一、虛擬建模技術(shù)和CAXA實(shí)體軟件概述
（一）虛擬建模技術(shù)的概念
虛擬建模技術(shù)又稱為三維實(shí)體造型，即設(shè)計(jì)者借助于計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境，將大腦中構(gòu)思的、或者現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的幾何外型和物理屬性轉(zhuǎn)化為可視、可分析、可修改、可進(jìn)一步模擬加工的數(shù)字實(shí)體模型。現(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品都可以分解為不同的幾何實(shí)體；而在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中，我們可以借助相應(yīng)的軟硬件條件，將構(gòu)思的產(chǎn)品部件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品信息構(gòu)成的虛擬模型。綜上所述，虛擬建模是指將描述產(chǎn)品的形狀、屬性等特征以數(shù)學(xué)模型的形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)，并生成可視的、具有真實(shí)感的三維模型的技術(shù)。實(shí)體造型技術(shù)是CAD/CAM/CAE技術(shù)的核心；產(chǎn)品模型的建立，為其后的修改、檢驗(yàn)、分析及制造等步驟提供了直觀的可操作對(duì)象。
（二）虛擬建模技術(shù)的目的和意義
多年來設(shè)計(jì)藍(lán)圖被稱為機(jī)械工程師的語(yǔ)言，對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品，必須用大量圖紙以不同的投影關(guān)系來表示和標(biāo)注各種線性和符號(hào)。即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，想要將圖紙轉(zhuǎn)化為頭腦中的圖形并理解設(shè)計(jì)方案的各個(gè)細(xì)節(jié)也需要花費(fèi)很多時(shí)間，一旦理解出錯(cuò)或形體表示本身有誤，將會(huì)直接影響產(chǎn)品的制造和質(zhì)量。利用三維CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)則可以相應(yīng)減少甚至避免發(fā)生這樣的錯(cuò)誤；設(shè)計(jì)人員利用三維CAD軟禁進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)，具有許多傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
1、能夠直觀全面地反映對(duì)象設(shè)計(jì)特征。產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上的造型過程就像實(shí)際加工、裝配過程一樣；設(shè)計(jì)方案有無(wú)缺陷，各零部件裝配關(guān)系是否合理，有無(wú)干涉等問題，都可以通過旋轉(zhuǎn)角度或者截面剖切直接看到。如果概念設(shè)計(jì)有問題，馬上就可予以改正。將“試裝過程”放在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，避免了產(chǎn)品制成樣機(jī)后才能發(fā)現(xiàn)的缺陷，有效的提高了新產(chǎn)品，特別是復(fù)雜產(chǎn)品的一次成功率，極大的縮短了產(chǎn)品的研制周期并且節(jié)約了大量資金、人力。
2、可以方便的獲得產(chǎn)品零部件的集合特性參數(shù)，如零件的表面積、體積，產(chǎn)品的質(zhì)量、重心和慣性矩等等。特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品參數(shù)，可以節(jié)約大量計(jì)算時(shí)間。
3、由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)投影得到的輪廓（三維到二維）圖形非常準(zhǔn)確，解決了二維方式難以表達(dá)復(fù)雜形體的問題，同時(shí)降低了制圖員的工作量，生成圖形準(zhǔn)確，可以直接作為指導(dǎo)生產(chǎn)的技術(shù)文件。
4、能夠在計(jì)算機(jī)上方便地進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)工作，如產(chǎn)品的虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)仿真、干涉檢測(cè)、數(shù)控編程以及加工模擬等等。
 
二、渦旋壓縮機(jī)的虛擬建模
（一）零件建模過程
渦旋壓縮機(jī)零件形式各異，按照各部件功能劃分，產(chǎn)品模型可分為三大部分，共計(jì)近70個(gè)零件，此外還有數(shù)量眾多的標(biāo)準(zhǔn)件和密封件，實(shí)體造型部分工作量比較大；另一方面，產(chǎn)品分析過程需要的物性參數(shù)不可能等到物理樣機(jī)制造出來后在進(jìn)行采集，因此留給虛擬建模的時(shí)間較短。
鑒于以上原因，以及CAXA實(shí)體軟件本身的其他優(yōu)點(diǎn)，我們選擇了造型速度快，修改功能快捷的CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)作為課題應(yīng)用軟件。對(duì)于渦旋壓縮機(jī)的零件，主要采取兩種造型方法：對(duì)于輪廓簡(jiǎn)單的零件，可以采用軟件圖庫(kù)中的基本圖素，通過參數(shù)化修改以及抽殼、曲面重建等操作完成造型，即實(shí)現(xiàn)快速造型的目的；對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，則采用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征向?qū)В瑢?shí)現(xiàn)從二維草圖到三維實(shí)體的過程。下面以壓縮機(jī)主要零件動(dòng)渦盤為例，簡(jiǎn)要描述基于CAXA實(shí)體的零件三維造型過程。
