羅光漢

本文針對(duì)安全閥頂蓋鑄件中的加強(qiáng)筋與支撐臂頂面相切于融接表面的設(shè)計(jì)問(wèn)題，分析平行于加強(qiáng)筋側(cè)面的頂面邊線截面草圖，添加相切表面的截交線等作為參照幾何，完成相切于參照幾何的截面草圖的繪制。通過(guò)運(yùn)用PTC Creo可變截面掃描功能，成功實(shí)現(xiàn)安全閥頇蓋中的加強(qiáng)筋與支撐臂的頂面相切造型。其設(shè)計(jì)理念清晰，操作方便、快捷，為相似結(jié)構(gòu)的筋板等的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

一、引言

圖1所示為全啟式安全閥的頂蓋鑄件，其主要幾何結(jié)構(gòu)為φ105mm×219mm、壁厚為8.5mm的旋轉(zhuǎn)殼體，φ30mm×32mm圓柱凸耳及寬度為12mm的上下分布的2個(gè)加強(qiáng)筋，2個(gè)對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)的三角形支撐臂。殼體上設(shè)計(jì)有對(duì)稱分布的矩形窗口，用于手動(dòng)起跳安全閥（固定于凸耳軸孔的手動(dòng)控制柄與矩形窗口的上下表面接觸）。其中，2個(gè)加強(qiáng)筋的頂面分別與圓柱凸耳表面相切，且上側(cè)的加強(qiáng)筋頂面還相切于殼體頂部R15的過(guò)渡圓角表面。2個(gè)對(duì)稱的支撐臂與上側(cè)的加強(qiáng)筋類似，三角形支撐臂的頂面相切于φ40圓柱表面，以R8圓角光滑過(guò)渡至殼體底面邊線，通過(guò)對(duì)加強(qiáng)筋等頂面與融接表面的相切設(shè)計(jì)，有利于其邊線的倒圓角和鑄件表面的成型質(zhì)量。

在完成了頂蓋零件的殼體旋轉(zhuǎn)體造型后，運(yùn)用PTC Creo軟件中的“輪廓筋”功能顯然是難以同時(shí)滿足加強(qiáng)筋頂面與2個(gè)融接表面的相切設(shè)計(jì)。以平行于加強(qiáng)筋側(cè)面的平面作為草繪平面，分別選取圓柱凸耳表面的截交線和殼體頂部R15圓角表面作為參照，再創(chuàng)建相切于2個(gè)參照幾何的直線草圖，這樣不同偏距的草繪平面中的直線均可實(shí)現(xiàn)與參照幾何的相切，其軌跡即為加強(qiáng)筋頂面與草繪平面的交線，同時(shí)切點(diǎn)位置也隨之變化，所繪制的截面草圖即為掃描截面。為快速實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)筋與支撐臂的頂面相切設(shè)計(jì)問(wèn)題提供了新的解決方案。運(yùn)用Creo可變截面掃描技術(shù)完成加強(qiáng)筋與支撐臂的建模，使其頂面與2個(gè)融接表面相切，很好地滿足頂蓋零件的設(shè)計(jì)要求。

二、加強(qiáng)筋的造型設(shè)計(jì)

1.創(chuàng)建圓柱凸耳

以FRONT基準(zhǔn)平面作為草繪平面，創(chuàng)建圖2中的殼體一側(cè)的圓柱凸耳對(duì)稱拉伸造型，其盲孔尺寸為32mm，截面圓直徑為30mm，圓心對(duì)坐標(biāo)系的定位尺寸分別為65mm與105mm。其中，因殼體中的相關(guān)邊線與圓柱凸耳的表面將分別作為可變截面掃描的原點(diǎn)軌跡和參照幾何，為避免掃描進(jìn)程中的截面參照缺失，圓柱凸耳特征中的草繪平面應(yīng)不同于殼體旋轉(zhuǎn)特征中的草繪平面（RIGHT基準(zhǔn)平面）。

