以曲线为中心线的螺旋类元件造型法研究

在厨房水龙头中有一种抽拉弹簧龙头，这种水龙头具有可抽拉性，即使用时可以拉出一定的距离，并因为弹簧的弹性，龙头可以任意摆动角度，松手后又自动恢复到原位。这种特性给使用带来方便，那么关键性零件弯形弹簧如何用三维绘图软件来绘制呢？首先，我们分析一下该类零件的特征：与一般的圆柱螺旋弹簧相比，这种弹簧的轴线是弯曲的是条曲线在pro/engineer中有个绘制弹簧的螺旋扫描命令它的使用必须满足这样一个条件：草绘螺旋扫描的轨迹时，需要建立一条中心线，要生成的簧丝围绕这条中心线形成螺旋只建立直的中心线许按自己的意图创建任意弯曲的中心线此，仅利用该命令不能绘制中心线是曲线的弯形弹簧合其他方法来完成此类元件的绘制。二、模型创建1.方法一：骨架折弯法在pro/engineer高命令中有个骨架折弯命令直的零件按绘制的曲线弯曲成型，从而形成弯曲件。可以先用螺旋扫描命令绘制一条圆柱螺旋弹簧，再用骨架折弯命令进行弯曲成形。以该思路为指引，用螺旋扫描命令绘制一条中径m（以下长度单位均为mm，省略丝径d，距p=10总长为h0=180的单节距普通圆柱螺旋弹簧，然后再利用骨架折弯命令将其弯曲，其操作过程如下。（）开pro/engineer野4.0版，依次点击“文件”→“新建栏中“零件名栏输入spring”为弹簧的名称，取消选中“使用缺省模板弹出的“新文件选项”中选“（）选下拉菜单“插（）”“螺旋扫描h“伸出项（（）时系统弹出图1所的伸出项：螺旋扫描”对话框和图2所示的菜单管理器，选中“常数”→“穿过轴”→“右手定则”→“完成。（统弹设草绘平面单新置面图区点front然后点击菜单“正向”→“缺省受统默认的绘图方向。（）统进入草绘界面，绘制如3所示的草图，注意要有中心线（中心线只允许是直的迹为长度180的线。点击，在系统提示下，输入节距值，击，系统自动转至草绘截面图，绘制图4所的弹簧截面直径φ的，点击螺旋扫面对话框的按钮，完成螺旋扫描弹簧主体的建立，如图示。（）击“插入i“伸中“定义内部草绘front为绘面参面选right方选右绘制图示的草绘图点击完成拉伸特征截面的绘制，拉伸选项如图6所示完成弹簧两端磨平面的建立。（）击“插入（“级v“架折弯i系统弹出图7所的骨架折弯对话框，选中“草绘骨架线”→“无属性控制”→“完成示“选取要折弯的一个面组或实体标指针移动至绘制的弹簧附近现近指针处的一段螺旋曲面呈高亮显（并不是整条弹簧都显高亮点击任意一段高亮显示的螺旋曲面统出图8所示的对话框，选中“新设”→“平面鼠标点击选中front平面，在草绘视图选项中选“面点平面作为垂直参考面系统进入草绘模式绘图9所示的草绘图，单击按钮，成草绘。系统弹出图10所示的管理器，并且提示栏显示，用鼠标选中图9所示簧的顶端平可需要稍微倾斜一下弹簧体可以发现弹簧立即弯曲了，如图11所，同时架折弯绘图状态结束。至此，方法一介绍完毕，弹簧也确实被“弯曲”了，但是仔细观察这根弯曲后的弹簧，可发现在折弯处弹簧的钢丝截面变成了椭圆形，远离折弯处截面仍是圆形，局部放大并剖开后如图12所示在折弯圆角内侧簧丝由于受挤向变扁外由于受拉伸”轴向变长，成为大小不等的椭圆。这与弹簧的弹性弯曲变形实际情况不相符，用此方法

