15.10 凸雕的活用

  在平面或者圆柱面上凸雕，是很简单的。参见3-210.IPT中的两个凸雕特征和草图。圆柱上刻字典型的结果参见3-134.IPT中的最后一个特征；对于圆柱表面的刻字，效果容易把握，参见3-135.IPT。

  在圆锥片上产生凸雕，根据凸雕的几何构成规则，草图需要在圆锥面展开之后的草图边界中创建，这是一个需要一点技巧的创建过程。
  例如3-136.IPT和图3-210模型。

   草图见图 3-211，扇形的构造线围成了圆锥表面展开之后的结果。而实际需要的草图，就以这个展开后的结果进行约束。
                

  所以，这种条件下，凸雕的草图是依照未来 要“缠绕”的圆锥面的展开结果进行创建的；之后再贴附到这个圆锥面上，就是我们需要的正确的结果了。

  这里有个难点，怎样在展开中得到圆锥的顶点，也就是求出展开扇形的圆心？

 ◆在创建圆锥草图的时候，用构造线延长相关轮廓线，相交得到圆锥顶点，并在轮廓和顶点 上添加“草图点”，供投影之用（这里只是为了说明问题，添加草图点不是必要的）。参见 图3-212。

 ◆完成锥体特征之后，将这个草图“可见”；

 ◆创建与锥体相切的工作面，先选定这个草图 的斜线，再选定锥面；

 ◆在这个工作面上建新草图，即可投影图中指出的三个点，以便作为展开草图中各条线的关联基准。

  平面或圆柱上刻字比较简单，圆锥上刻字，因为投影规则的关系，直接的结果参见 3-137.IPT 和图3-213，对于理想的圆锥面上进行凸雕文字，也还是在展开状态下写字。但因为Inventor不能阵列文字草图，这样的字只好一个一个地写上、约束和就位。参见3-138.IPT和图3-214。

   对于3-139.IPT”，是一个将凸雕作为轮胎花纹的主要特征，实施造型的一个例子。由于我们的 专业能力有限，这个模型只能是“趣味”造型。

        15.11 铲齿铣刀

  由于螺旋扫掠对于“平面螺旋”，也就是按阿基米德螺平面旋线进行扫掠的过程中，只能向外伸 展，不能向内伸展；而图3-215所示的铣刀，无论从制造过程还是造型过程的先后条件，都需要“向 内伸展切削扫掠”这样的特征来实现铲背的加工结构。

   为了制造中测量方便，这类铣刀的前刀面常常是经过轴线的，前面的投影轮廓可直接作为扫掠 的截面轮廓的基础；关键是作出合适的，可参数化的“铲背路径”草图。

   参见3-140.IPT中的扫掠特征下的“铲背路径”。这是一条带有7个控制点的样条线，从各个控 制点到圆心的构造直线的驱动尺寸，控制着这些点的圆心角和半径。
  从草图中可见，间隔圆心角4°；而半径的增量大小取决于后角8°产生的设计参数d36。这个d36使用草图的CAGD方法求解而得出，参见图3-216。
   因此，改变后角的驱动尺寸 d35，将关联改变铲背路经线的弯曲，进而改变铲背特征的结果。 这就完全符合了设计思维的表达要求。当然，如果为了提高精确度，可增加样条线的控制点数量。
  从设计表达要求看，不必要求很精确，这是因为刀具铲背的加工过程多数是使用机械靠模、而不是使用数控加工技术完成的。

       15.12 圆柱齿轮设计模板

   由于Inventor尚未提供圆柱齿轮特征，也没有圆柱齿轮啮合的装配概念，因此，在设计中精确 作出圆柱齿轮的轮齿不是必要的。但是，许多时候需要近似地作出圆柱齿轮的轮齿，以便在演示机 构动作时用、或者其它示意表示的条件下使用，另外，用圆弧代替渐开线也是齿形设计和齿形加工 的一种方法。

  下面讨论的“圆柱齿轮设计模板”，就是基于这样的需求和Inventor目前的能力所开发的一个 工具。参见3-141.IPT。

      15.12-1 齿廓的近似画法

  参见图3-217，这是一般推荐的齿廓近似画法(3-141.IDW)。其中：
      

   这些参数都可以借助齿轮参数计算式，根据模数、齿数参数得到。近似弧是ACD弧线，圆心落 在基圆上，弧线经过节点C，半径为切线OC的长度。当然，还有使齿形误差更小的计算方法。

       15.12-2 设定基础参数

   参见图3-218，首先设置几个齿轮设计的基础参数备用。
    

       15.12-3 创建草图

  先投影原始坐标系的原点，在XY面上开始草图，正交位置线要与原始坐标系相关轴对准；创建 所有的圆和直线构造线型的草图（其中齿根圆和分度圆为普通线型），驱动参数要引用设好的参数名 或者使用表达式；圆心落在原点的投影上；

  从C点向基圆草图作构造线型的切线，并产生O点；绘制普通线型的圆弧，端点落在齿顶圆和 齿根圆上，圆心约束到O点上.