2.創(chuàng)建加強(qiáng)筋

（1）單擊“可變截面掃描”按鈕，選取凸耳一側(cè)的R15過(guò)渡圓角表面位于殼體側(cè)面的邊線作為原點(diǎn)軌跡，修改其端點(diǎn)引線處的數(shù)值分別為“-74”，以使縮短后的軌跡曲線鏈與圓柱凸耳的長(zhǎng)度相當(dāng)，再以“垂直于投影”作為截面控制方式，并選取坐標(biāo)系的y軸或A-1基準(zhǔn)軸或TOP基準(zhǔn)平面作為投影方向。進(jìn)入草繪界面，打開(kāi)“參照”對(duì)話框，直接選取過(guò)渡圓角表面的邊線作為參照，再單擊對(duì)話框中的“剖面”按鈕，以“目的曲面”方式選取凸耳的圓柱表面作為參照，開(kāi)放截面草圖，結(jié)果如圖3所示。其中，上側(cè)的斜線分別相切于過(guò)渡圓角表面與凸耳圓柱表面的參照幾何，下側(cè)斜線的上端點(diǎn)與凸耳圓柱表面的參照幾何相切，其下端點(diǎn)位于動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系的豎直中心線上并標(biāo)注定位尺寸20mm，圓柱凸耳參照幾何上的兩斜線的端點(diǎn)之間以直線進(jìn)行連接。最后，單擊操控板上“掃描為實(shí)體”按鈕，再單擊中鍵完成2個(gè)加強(qiáng)筋基本形體的可變截面掃描造型，其結(jié)果如圖4所示。

在可變截面掃描的創(chuàng)建過(guò)程中，通過(guò)打開(kāi)操控板中的“相切”選項(xiàng)卡，切換“參照”下拉列表中的“側(cè)1”與“側(cè)2”，掃描曲面的相切約束缺省條件分別為參照幾何的曲面。此外，掃描軌跡在圓柱凸耳表面上的邊線是一條曲面曲線，而R15過(guò)渡圓角表面上的邊線也并不是一條截面圓弧曲線。

（2）以偏移FRONT基準(zhǔn)平面6mm的正反向平面作為替換平面，分別完成可變截面掃描特征2個(gè)端面的替換，實(shí)現(xiàn)2個(gè)加強(qiáng)筋的造型設(shè)計(jì)，其結(jié)果如圖5所示。

（3）分別完成圖6所示的2個(gè)加強(qiáng)筋側(cè)面角度為6°的拔模設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)筋頂面中的2條側(cè)邊線和2條相貫線作為各自的拔模樞軸，并選取RIGHT基準(zhǔn)平面作為拔模方向，再調(diào)整拔模方向使其為增加材料。在上述的2次拔模操作中，應(yīng)對(duì)其中之一的拔模側(cè)面進(jìn)行“選項(xiàng)”設(shè)置，即激活“排除環(huán)”收集器，選取另一加強(qiáng)筋中的2個(gè)側(cè)面使其不作為拔模面。

（4）完成加強(qiáng)筋及其相關(guān)邊線的倒圓角，其結(jié)果如圖7所示。其中，以“目的邊”選取方式完成圓柱凸耳的柱面與殼體表面之間的尺寸為“15”的倒圓角，完成圓柱凸耳下方加強(qiáng)筋與頂蓋殼體表面交線的尺寸為“15”的倒圓角，完成圓柱凸耳的端面與殼體表面之間的尺寸為“5”的倒圓角，完成加強(qiáng)筋側(cè)面所有邊線的尺寸為“3”的倒圓角。

三、頂蓋支撐臂的造型設(shè)計(jì)

1.創(chuàng)建前側(cè)支撐臂造型

（1）以FRONT基準(zhǔn)平面作為草繪平面，創(chuàng)建圖8所示的前側(cè)支撐臂中與銷孔同心的φ40mm×75mm圓柱拉伸造型，其截面圓的圓心對(duì)坐標(biāo)系的定位尺寸分別為85mm與50mm。