绘制这类零件，这个缺陷难以避免。所以必须探求一种更合理的绘制方法，这就是下面介绍的方法二。2.方法二：变量曲线控制法pro/engineer在建空间曲线曲面方面具有强大的功能此可以考虑先创建出空间曲线（或空间曲面的边线，后再以此曲线为轨迹线，扫描出弯形弹簧。其中轨迹参数trajpar代一个从0连地变化到的量，我们按自己的意图先绘制一条曲线，作为弯形弹簧的中心线，再利用变量和可变剖面扫描这种高级命令，创建围绕曲线螺旋发展的曲面围的角度用变量trajpar控从°到360变化曲的外边线至曲线的距离用一条定长的线段表示，再附加要围绕的圈数，就可以生成螺旋曲面了。生成这样的曲面后，再以此曲面的外边线为轨迹，扫描出实体。这样，弯形弹簧就可以创建了。具体操作步骤如下。（）开pro/engineer野4.0版，依次点击“文件”→“新建栏中“零件名栏输入spring-a作为弹簧的名称，以后缀字母“a”区分开方法一创建的弹簧，取消选中“使用缺省模板弹出的“新文件选项”中选mmns_part_solid（在具栏中鼠标点击草绘钮弹出草绘对话框鼠点击front平作为草绘平面，参照平面选right平，方向选右，绘制如13所示草图（为便于比较，此图与方法一的折弯线尺寸一致击具栏，完成草绘。（）击工具栏中“可变剖面扫描”按钮，弹出“可变剖面扫描”选项，选中“扫描为曲面”选项，如图14所，点击第二步绘制的曲线，发现曲线以红色粗线显示，并且在顶部端点处有一黄色箭头指向，单击黄色箭头，使扫描的起始点位于底部端点处。此时“可变剖面扫面”选项（图14）中的“创或编辑扫描剖面”按钮处于激活状态，点击此按钮，系统自动转至与曲线垂直并经过起始点的草绘面，创建如图15所的扫描剖面，注意20表线段最远处至轨迹线的距离公来控制角度使其从°到360°整周内连续变化击此夹角，变为红色后再点击“工具“系系对话框，此时草绘图上的数值均变为代号，相应的那个角度值变为代号d10在框内输入关系式sd10=360*trajpar*18”（需要注意的是sd10中10这序号是随机产生的，即弹出关系对话框时草绘图上的代号；18表螺旋扫描18圈是弹簧总圈数，相当于方法一的h0/p图。点关系对话框右边执行/校验钮已成功校验了关系示击绘模式下的，完成截面的草绘；点击可变剖面扫描截面的，完成可变剖面扫描创建曲面的操作，可见创建出的曲面如图17所示（单击生成曲面上任意一点现整个曲面的边界线变为细的红色线再点击一次下半部分的外边界线，发现下半部分的外边界线以粗的红色线显示，表示曲线被选中，如18所示。点击工具栏的复制按钮，此时复制按钮后面的粘贴按钮被激活，点击该按钮则该曲线被复制下来见在曲面外边界处多了一条蓝色的曲景为白色情况下19所。由左侧模型树上的特征列表也可以看出，多了一条复制特征。（重上一步的操作分复制曲面弯曲部分的外边界线和上半部分的外边界线得到两条曲线，分布于螺旋曲面的上、中、下三部分。（需将上面复制的三条螺旋曲线连接为一条要三次使用可变剖面扫描，绘制三个独立的实体，那样虽然外观上也可以做出弯形弹簧，但其连接处有相交痕迹。连接三条曲线的做法是：点击一下螺旋曲面上任意一点，边界线变为细的红色线时，单击鼠标右键，选中“隐藏以现面不再显示，两次单击（不是双击）前面复制的下半部分螺旋曲线使其显示为粗的红色线时点击工具栏的粘贴按钮此时出现图20所的复制选项，点击“参照”→“细节下ctrl键，鼠标依次点击选择中间部分、上半部分的螺旋曲线，发现三条曲线都被收集到链对话框的参照栏内，点击，完成三条螺旋曲线的连接。

（）下键在模型树栏，用鼠标依次选择复制上、中、下三条螺旋曲线，单击鼠标右键，选中“隐藏其隐藏的目的是避免在选择轨迹线时造成干扰留下上一步那条连接完毕的螺旋曲线工具栏中点可变剖面扫描按钮”可剖面扫描”选项，选中“扫描为实体”选项，单击选择连接完毕的螺旋曲线为扫描轨迹线，发现以粗的红色线显示，箭头处于底部端点处，单击“创建或编辑扫描剖面”按钮，系统自动转至与曲线垂直并经过起始点的草绘面，创建如图21所的草绘（在中心线交叉处绘制直径φ