  结果参见3-141.IPT中的草图。

       15.12-4 创建基础特征

   双向对称拉伸齿根圆，拉伸距离引用现有参数“齿宽”；将特征草图“共享”，双向对称拉伸齿 廓草图；做齿根圆角，半径为 0.2*模数，环形阵列，数量引用现有的“齿数”；双向对称拉伸分度 圆成为曲面，这是未来啮合装配的装配基准。

      15.12-5 使用方法

   要将这个模型保存成模板文件，例如：“直齿圆柱齿轮.IPT”，备用。在需要设计齿轮时，以这个模板开始新零件（参见图3-219），之后就已经有基础模型；

  按这次设计的需要，在参数表中调整“用户参数”,更新后就得到了新齿圈；以Z轴为中心线， 添加其它的结构特征；保存为新的零件文件，结束。参见3-142.IPT。

      15.12-6 点评

   这样做，是典型地将比较复杂造型简化的方法，其中齿圈部分的模式相同、参数不同，这恰好是Inventor很善于处理的。而其它结构部分，每个齿轮设计都可能是独特的，就在此基础上另行添 加。严格要求齿圈结构与原始坐标系对准，并作出分度圆圆柱曲面，是为装配准备基准。

    斜齿轮分出左右旋，而不是一个模型，是因为：螺旋特征是创建斜齿轮牙齿的必要功能，但 Inventor没有给这个功能中的“旋向”参数设置成可用参数控制的机制、仅提供了交互操作下的开 关机制。还请注意笔者是怎样利用“求解螺距”的草图，利用Inventor的CAGD功能将它不能理解 的原始设计参数螺旋角、转换成它能理解得螺距参数、并自动关联的。

   用模板保存这种结果，是一种很方便的途径。而类似的专业设计环境模板，用Inventor做设计 的过程中，必将逐渐添加和完善，这也是用户对Inventor进行专业定制的常用手段。

       15.13 圆锥齿轮设计模板

  下面讨论的“直齿圆锥齿轮设计模板”，是基于GB/T12369-1990和Inventor目前的能力，参见3-143.IPT。其主要技术方法和未来使用的方法，与圆柱齿轮是雷同的；但因为圆锥齿轮在参数计算 和齿型控制上有一些自己的特点，而这些特点对于了解齿轮设计的人，应当是很熟悉的一些知识。 笔者在这里只是引用，而没有详细解说。

      15.13-1 设定基础参数

   参见图3-220，其中，当量齿数值的计算使用了Cos()表达式。
      

      15.13-2 齿圈的创建

  齿圈草图和控制尺寸参见图3-221。注意以下几点：
  要把分锥线的端点落在原始坐标系的原点投影上，旋转轴就是原始坐标系的Z轴。这样做是为未来的装配打下基础；以“分圆锥基线”做出分圆锥的曲面，这是装配基准之一；齿圈的其他结构尺寸，如d20、d21，直接用了“大端模数”值。这可能不是未来设计所要的，但可以很容易地在未 来设计中修补这个特征的结果。

      15.13-3 齿沟的创建

  锥齿轮创建齿沟结构比较方便。几个步骤如下：

 ◆做出齿大端的法向面

  利用图3-221所示的“法向面基线”草图直线和相关的齿圈圆锥面，创建工作面，结果参见“齿 沟法向面”工作面。

 ◆做出齿沟草图
   在“齿沟法向面”工作面上作草图，投影齿圈大端棱边（结果是椭圆）和原始坐标系的Z轴。

做齿顶圆草图，圆心落在Z轴投影上，直径为“当量齿数*大端模数”，并约束其与齿圈大端棱边投

影相切；之后按常规完成分度圆、齿根圆和基圆。
  齿沟侧面的草图和参数控制，这时就与一般圆柱直齿轮的规则一样（参见上一题目中的描述）；

齿沟轮廓上沿可高出实际齿圈一些，参见尺寸d32。

 ◆创建齿沟
   具体特征的参数设置，参见图3-222；
   

  完成一个齿沟之后作出齿根圆角；按“齿数”参数阵列，完成模型，存为专用模版文件。

      15.13-4 使用方法

   与圆柱齿轮的例子类似。

       15.14 配重结构设计

  许多高速回转使用的零件，需要进行配重结构设计，以便实现静平衡。例如3-144.IPT，因为这是个不对称的结构，需要在偏心轴的对侧设置配重结构。为了将来调整方便，建模时要注意：