（2）單擊“可變截面掃描”按鈕，選取圓柱下方的殼體底部外側(cè)邊線作為原點(diǎn)軌跡，修改其兩端引線處的數(shù)值分別為“-50”（前）、“-84”（后），并切換軌跡曲線鏈的起始方向，再以“垂直于投影”作為截面的控制方式與坐標(biāo)系的軸作為投影方向。進(jìn)入草繪界面，打開(kāi)“參照”對(duì)話框，單擊“剖面”按鈕，以“目的曲面”方式選取圖8中的圓柱表面作為參照幾何，完成圖9中的閉環(huán)截面草圖的繪制。其中直徑16mm構(gòu)建圓的圓心位于動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系水平軸線的左側(cè)上且圓弧過(guò)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，斜線分別相切于參照幾何與構(gòu)建圓且延伸到動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系的豎直軸線上。最后，單擊操控板上“掃描為實(shí)體”按鈕，再單擊中鍵完成前側(cè)支撐臂中的可變截面掃描造型，其結(jié)果如圖10所示。

（3）完成圖10中的拉伸圓柱與可變截面掃描特征的除料，形成圖11中的厚度為16mm、內(nèi)側(cè)面偏距FRONT基準(zhǔn)平面14mm的支撐臂造型，并完成其內(nèi)側(cè)面中的040mm×5mm凸臺(tái)拉伸造型（與圖8中的圓柱同心）。

（4）完成前側(cè)支撐臂中除凸臺(tái)表面之外的所有邊線的尺寸為“3”的倒圓角，再完成前側(cè)支撐臂與殼體表面交線的變半徑倒圓角，即支撐臂內(nèi)側(cè)邊線R3圓角表面與殼體表面交線中的4個(gè)點(diǎn)的半徑值分別為內(nèi)側(cè)表面上的2個(gè)點(diǎn)為“3”、上下表面上的點(diǎn)為“8”，其結(jié)果如圖12所示。

2.后側(cè)支撐臂的造型

以“種子和邊界曲面”選取方式復(fù)制前側(cè)支撐臂外表面（包括變半徑圓角表面），再以FRONT基準(zhǔn)平面作為鏡-像平面完成復(fù)制曲面面組的鏡像（打開(kāi)操控板中的“選項(xiàng)”選項(xiàng)卡，清除“隱藏原始幾何”復(fù)選框）。然后，完成鏡像的曲面面組的實(shí)體化（單擊“實(shí)體化”操控板上的“用實(shí)體材料填充由面組界定的體積塊”按鈕并確認(rèn)方向指向外側(cè)），實(shí)現(xiàn)頂蓋后側(cè)支撐臂的造型，其結(jié)果如圖13所示。

四、頂蓋的加工

以拉伸除料方式，完成頂蓋殼體中的對(duì)稱于FRONT基準(zhǔn)平面、與圓柱凸耳端面共面的安裝控制手柄的矩形窗口。其中，窗口高度為55mm，下側(cè)表面距離殼體端面的定位尺寸為72mm。再分別完成圓柱凸耳與2個(gè)支撐臂中的φ17mm通孔的加工，并完成加強(qiáng)筋正下方、距離頂蓋下表面12mm的M12×1.5螺紋孔的加工，其結(jié)果如圖l所示。

五、結(jié)論

（1）Creo軟件中的可變截面掃描技術(shù)是將一個(gè)截面草圖沿著一條或多條軌跡曲線鏈（平面型或空問(wèn)型曲線）按照一定的運(yùn)動(dòng)方式（軌跡曲線鏈上的法平面方向或指定方向）形成的幾何體（實(shí)體或曲面）。由此可見(jiàn)，“可變截面掃描”功能能夠?qū)崿F(xiàn)截面的大小與方向或僅截面的大小或僅截面的方向產(chǎn)生變化的幾何體。原點(diǎn)軌跡既可用于控制截面的移動(dòng)方向，也可用于控制截面的變化。根據(jù)草繪截面的定向與特征設(shè)計(jì)的要求，可變截面掃描的三種截面控制方式分別為垂直于軌跡、垂直于投影與恒定法向，可靈活選擇與設(shè)置。

（2）運(yùn)用PTC/Creo可變截面掃描特征實(shí)現(xiàn)頂蓋中的加強(qiáng)筋與支撐臂的設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)置圓柱表面（目的曲面）與草繪平面的剖面截交線作為參照幾何，是實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)筋等頂面相切設(shè)計(jì)中的至關(guān)重要的操作步驟，當(dāng)草繪平面的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系沿著掃描軌跡曲線鏈移動(dòng)時(shí)，草繪平面上的直線圖元與參照幾何之間始終保持設(shè)定的相切幾何約束關(guān)系。