李治輝，雷 娟

(甘肅紅峰機械有限責(zé)任公司閥研所，甘肅 平?jīng)?744000)

0 引 言

CAXA3D實體設(shè)計這一集創(chuàng)新設(shè)計、工程設(shè)計、協(xié)同設(shè)計于一體的新一代3D CAD系統(tǒng)解決方案，可幫助企業(yè)以更低的成本研發(fā)出更多的新產(chǎn)品，以更快的速度將新產(chǎn)品推向市場。它提供的三維設(shè)計、專業(yè)工程圖、數(shù)據(jù)管理等功能可以滿足產(chǎn)品開發(fā)流程各個方面的需求。而目前我們對它的應(yīng)用只是停留在單一零件的實體設(shè)計方面，實體模型缺乏參數(shù)化和分類管理，使得已有的實體模型難以重復(fù)利用。但隨著疏水閥產(chǎn)品裝置化，復(fù)雜化，定制化需求不斷的提高，要求新產(chǎn)品投入市場周期越來越短；所以為更好的更深層次發(fā)揮這款軟件的應(yīng)用，將零件系列化并建立符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實體零件庫，在縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量方面有重要要意義。筆者通過幾年使用CAXA3D實體設(shè)計的實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了工程圖數(shù)據(jù)的利用、參數(shù)化變型設(shè)計、圖庫、三維球等應(yīng)用方法，為提高新產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計速度和產(chǎn)品質(zhì)量提供參考借鑒。

1 設(shè)計應(yīng)用

以杠桿浮球式單閥座疏水閥的閥座為例，根據(jù)客戶工況操作參數(shù)，在不同工作壓差下的不同排量，可計算出閥座的不同孔徑，并確定不同的形狀尺寸。還可利用已有的工程圖數(shù)據(jù)，編輯生成實體特征所需要的幾何圖形，將其輸入到二維草圖再將尺寸參數(shù)化后生成實體特征，最后還可利用參數(shù)化變形設(shè)計形成系列化零件。

1.1 閥座孔徑的計算

設(shè)計給定工作壓差、相對應(yīng)的排量(見圖1)，按下式計算閥座孔徑[1]

排量計算公式：

(1)

式中：Q為疏水閥一定壓差下的排量，kg/h；c為排量系數(shù)，與孔口形狀、壓力差(p1-p2)大小有關(guān)，壓力差越大c越小，閥座孔徑d越大c越小。根據(jù)日本JRS B8401—1985蒸汽疏水閥的性能和試驗方法推薦，c=0.4～0.7；A為通道(閥座孔)面積，cm2;A=π×r2；r為閥座孔半徑，cm；p2為入口壓力，N/cm2；p1為出口壓力，N/cm2；g為重力加速度980 cm/s2。

經(jīng)過式(1)計算可得出閥座的不同孔徑，再根據(jù)閥座孔徑的大小確定閥座其余的形狀尺寸，閥座尺寸如圖1所示。

圖1 閥座尺寸及工作參數(shù)

1.2 工程圖數(shù)據(jù)的利用

CAXA 3D實體設(shè)計在實體特征的構(gòu)建方面是延伸草圖的設(shè)計概念，通過在草圖中建立二維草圖截面利用設(shè)計環(huán)境所提供的功能，建立三維實體?？沙浞掷靡言O(shè)計好的工程圖紙，在繪圖軟件里對其進行編輯，只保留生成實體特征所需要的幾何圖形，同時將該幾何圖形平移到坐標(biāo)原點。假如要生成旋轉(zhuǎn)特征，可將幾何圖形旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度使其沿著它的旋轉(zhuǎn)軸，并轉(zhuǎn)成DWG數(shù)據(jù)文件格式， 然后在CAXA實體設(shè)計草圖柵格里單擊鼠標(biāo)右鍵出現(xiàn)“輸入”，按提示進行操作，就可將編輯好的幾何圖形輸入到二維草圖；并且