1、根據(jù)動(dòng)渦盤的回轉(zhuǎn)體特征，選擇軟件的旋轉(zhuǎn)特征向?qū)瓿蓜?dòng)渦盤端板定位孔一側(cè)的造型，確定零件為獨(dú)立實(shí)體，輸入旋轉(zhuǎn)角度、回轉(zhuǎn)體定位方向，并確定柵格比例后，向?qū)?huì)自動(dòng)生成旋轉(zhuǎn)特征的二維幅面。
2、在帶有柵格的二維設(shè)計(jì)幅面上，繪制旋轉(zhuǎn)特征的二維截面局部特征，這部分特征可以直接在界面上利用實(shí)體設(shè)計(jì)提供的二維設(shè)計(jì)工具繪制，也可以在電子圖板或AutoCAD生成后由軟件接口導(dǎo)入，完成后即由向?qū)ё詣?dòng)生成回轉(zhuǎn)特征。
3、以生成的端板非定位側(cè)面為基準(zhǔn)面，調(diào)用拉伸特征向?qū)В_定拉伸方向、距離和實(shí)體定位特征后，向?qū)蓭в袞鸥竦睦焯卣鹘缑妗?br /> 4、投影短板外圓作為定位基準(zhǔn)，并根據(jù)漸開線型線基圓與端板外圓的位置關(guān)系，確定并繪制漸開線基圓，利用二維設(shè)計(jì)工具中的公式曲線生成圓漸開線，并按照修整特征完成對(duì)PMP型線的修改，完成后向?qū)ё詣?dòng)生成漸開線渦旋齒。使用三維球定位工具在漸開線一側(cè)定位漸開線基圓附著點(diǎn)，以供裝配定位所用。
5、調(diào)用圖庫(kù)工具中的孔訂制工具，生成渦旋齒上的檢測(cè)孔以及定位側(cè)的三處定位孔和銷孔；利用三維球定位工具，將對(duì)應(yīng)兩處下陷的拉伸特征定位，調(diào)用布爾運(yùn)算功能，生成兩處下陷。
6、生成圓角等輔助特征，添加材質(zhì)及其他物理屬性，修改零件明細(xì)表。
（二）渦旋壓縮機(jī)的虛擬裝配
1、不見模型的建立
按功能層次劃分，產(chǎn)品模型可分為3個(gè)一級(jí)部件和9個(gè)耳機(jī)部件；逐次描述部件與下級(jí)零件間從屬關(guān)系，利用幾何位置特征記錄零件間的裝配關(guān)系。
（1）確定部件裝配模型的核心定位零件，調(diào)用裝配工具依次引用下級(jí)零件；
（2）使用三維球定位工具，按位置關(guān)系依次定位從屬零件并選擇引用方式；
（3）裝配約束方式，確認(rèn)部件裝配，添加部件明細(xì)表，完成部件裝配；
裝配后的零部件可以通過參數(shù)化和無(wú)約束兩種方式進(jìn)行修改，同事可將對(duì)裝配模型中某零件的修改通過鏈接的方式更新到被修改的零件文件中，保證了模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。
2、產(chǎn)品總裝配模型的建立
產(chǎn)品總裝過程大體與部裝相同：即根據(jù)部件模型從屬關(guān)系，逐級(jí)上升，直到總裝。核心部件通過對(duì)象鏈接和嵌入（OLE）逐次引用其他相關(guān)部件，并添加標(biāo)準(zhǔn)件和密封件后，再通過約束配合工具或者三維球定位工具建立他們之間的裝配定位關(guān)系，并限制下級(jí)零部件的鋼體自由度。
 
三、模型的干涉檢查與物性計(jì)算
（一）渦旋壓縮機(jī)實(shí)體模型的干涉檢查
在渦旋壓縮機(jī)部件裝配模型建立后，即可進(jìn)行干涉檢查。在虛擬裝配過程中，通常進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉檢驗(yàn)。靜態(tài)干涉檢驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估和檢驗(yàn)，在裝配過程中靜態(tài)檢查零部件之間的干涉、間隙等，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，進(jìn)而得到正確的設(shè)計(jì)方案；動(dòng)態(tài)干涉檢驗(yàn)則是指對(duì)產(chǎn)品可裝配性進(jìn)行評(píng)估，在產(chǎn)品裝配過程中，根據(jù)零部件的裝配路徑、裝配關(guān)系和約束條件，進(jìn)行裝配姿態(tài)調(diào)整，修改，直到得到正確的裝配方案。
在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配體中，如果想用視覺和剖切相結(jié)合檢查零部件之間是否有干涉的情況是件很困難的事情。CAXA實(shí)體軟件的干涉檢查模塊可以在裝配體和零部件之間進(jìn)行干涉檢查，并且能查看所檢查到的干涉體積。在裝配體的零部件之間進(jìn)行干涉檢查，首先在裝配體中選取兩個(gè)或多個(gè)零部件進(jìn)行干涉檢查，并啟動(dòng)干涉檢查功能模塊。如果存在干涉，干涉信息方框會(huì)列出發(fā)生的干涉（每對(duì)干涉的零部件會(huì)報(bào)告一次干涉），并列出相關(guān)零部件的名稱、干涉體積以及包圍干涉區(qū)域的邊界框的長(zhǎng)、寬、高作為報(bào)告形式。
（二）渦旋壓縮機(jī)實(shí)體模型的物性計(jì)算
在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過程中，由于動(dòng)平衡優(yōu)化以及整機(jī)重量、體積等產(chǎn)品參數(shù)計(jì)算的需要，對(duì)于產(chǎn)品零部件物性參數(shù)的計(jì)算是必要的工作。但在產(chǎn)品樣機(jī)制造出來之前，這些參數(shù)并不能依靠實(shí)際測(cè)量獲得，而只能進(jìn)行人工計(jì)算；對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輪廓規(guī)則性好的零部件還并不顯得困難，但是對(duì)于具有復(fù)雜曲面的零件，比如渦旋壓縮機(jī)動(dòng)、靜渦盤以及平衡機(jī)構(gòu)等部件，這一計(jì)算過程不僅耗費(fèi)大量計(jì)算時(shí)間，而且結(jié)果也不準(zhǔn)確。
CAXA實(shí)體建模的過程，并不是單純幾何模型的搭建，其中結(jié)合著一系列特征的添加，如材料特征等等；在布爾運(yùn)算的添加與切除同時(shí)就完成了幾何參數(shù)的計(jì)算，由于這兩方面的結(jié)合，使我們利用實(shí)體設(shè)計(jì)的物性計(jì)算功能，獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必要參數(shù)成為可能。