基于UG的端面凸轮三维建模

MECHANICAL ENGINEER
基于UG 的端面凸轮三维建模
刘倩婧，宋锴
(聊城职业技术学院，山东聊城252000)
摘要：凸轮机构中凸轮轮廓曲线非常复杂，给凸轮三维精确建模带来了困难，且精度较低的凸轮轮廓曲线不能满足凸轮后
续CAM 和CAE 的要求。

文中介绍了基于UG NX 的端面凸轮参数化变量表达式建模方法，使用变量表达式创建精确的空间凸 轮轮廓曲线，再使用布尔求差得到端面凸轮的三维模型。

关键词：UG NX ;建模;变量表达式;缠绕中图分类号:TH 112.2;TP 391.7 文献标志码:A
文章编号：1002-2333(2017)06-0071-02
引言
UG NX 是Siemens PLM Software 公司出品的产品工
程解决方案，它为用户提供了产品设计及加工过程数字 化造型和验证手段，它是一个交互式的CAD/CAM 系统， 其功能强大，可以轻松实现各种复杂造型的建构，已经成 为机械行业三维设计的一个主流应用。

1端面凸轮简介
凸轮机构结构紧凑、能够实现各种复杂运动，被广泛 应用于机械自动化及运动传输领域。

端面凸轮是具有曲 线轮廓的零件，与从动件构成高副机构。

本文以UG NX 为平台，介绍了端面凸轮的建模过程。

2端面凸轮建模分析
如图1所；该端面凸轮直径为令246 mm ，髙40 mm ， 凸轮直径为小200 mm ，但图1提供的凸轮数据不足，需要 图2作为辅助。

图2为(/>170基圆展开图，如图所示，每45°都有一个对 应的点的样条曲线。

展开图为我们提供了详细的基圆数
基金项目=2016年聊城职业技术学院学生科研项目 (2016XSKY 014);聊城职业技术学院科研项目 (2013LZY 08)
据，可以展示出图1无法表达的数据，使我们建模更加精
准。

基圆展开面为直纹面，这种直纹面一般是将相邻两素 线间很小的曲面当作平面进行展开来表达的。

由零件图样可以看出:端面凸轮为盘类零件，双层中 空结构，一层凸台四边有的通孔，二层有不规则曲线 形成的端面。

为表达清楚不规贝_线，配有0170基圆的展 开图。

那么，三维建模的思路初步确定为:首先构建一圆 柱体，然后创建与圆柱面相切的基准平面，以基准平面作 为草绘平面，绘制凸轮基圆展开曲线，然后用缠绕曲线功 能将基圆展开曲线缠绕在圆柱面上，最后用拉伸偏置、修 剪体、孔特征等功能构建凸轮主体和联接安装孔。

3 UG 变量表达式
凸轮机构中凸轮轮廓曲线非常复杂，给凸轮三维精确 建模带来了困难，且精度较低的凸轮轮廓曲线不能满足凸 轮后续CAM 和CAE 的要求。

引人基于UG NX 的端面凸轮 参数化变量表达式建模方法，使用变量表达式创建精确 的空间凸轮轮廓曲线，再使用布尔求差得到端面凸轮的 三维模型。

1) 表达式介绍。

表达式是UG 的一个工具，是用于控 制模型参数的数学表达式或条件语句。

表达式可以用于 控制模型内部的尺寸及尺寸与尺寸之间的关系，在不规 则零件的建模过程中起着重要的作用。

绘制不规则曲线 的最好办法就是设置变量和书写表达式，可以简化计算， 减少绘制失误。

在本文中，变量表达式的应用可以简化点 坐标的计算，从而减少繁琐的计算和避免失误^
2) 表达式的使用方法。

表达式可以自动建立或手动 建立。

系统自动生成开头用P 的限定符(P 〇、p l 表示的表达 式关系式)。

以小17〇基圆展开图为例，每45°都有一个对应 的点的样条曲线，使用表达式计算样条曲线，可以减少繁 琐的计算和不必要的失误。

4端面凸轮的UG 建模
创建凸轮圆柱体
由于展开图将小170基圆周长分为8段，应对不规则曲 线的绘制最好的办法就是设置变量和书写表达式，最大 程度地简化计算、减少失误。

