一、虚拟建模技术和CAXA实体软件概述
（一）虚拟建模技术的概念
虚拟建模技术又称为三维实体造型，即设计者借助于计算机软硬件环境，将大脑中构思的、或者现实产品的几何外型和物理属性转化为可视、可分析、可修改、可进一步模拟加工的数字实体模型。现实中的产品都可以分解为不同的几何实体；而在计算机辅助技术中，我们可以借助相应的软硬件条件，将构思的产品部件转化为产品信息构成的虚拟模型。综上所述，虚拟建模是指将描述产品的形状、属性等特征以数学模型的形式存储于计算机内，并生成可视的、具有真实感的三维模型的技术。实体造型技术是CAD/CAM/CAE技术的核心；产品模型的建立，为其后的修改、检验、分析及制造等步骤提供了直观的可操作对象。
（二）虚拟建模技术的目的和意义
多年来设计蓝图被称为机械工程师的语言，对于复杂产品，必须用大量图纸以不同的投影关系来表示和标注各种线性和符号。即使是经验丰富的工程师，想要将图纸转化为头脑中的图形并理解设计方案的各个细节也需要花费很多时间，一旦理解出错或形体表示本身有误，将会直接影响产品的制造和质量。利用三维CAD软件进行产品设计则可以相应减少甚至避免发生这样的错误；设计人员利用三维CAD软禁进行虚拟设计，具有许多传统设计无法比拟的优势。
1、能够直观全面地反映对象设计特征。产品在计算机上的造型过程就像实际加工、装配过程一样；设计方案有无缺陷，各零部件装配关系是否合理，有无干涉等问题，都可以通过旋转角度或者截面剖切直接看到。如果概念设计有问题，马上就可予以改正。将“试装过程”放在计算机上进行，避免了产品制成样机后才能发现的缺陷，有效的提高了新产品，特别是复杂产品的一次成功率，极大的缩短了产品的研制周期并且节约了大量资金、人力。
2、可以方便的获得产品零部件的集合特性参数，如零件的表面积、体积，产品的质量、重心和惯性矩等等。特别是对于结构复杂的产品参数，可以节约大量计算时间。
3、由计算机系统自动投影得到的轮廓（三维到二维）图形非常准确，解决了二维方式难以表达复杂形体的问题，同时降低了制图员的工作量，生成图形准确，可以直接作为指导生产的技术文件。
4、能够在计算机上方便地进行后续环节设计工作，如产品的虚拟装配、运动仿真、干涉检测、数控编程以及加工模拟等等。
二、涡旋压缩机的虚拟建模
（一）零件建模过程
涡旋压缩机零件形式各异，按照各部件功能划分，产品模型可分为三大部分，共计近70个零件，此外还有数量众多的标准件和密封件，实体造型部分工作量比较大；另一方面，产品分析过程需要的物性参数不可能等到物理样机制造出来后在进行采集，因此留给虚拟建模的时间较短。
鉴于以上原因，以及CAXA实体软件本身的其他优点，我们选择了造型速度快，修改功能快捷的CAXA实体设计作为课题应用软件。对于涡旋压缩机的零件，主要采取两种造型方法：对于轮廓简单的零件，可以采用软件图库中的基本图素，通过参数化修改以及抽壳、曲面重建等操作完成造型，即实现快速造型的目的；对于结构复杂的零件，则采用拉伸、旋转、扫描等特征向导，实现从二维草图到三维实体的过程。下面以压缩机主要零件动涡盘为例，简要描述基于CAXA实体的零件三维造型过程。
1、根据动涡盘的回转体特征，选择软件的旋转特征向导完成动涡盘端板定位孔一侧的造型，确定零件为独立实体，输入旋转角度、回转体定位方向，并确定栅格比例后，向导会自动生成旋转特征的二维幅面。
2、在带有栅格的二维设计幅面上，绘制旋转特征的二维截面局部特征，这部分特征可以直接在界面上利用实体设计提供的二维设计工具绘制，也可以在电子图板或AutoCAD生成后由软件接口导入，完成后即由向导自动生成回转特征。
