東莞注塑機(jī)螺桿炮筒廠家淺析波狀螺桿參數(shù)化技術(shù)在螺桿設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

對螺桿進(jìn)行精確的幾何建模，不僅是塑料擠出機(jī)、注塑機(jī)有限元分析、工作運(yùn)動(dòng)仿真和虛擬樣機(jī)建立等設(shè)計(jì)工作的必要前提，也是異型螺桿數(shù)控加工自動(dòng)編程的前提。相對普通螺桿，波狀螺桿結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本文針對波狀螺桿的典型結(jié)構(gòu)，運(yùn)用參數(shù)化技術(shù)，探討采用SolidWorks軟件對波本文根據(jù)波狀螺桿的結(jié)構(gòu)特征，在形體分析的基礎(chǔ)上對波狀螺桿進(jìn)行參數(shù)化建模，介紹了SolidWorks波狀螺桿參數(shù)化建模的過程和技術(shù)要點(diǎn)，探索了參數(shù)化技術(shù)在螺桿快速設(shè)計(jì)、系列設(shè)計(jì)及變形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。狀螺桿進(jìn)行快速設(shè)計(jì)、系列設(shè)計(jì)及變形設(shè)計(jì)的建模方法，也適合于其他螺桿類零件的設(shè)計(jì)建模。

螺桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟

1.螺桿分段及參數(shù)設(shè)定

應(yīng)用形體分析法把波狀螺桿(如圖1a)分解成由螺桿尾、螺槽結(jié)構(gòu)(如圖1b)、螺棱結(jié)構(gòu)(如圖1c)及螺桿頭四個(gè)分段。螺桿分段的目的是為了達(dá)到簡化復(fù)雜異型螺桿參數(shù)化難度的目的，其中螺紋特征主要有等距、變距、單線、多線等幾種形式，深度特征主要有等深、變深、波浪等幾種形式。

2.螺桿分段模型建立

用SolidWorks軟件建立螺桿分段實(shí)體模型，零件中的草圖繪制要標(biāo)全尺寸，并要完全約束。

3.定義螺桿分段的參數(shù)

在SolidWorks中顯示尺寸及其名稱，將模型原始的尺寸名稱改為與螺桿參數(shù)相符或具有一定意義;然后對部分尺寸根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立尺寸關(guān)聯(lián)(軟件中顯示為“∞”)和方程式(軟件中顯示為“∑”);最后把不需要顯示的尺寸進(jìn)行隱藏，僅顯示參數(shù)化中需要用到的尺寸。

4.螺桿的拼裝設(shè)計(jì)

由于異型螺桿的結(jié)構(gòu)普遍比較復(fù)雜，直接在“零件模塊”進(jìn)行螺桿參數(shù)化設(shè)計(jì)，存在較大難度，也不利于精確造型和參數(shù)化的實(shí)現(xiàn)。可以采用從“零件”到“裝配”再由“裝配”模式下“派生零部件”的方法得到螺桿零件，由于SolidWorks的“零件模塊”、“裝配模塊”、“工程圖模塊”及“派生零件”之間存在關(guān)聯(lián)，所以這種設(shè)計(jì)方法特別適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的螺桿建模，便于復(fù)雜螺桿的參數(shù)化結(jié)構(gòu)修改和螺桿系列零件設(shè)計(jì)。

三、螺桿參數(shù)化建模實(shí)例

1.螺棱結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模

螺桿的參數(shù)化關(guān)鍵是螺棱結(jié)構(gòu)的參數(shù)化，在SolidWorks軟件里做螺棱結(jié)構(gòu)首先要生成路徑草圖(螺旋線)和截面草圖(法向截面或軸向截面)，然后用“掃描”命令來生成螺棱結(jié)構(gòu)。

2.螺槽結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模

普通螺桿的螺槽特征(等深、變深)參數(shù)化建模比較簡單，波狀螺桿精確建模的另一關(guān)鍵是波狀段螺槽特征的建模。波狀螺桿有“單波”和“雙波”之分，如圖3所示。單波型螺桿的螺槽深度變化是在同一條螺槽中進(jìn)行的，雙波型螺桿的螺槽分兩部分，兩部分螺槽深度各自按一定的規(guī)律周期地變化，二者之間有一定的相位關(guān)系，雙波型螺桿可以分成兩種形式，附加螺紋的雙波狀螺桿和無附加螺紋的雙波狀螺桿。單波段深度特征參數(shù)化定義如圖4所示，主要參數(shù)有：螺桿直徑D，波谷深度Hv，波峰深度Hp，導(dǎo)程Ph，波段長度L。O、O1、O2分別為螺桿、上波、下波的軸心位置，由于波段螺旋線本身要具有一定的連續(xù)性，根據(jù)圖3b可以得出這樣的結(jié)論：A、B兩點(diǎn)位置是上下波段的螺旋路徑組合的結(jié)合點(diǎn)，我們?nèi)∑渲幸粋€(gè)作為單波螺旋的起點(diǎn)和終點(diǎn)，這里取A點(diǎn)，因此θ1就是下波螺旋的起始角，θ2為上波螺旋的起始角，兩者軸向的距離差為一個(gè)導(dǎo)程。