 ◆确保回转轴线落在原始坐标系的Z轴上，因为Inventor的质量属性是依照原始坐标系进行 计算和得出结果的；

 ◆配重结构设计时，草图约束成对称结构，以便只要调整一个角度参数，就可以调整配重的 大小，参见“配重块”特征的草图；

 ◆按需要正确设置零件材料。

   之后，在菜单中“文件(F)”-〉“iPorperties(I)…”-〉“物理特性”选项卡，可见图 3-223 的结果。
 
  因为我们把回转轴放在了Z轴上，如果重心正确，它的X/Y坐标就应当是0。图示的状态，Y坐标没问题，X坐标是-0.157mm。在菜单中“视图(V)”->“重心”，结果参见图3-224，可见，当前 重心位置偏向了偏心轴一侧，需要调整。调整原则是加大配重块的夹角。

   调整后重新打开“特性”界面并切换到“物理属性”选项卡，点击“更新”按钮重新计算，并 察看结果重心的位置， 这样反复多次，即可将配重块参数确认下来。

   我们的设计结果是：夹角尺寸55°，重心的X坐标为0.01mm。偏向偏心轴的相反一侧，这是考 虑到制造误差，造成的结果与设计模型不一致，在进行平衡的时候，还可以在这一侧打去重孔进行调整。

          16. 零件造型和特征的小结

  对于Inventor的特征功能，目前的状况已经可以应付大多数机械设计（而不仅仅是建立模型） 的需求了。

  能够基于装配关系，简明地创建关联的特征，进而完成关联的零件设计。这无疑是CAD软件中 一种优秀的性能，是一种能够与工程师的设计思维顺畅整合的性能。在这样的功能下完成设计思维 的表达、确认、调整和配凑，真的能体验出设计过程的快乐。至少对我们来说，这确实是盼望已久 的了。这是Inventor的特色功能。

   至于造型表达功能，除了软件本身的能力之外，最主要的就是使用者对要做的造型的理解和把 握了，而“你怎么制造、我怎么造型”正是说明了这个道理。相当多的人，对于要构建的模型还不 甚了解的条件下就开始做，结果肯定不好。

   就是说，人作为CAD系统的“帅”，连战术安排都没有想好，怎能指挥下面的部队打胜仗？用好任何CAD系统的前提都是：人的设计能力和对所建模型的理解。

  如图3-225的3-134.IPT，笔者将其归入“趣味造型”之列,因为设计过程并不需要如此精细。
  这是麻花钻完全真实的造型。因为有了正确的模型，过去很难绘制的工程图，就成为轻而易举的事情。传统方法，甚至在AutoCAD中借助程序，也难以得到该图如此精致和准确的结果。这就是 从三维开始设计的一个特点。
      

   这个模型的困难之处在于螺旋槽的尾部,而钻头主后面和修磨横刃结构的创建，也比较麻烦。 实际上碰到的困难，应当还不是软件的功能不行，而是“人”是否能正确地抽象这些实际结构、并 找到对应的造型方法。还是“规则”问题。

   如果是个仅仅“看到过几次麻花钻”的人，要求他做好这个模型，实在是强人所难，就算是他 的Inventor用的很熟练，也还是不行。俗话说“会者不难”，对于创建零件模型，这个“会”的第 一条件还不是对Inventor功能的掌握，而是对“这个设计”的理解和掌握。
  例如对于铸造件的建模，尤其是按照现有的工程图建模，有时候是灾难性的。个别结构完全无 法实现。这种现象，常常是使用者从工程图表达中“读出”了一个不可能结构所致。至于这个结构 为什么可能实际制造出来，那就看是怎样的工艺了。如果是木模-砂型铸造，实际制造中可以轻易地 完成目前任何三维软件都无法正确表达的“雕塑曲面”。对于木模工人或铸造工人，做到这些是很简 单的，因为是“人”在做。这样的事情我们亲历了许多，甚至是在铸件完成之后，我们的铸件设计 图才能最后定稿。对于软件，可就是另外的一回事了，因为是“电脑”在做，它比人笨得多得多。
  软件就像一个巨大的工具箱，里边有许多乱七八糟的各样工具，选择工具的准确与否，将取决于使用者对工具的理解以及对自己将要进行的工作的理解，这是无法回避的。

     本章相关文件下载