位置剛好在坐標(biāo)原點不需要再進行旋轉(zhuǎn)或平移，提高了設(shè)計效率。這種方法也適于擅長在繪圖軟件里畫圖，可先在繪圖軟件里把幾何圖形畫出來，再輸入到CAXA 3D 實體設(shè)計的二維草圖里。現(xiàn)可將圖1中設(shè)計好的工程圖編輯成生成實體特征所需要的幾何圖形(見圖2)，按照上述方法即可生成一個旋轉(zhuǎn)特征。

圖2 幾何圖形

1.3 參數(shù)化變型設(shè)計

三維CAD中參數(shù)化設(shè)計方法就是將模型中的定量信息變量化[2]，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)，然后給參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同大小和形狀的系列零件模型。Caxa 3D實體設(shè)計中的參數(shù)之間可以使用表達式建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，使用參數(shù)化變型設(shè)計功能，可以通過參數(shù)，方便快速的生成一系列零件。對一個已經(jīng)參數(shù)化設(shè)計零件，參數(shù)化變型設(shè)計功能可以對其參數(shù)進行修改，輕松地把它變?yōu)榱硪粋€不同尺寸的零件，即生成一系列零件，提高工作效率。

1.3.1 在設(shè)計環(huán)境中，建一個參數(shù)化的零件

(1) 讀圖1的圖紙并關(guān)注其表格，弄清楚零件的形狀及其變量。有公式關(guān)系的確定變量和因變量。

(2) 將圖2的幾何圖形輸入到CAXA實體設(shè)計的草圖柵格中，并添加智能標(biāo)注；草圖狀態(tài)下進入?yún)?shù)表，此時草圖上的尺寸會變成變量名，方便區(qū)分。參數(shù)化零件尺寸如圖3所示。

圖3 參數(shù)化零件尺寸界面

(3) 完成草圖，利用旋轉(zhuǎn)操作生成閥座。

(4) 選擇閥座至零件狀態(tài)，通過右鍵菜單進入零件層次的參數(shù)表。按照圖1尺寸，增加若干參數(shù)，然后將零件狀態(tài)的參數(shù)通過表達式與形狀參數(shù)之間建立聯(lián)系。

1.3.2 系列化圖庫

在零件狀態(tài)下選中閥座，激活參數(shù)化變型設(shè)計功能，利用“變型設(shè)計”，將生成系列化的零件。

(1) 選擇閥座，通過“加載應(yīng)用程序”功能區(qū)中的“變型設(shè)計”按鈕進行訪問。單擊加載“添加變形設(shè)計”，然后單擊“編輯變形設(shè)計”，為零件添加兩個系列的值，系列化零件的尺寸設(shè)定如圖4所示。

圖4 系列化零件的尺寸設(shè)定界面

(2) 將零件拖放到新建的設(shè)計元素庫中，既生成一個系列化圖庫如圖5所示。

圖5 生成系列化零件

1.4 圖 庫

1.4.1 自定義圖庫

把設(shè)計好的零件放在分好類的的圖庫中，當(dāng)需要時，可在相應(yīng)的圖庫中快速找到已經(jīng)生成的零部件，然后只需將這些零部件拖放到新設(shè)計中即可，而不必重新設(shè)計。還可以用CAXA 3D實體設(shè)計里的參數(shù)化變型設(shè)計功能對疏水閥里比如浮球、閥座、閥芯、支架、球座、法蘭、螺塞等系列化零件建模分類，從而建立企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)件庫。

1.4.2 3DSource零件庫

3DSource零件庫是一款三維產(chǎn)品零件庫軟件。可直接嵌入到CAXA 3D實體設(shè)計中。它包含了150多萬個標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，三維模型全面覆蓋了主要的機械行業(yè)；庫中收錄了最新標(biāo)準(zhǔn)的各類標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，提供了強大的螺釘、螺栓、螺母、墊圈等緊固件和型鋼、密封件、法蘭、管接頭等100多個大類。