①繪制圖3b的草圖，并標(biāo)注參數(shù)尺寸D、Hp、Hv、θ1、θ2，其中θ1、θ2為從動(dòng)尺寸，保留該草圖，作為后續(xù)建模參照。

②重新建模后，提取上波浪輪廓，以上波為底圓，生成一個(gè)螺距的螺旋線。選取螺旋線起始角度與參照草圖中的θ2角度，使用“連接數(shù)值”命令使兩角度相等，可以省略角度方程計(jì)算。以該螺旋線為路徑，生成一個(gè)螺距的上波特征。

③建立一新草圖繪制平面，以距離上波草圖的平面距離為一個(gè)導(dǎo)程，提取下波輪廓，以下波底圓，生成一個(gè)螺距的螺旋線，同樣把螺旋線起始角度與參照草圖中的θ1進(jìn)行“連接數(shù)值”使兩角度相等。以該螺旋線為路徑，生成一個(gè)螺距的下波特征。由于兩個(gè)螺旋有偏心而螺線參數(shù)相同，所以會(huì)有相互重疊和分離現(xiàn)象，但被螺棱覆蓋后不影響螺桿的整體建模。

④用“移動(dòng)/復(fù)制實(shí)體”命令，設(shè)定間距為2倍導(dǎo)程，根據(jù)長度要求，復(fù)制若干個(gè)波段。

⑤切除兩頭多余部分，對兩個(gè)波浪交界處進(jìn)行過渡處理，定義參數(shù)化尺寸，最后完成圖3a單波深度特征的參數(shù)化建模。

雙波段深度特征參數(shù)化定義如圖5所示，主要參數(shù)有：螺桿直徑D，波谷深度Hv，波峰深度Hp，導(dǎo)程Ph，雙波段長度L。其建模方法如下。

①繪制圖4b草圖，標(biāo)注參數(shù)尺寸，保留該草圖，作為后續(xù)建模參照。

②提取“下波”輪廓，拉伸“下波”圓柱。

③提取“上波”輪廓，以此為基圓，制作一螺旋線為路徑，穿透該螺旋線做一寬度為二分之一導(dǎo)程的截面，用“掃描切除”命令去除“下波”圓柱中多余的材料。

④提取“上波”輪廓，以此為基圓，制作一螺旋線為路徑，穿透該螺旋線做一寬度為二分之一導(dǎo)程的截面，用“掃描”命令添加“上波”特征。

⑤切除兩端多余部分，設(shè)定方程式和關(guān)聯(lián)尺寸，完成如圖5a的雙波深度特征的參數(shù)化建模。

3.螺桿段裝配拼裝

在建立所有螺桿結(jié)構(gòu)段模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行螺桿的裝配設(shè)計(jì)，具體步驟如下。

①在零件設(shè)計(jì)模式下，從模型庫中提取需要的螺桿段結(jié)構(gòu)，由于螺桿段已經(jīng)有了完整的參數(shù)定義，所以只要輸入相應(yīng)的尺寸就可以生成所需要的分段結(jié)構(gòu)。

②在裝配模式下，把螺桿段裝配成如圖1所示的裝配體，檢查合格后，利用“連接”命令，把所有零件連接成一個(gè)零件，用“派生零部件”命令派生出一個(gè)新的波狀螺桿零件，這樣就完成了雙波狀螺桿的設(shè)計(jì)。

四、結(jié)束語

本文在形體分析的基礎(chǔ)上，通過對波狀螺桿的分段特征參數(shù)化建模，最終實(shí)現(xiàn)了各種波狀螺桿的參數(shù)化裝配設(shè)計(jì)，且模型正確無誤。限于篇幅，沒有敘述更多種類波狀螺桿的參數(shù)化建模過程。相同種類的螺桿，變化大多只是結(jié)構(gòu)尺寸，采用參數(shù)化方法建模設(shè)計(jì)不僅可以節(jié)省時(shí)間，還便于實(shí)現(xiàn)系列化設(shè)計(jì)和變異設(shè)計(jì)。

本文螺桿零件模型的建立方法，是一個(gè)從“零件”到“裝配”再到“零件”的過程，能有效解決由于螺桿結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性所帶來的建模困難問題，同時(shí)利用SolidWorks強(qiáng)大的黃金伙伴軟件可以使螺桿的CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用更加方便。