1) 设置变量。

在工具栏中的工具—表达式对话框中
设置长度常量D 公式为170、长度mm 。

注意完成输入后，选
择“接受编辑”图标。

2) 使用变量绘制圆柱。

创建一个直径为/)、高度为50
网址: 电邮：hrbengineer@ 2017 年第 6 期■
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的圆柱。

选择圆柱外圆面，创建基准平面。

如图3所示。

3) 使用变量测量长度。

在表达式对话框下方选择“测 量长度”图标，会弹出“测量长度”对话框，选择圆柱体的 上边线来测量圆柱的周长，系统会自动测出周长为 534.0708 mm 〇
在“测量长度”对话框中点击确定，系统会返回“表达 式”对话框。

此时会出现一个新的参数表达式，就是刚刚 自动测量的周长。

选择新的表达式行，在名称栏中输入T ， 创建一个新的参数表达式T 。

变量T 中储存的就是圆柱面
的周长。

4) 移动工作坐标系铺设草图。

在工具栏中的格式—
WCS —原点中，选择象限点类型，选择圆柱底面的象限 点，如图5所示。

4.2创建端面&轮主体
1)草绘凸轮基圆展开曲线。

在工具栏的插入—草图
中，打开“创 建草图”对话 框，根据系统
提示选择草 图平面，选择 YC -ZC * m
平面为草图 平面，进入草 图绘制区。

在
“草图曲线”工具条中选择“点”，出现点构造器对话框，在 XC 、YC 、ZC 栏输入0、20、0。

创建一个点。

如图6所示。

继续绘制点，在点构造器对话框中XC 、YC 、ZC 栏中输 入T /8、20、0。

按照上述方法，绘制其他7个点（T / 4,22.21，0)、（3*T /8,30,0)、（T /2,40,0)、（5*T /8,30,0)、
(3*T /4，22.21，0)、 (7*178,20,0)、〇^0,0)〇 如图7所示。

2)创建基圆曲线。

在草图曲线工具条中 选择“艺术样条”，选择 “通过点”的方法，阶次
选择3，从第二点连接到第八点，创建样条曲线。

3)绘制直线，在草图曲线工具栏中选择直线命令，在 捕捉点工具条中选择现有点，然后选择点1与点2,点8与
图7构造基圆曲线其余7个点
点9,绘制两条直线。

4)加上约束，在草图约束工具条中选择约束命令，选 择直线12的端点1与YC 轴，约束其点在曲线上。

如图8所
〇
曲线4缠绕/展开曲线命令，将做好的样条曲线缠绕在圆 柱体上，如图9所示。

4J 完成端面*轮的三维建模
修剪去掉中间的圆柱体，创建4个凸轮安装孔，完成
造型，如图10所示。

图9创建缠绕曲线图10完成端面凸轮的三维建模
5
结语
UG 软件是一套集CAD 、CAM 、C A E 于一身的大型软
件，其功能强大，使用该软件进行设计，能直观、准确地反 映零、组件的形状、装配关系，可以使产品开发完全实现 设计、工艺、制造的无纸化生产，并可使产品设计、工装设 计、工装制造等工作并行开展，大大缩短了生产周期，非 常有利于新品试制及多品种产品的设计、开发、制造。

通过修改参数对端面凸轮进行设计，还可以通过运 动仿真模拟机构的运动过程。

最后，运用仿真加工，并通 过U G 后处理生成相应的NC 程序代码，进一步保证加工 过程的准确性和可操作性。

在端面凸轮中使用了变量表 达式(variant expression )和缠绕（curve winding entity )功 能。

表达式可以用于控制模型内部的尺寸及尺寸与尺寸 之间的关系，在不规则零件的建模过程中起着重要的作 用;缠绕指曲线缠绕实体，常用于复杂曲面或者钣金面的 制作，技术要点是缠绕平面必须与缠绕面相切。

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