制下一单元草图后拉伸，如图2所示，重复上述步骤至完成主体结构构型。在这一过程中，工件被分为了若干单元，故再修改时，只需要找到需要被修改的单元，而后进行操作即可。拉伸法建模方式的一大优点便是容错性强。

图2 使用拉伸法对轴类零件进行建模

1.2 盘盖类零件

盘盖类零件常由回转体组成，轴向尺寸小，径向尺寸大，一般有一个与其他零件联结的重要接触面，也有与壳体仿形的薄板状盖类零件。在实际加工过程中可依次进行零件基准面、外轮廓、凹槽、孔的加工，为保证零件加工质量，在加工过程中应最大程度满足基准重合的要求[4]。

1)对与由回转体构成的盘盖，其建模过程与方法与轴套类零件基本一致。本类零件常带有加强筋(肋)板结构，在建模时，采取优先增材过程，即完成主体结构过程后对加强筋(肋)板结构进行建模。由于该类零件的加强筋(肋)板通常需要在平面与曲面之间构建，故对于该类加强筋采用只绘制加强筋(肋)板的斜边部分轮廓，依靠软件自身算法，完成加强筋在曲面上的过渡。

2)对于薄板类零件以及与其零件联结的接触面在构型过程中，可以采取在装配过程中完成建模，即先完成与该零件配套的零件，再通过投影配合面的特征图形，从而简化设计和建模过程。

1.3 叉架类零件

叉架类零件常出现在部件的控制和支撑单元，其主要起支承和连接作用。在加工过程中，一般使用精铣以及铸造工艺，其中，具有半圆孔特征的叉架类零件，可以将其毛坯连在一起铸造[5]，如图3所示。

图3 对于有半圆孔的叉架类零件进行同时加工

在建模过程中，以其装配基准作为建模基准，这些特征通常为孔或平面，故在叉架类零件建模的过程中首先对于主体定位结构进行建模。对于有半圆孔特征的叉架类零件，可以将要建模的2个零件同时建模，而后使用工作平面作为分割工具进行分割，同时完成对于2个零件的造型，如图4所示。

图4 使用工作平面作为分割工具完成叉架类零件建模

1.4 箱体类零件

箱体类零件起支承和包容其他零件的作用，常有较大的内腔、轴承孔、肋等结构；还有安装孔、安装平面、螺孔、凸台、销孔、注油孔、排油孔、各种油槽等特征结构[6]。

在箱体类零件建模的过程中，通常在完成总体结构构型的基础上，使用抽壳、拉伸等命令完成内部空腔结构的构型，后对加强筋(肋)板结构进行建模，最后在完成基本结构的构型后，对孔、倒角、圆角等结构进行处理，如图5所示。

图5 涡轮减速器箱体

2 结论

本文基于Autodesk Inventor软件，对轴套类零件、盘盖类零件、叉架类零件以及箱体类零件的建模特点进行总结，现对于一般零件建模方法总结如下。

1)零件的建模应该先总体再细节，首先对于主体结构进行造型，完成后再对细节特征进行处理。

2)建模时应确定零件的基准，包括装配基准、工作基准以及加工基准等，以这些基准作为建立模型时的几何基准进行建模。

3)建模的过程要尊重零件实际加工的工序。