3、以生成的端板非定位侧面为基准面，调用拉伸特征向导，确定拉伸方向、距离和实体定位特征后，向导生成带有栅格的拉伸特征界面。
4、投影短板外圆作为定位基准，并根据渐开线型线基圆与端板外圆的位置关系，确定并绘制渐开线基圆，利用二维设计工具中的公式曲线生成圆渐开线，并按照修整特征完成对PMP型线的修改，完成后向导自动生成渐开线涡旋齿。使用三维球定位工具在渐开线一侧定位渐开线基圆附着点，以供装配定位所用。
5、调用图库工具中的孔订制工具，生成涡旋齿上的检测孔以及定位侧的三处定位孔和销孔；利用三维球定位工具，将对应两处下陷的拉伸特征定位，调用布尔运算功能，生成两处下陷。
6、生成圆角等辅助特征，添加材质及其他物理属性，修改零件明细表。
（二）涡旋压缩机的虚拟装配
1、不见模型的建立
按功能层次划分，产品模型可分为3个一级部件和9个耳机部件；逐次描述部件与下级零件间从属关系，利用几何位置特征记录零件间的装配关系。
（1）确定部件装配模型的核心定位零件，调用装配工具依次引用下级零件；
（2）使用三维球定位工具，按位置关系依次定位从属零件并选择引用方式；
（3）装配约束方式，确认部件装配，添加部件明细表，完成部件装配；
装配后的零部件可以通过参数化和无约束两种方式进行修改，同事可将对装配模型中某零件的修改通过链接的方式更新到被修改的零件文件中，保证了模型数据的统一性。
2、产品总装配模型的建立
产品总装过程大体与部装相同：即根据部件模型从属关系，逐级上升，直到总装。核心部件通过对象链接和嵌入（OLE）逐次引用其他相关部件，并添加标准件和密封件后，再通过约束配合工具或者三维球定位工具建立他们之间的装配定位关系，并限制下级零部件的钢体自由度。
三、模型的干涉检查与物性计算
（一）涡旋压缩机实体模型的干涉检查
在涡旋压缩机部件装配模型建立后，即可进行干涉检查。在虚拟装配过程中，通常进行静态和动态干涉检验。静态干涉检验是对产品零部件设计进行评估和检验，在装配过程中静态检查零部件之间的干涉、间隙等，并根据检验结果进行设计修改，进而得到正确的设计方案；动态干涉检验则是指对产品可装配性进行评估，在产品装配过程中，根据零部件的装配路径、装配关系和约束条件，进行装配姿态调整，修改，直到得到正确的装配方案。
在结构复杂的装配体中，如果想用视觉和剖切相结合检查零部件之间是否有干涉的情况是件很困难的事情。CAXA实体软件的干涉检查模块可以在装配体和零部件之间进行干涉检查，并且能查看所检查到的干涉体积。在装配体的零部件之间进行干涉检查，首先在装配体中选取两个或多个零部件进行干涉检查，并启动干涉检查功能模块。如果存在干涉，干涉信息方框会列出发生的干涉（每对干涉的零部件会报告一次干涉），并列出相关零部件的名称、干涉体积以及包围干涉区域的边界框的长、宽、高作为报告形式。
（二）涡旋压缩机实体模型的物性计算
在压缩机设计过程中，由于动平衡优化以及整机重量、体积等产品参数计算的需要，对于产品零部件物性参数的计算是必要的工作。但在产品样机制造出来之前，这些参数并不能依靠实际测量获得，而只能进行人工计算；对于结构简单，轮廓规则性好的零部件还并不显得困难，但是对于具有复杂曲面的零件，比如涡旋压缩机动、静涡盘以及平衡机构等部件，这一计算过程不仅耗费大量计算时间，而且结果也不准确。
CAXA实体建模的过程，并不是单纯几何模型的搭建，其中结合着一系列特征的添加，如材料特征等等；在布尔运算的添加与切除同时就完成了几何参数的计算，由于这两方面的结合，使我们利用实体设计的物性计算功能，获得产品设计中必要参数成为可能。
|