安裝客戶端軟件后，3DSource零件庫直接嵌入到CAXA實體設(shè)計軟件中，方便在產(chǎn)品設(shè)計中調(diào)用各類三維標(biāo)準(zhǔn)件資源。在進行疏水閥集成管束、疏水閥閥組、凝結(jié)水回收等大型裝置的設(shè)計時，工程師可自由使用豐富的符合新國標(biāo)的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)零件庫和構(gòu)件庫如管件、法蘭、緊固件、閥門，能夠快速的完成大型裝置的設(shè)計，極大地提高了設(shè)計效率。并能通過參數(shù)化與系列件變型設(shè)計的機制，輕松地進行系列件參數(shù)化設(shè)計。

1.5 三維球的使用

CAXA 3D實體設(shè)計獨特的“萬能”的三維球，是一個非常優(yōu)秀和直觀的三維圖素操作工具。拖放式操作、智能手柄等設(shè)計工具的應(yīng)用使設(shè)計擺脫了尺寸、約束的限制，讓設(shè)計更加輕松高效。

它可以通過平移、旋轉(zhuǎn)和其他復(fù)雜的三維空間變換精確定位任何一個三維物體；同時還可以完成對智能圖素、零件或組合件生成拷貝、直線陣列、矩形陣列和圓形陣列的操作功能。三維球可以附著在多種三維物體上。在選中零件、智能圖素、錨點、表面、視向、光源和動畫路徑關(guān)鍵幀等三維物體后，可通過單擊三維球按鈕(或按F10快捷鍵)打開三維球，使三維球附著在這些三維物體上，從而方便地對他們進行移動、相對定位和距離測量。

三維球，它在空間有三個軸，內(nèi)外分別有三個操作手柄，使得用戶可以沿任意一個方向移動物體。也可以約束實體在某個固定方向移動或繞某固定軸旋轉(zhuǎn)如圖6所示[3]。

圖6 三維球

利用三維球可高效的在疏水閥設(shè)計中進行陣列、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制、平移，除此之外利用三維球可以對設(shè)計好的疏水閥中的聯(lián)動機構(gòu)進行中心定位，通過旋轉(zhuǎn)三維球的旋轉(zhuǎn)軸，從而實現(xiàn)聯(lián)動機構(gòu)任意角度的旋轉(zhuǎn)，從而檢查聯(lián)動機構(gòu)在疏水閥殼體內(nèi)腔中的活動范圍及虛擬的動作情況。

2 疏水閥CAXA3D實體設(shè)計效果

我公司根據(jù)市場需求利用CAXA 3D實體設(shè)計軟件設(shè)計開發(fā)了一套集成管束(如圖7所示)。

圖7 集成管束

在繪圖軟件里先把幾何圖形畫出來，再輸入到CAXA 3D 實體設(shè)計的二維草圖里生成新的零件；用參數(shù)化變形設(shè)計對集成管尺寸進行參數(shù)化，只需給參數(shù)賦值即可得到不同的集成管；型鋼、緊固件直接從軟件自帶的設(shè)計元素庫中調(diào)出，法蘭等零件從企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)件庫中調(diào)出，充分利用了各種庫中的零件，不需重復(fù)性的生成零件。用三維球?qū)晒苁械南嗤慵M行復(fù)制、陣列，即可快速增加集成管的數(shù)量，滿足用戶工況需要。又能直觀的對產(chǎn)品從整體上在三維空間里進行尺寸檢查、干涉檢查，減少設(shè)計失誤、減少返工返修、便于工況現(xiàn)場安裝，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。

3 結(jié) 語

通過熟練掌握以上介紹的幾點應(yīng)用，能更深層次的使用CAXA 3D實體設(shè)計，將實體設(shè)計固化到產(chǎn)品整體設(shè)計流程中去，如果企業(yè)對建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零件庫有一個長遠的規(guī)劃，可極大的提高疏水閥及與疏水閥相關(guān)的大型裝置的設(shè)計速度、產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，對企業(yè)的快速發(fā)展有著現(xiàn)實意義。