EBH315型掘进机的虚拟建模

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摘要： 本文介绍了CAXA三维实体设计软件在ebh315掘进机设计中的应用，以EBH315掘进机截割减速器为例，着重介绍了CAXA三维实体设计软件的零件建模和虚拟装配功能。

Abstract： This article describes the CAXA three-dimensional solid design software in EBH315 roadheader design， in EBH315 roadheader reducer， highlights CAXA three-dimensional solid modeling design software components and virtual assembly functions.

关键词： 掘进机；虚拟建模；实体设计

Key words： roadheader；virtual modeling；physical design

中图分类号：U455.3+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）35-0038-03

0 引言

十五”以来，我国掘进机的研制水平发展迅速，机器可靠性大幅提高，功能日趋完善。半煤岩及岩巷掘进机的设计和生产使用技术跨入了国际先进国家的行列。虚拟建模技术在掘进机设计中的推广应用对我国掘进机研制水平的提高起了非常关键的作用。

虚拟建模就是设计者借助计算机的软硬件环境，把大脑里构思的或现实产品的几何外形和物理属性转化为可视、可修改、可分析、可进一步模拟加工的数字实体模型，也被称为三维实体造型。EBH315掘进机通过采用CAXA三维实体设计软件辅助设计，有效地缩短了设计周期，提高了设计质量。

1 CAXA三维实体软件的产品设计思想

近年来，三维实体设计技术在为设计者提供良好辅助设计工具的方面取得了一些成绩。三维实体设计软件作为一种辅助设计工具，在设计初期软件需要为设计人员提供方便、快捷的方案设计功能，帮助设计人员实现创新设计，在设计的过程中，还可以随时采用特征重构方式对建立的三维模型进行修改或增减，并让零件和装配体的数据保持一致。

CAXA实体设计就是从这种设计角度入手，它是产品创新设计的最好体现，增加了很多新的设计功能和手段。 “CAXA实体设计”三维软件采用国际合作开发模式，首次提出了一个全新的设计概念——“创新设计”，即依据创造力和经验，自由、快速的进行设计，在造型手段上，CAXA实体设计能够让灵活方便、随意搭配的自由设计风格更充分的体现出来。主要体现在以下几个方面：

①快速便捷的自由设计手段。因为CAXA实体设计有独特的三维设计元素的拖放式操作、智能捕捉、智能图素、三维球的定位定向操作等，它的设计手段非常的简单和快捷，比一般的造型软件的造型效率要高出2～3倍。

②超越参数化的灵活修改。CAXA实体软件对于设计者来说最大的支持，就是可以灵活的修改设计方案，该软件有参数化和无约束两者修改方法，修改的时候可以是任意一种，也可以是两者的结合，在设计过程的任意时期都可以对设计方案进行灵活的修改，而且还会保留参数之间的约束关系。

③丰富的目录式图库。CAXA实体软件有丰富的目录式图库，它能为造型提供很多的物理特征要素，比如各种标准几何特征、自定义特征以及材质纹理等，为设计者的创作提供很多的素材。而且，这个图库是开放的，用户可以把任意类型的图形添加到这个图库里，如果需要用到某个设计元素，只要从目录库中找到，并以拖放式操作释放到造型环境中就行。

2 零件建模过程

EBH315掘进机功能强大，结构复杂，涉及的自制专用件超过800余种，包括齿轮类零件、组焊件、液压元件、电器元件等各种类型，并有其它外购件及各种标准件与之配套，实体造型工作量巨大。对于EBH315掘进机零件，主要采用了两种造型方法：对于结构简单的板类零件，采用软件图库中的图素，通过参数化修改以及抽壳、曲面重建等操作完成造型，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，通过二维草图实现三维实体造型，在三维建模过程中，两种造型方式可以交叉使用，以提供建模效率。

本文以EBH315掘进机主要部件截割减速器为例，简要描述基于CAXA实体的零件三维建模过程。EBH315掘进机截割减速器的主要零部件有减速器箱体、高速级输入轴、锥齿轮、各种轴承、左右行星减速器中的行星架、太阳轮、外齿圈等，由于篇幅所限本文只介绍减速器箱体的建模过程。

建立截割减速器箱体模型主要用到拉伸、旋转、扫描等特征向导，以及圆角过渡、边倒角等命令。主要分为以下几个步骤：

第一步，利用拉伸特征向导创建减速器箱体的基本外形：确定零件为独立实体，生成元素为实体，确定拉伸方向，距离和实体定位特征后，点击完成后向导会自动生成特征的二维幅面。

第二步，在二维设计幅面上，绘制拉伸截面局部特征。这部分特征可以直接在界面上由实体设计提高的二维设计工具绘制，也可以在电子图板生成后由软件接口导入，完成后即由向导自动生成拉伸特征。

继续利用拉伸、旋转特征向导的增料、除料功能，完成减速器箱体外部及内部特征造型，各特征交叉干涉部位应用布尔运算功能，完成合并与切除。

第三步，调用图库工具中的自定义孔功能及三维球定位工具，生成各连接处螺栓孔等。

第四步，利用圆角过渡、边倒角等命令生成铸造圆角和加工倒角等辅助特征，添加材质及其它物理特性，修改零件明细表。

生成的减速器箱体模型如图4。

3 EBH315掘进机的虚拟装配

EBH315掘进机虚拟装配采用至下而上，逐级引用的方式，建立虚拟装配模型。

3.1 基础部件模型的建立 按照功能逐级划分，EBH315掘进机可分为9个一级部件，30个二级部件，以及近百个基础部件及若干组成零件。根据各自之间的从属关系，利用几何特征记录各元部件之间的从属关系。

a）确定基础部件的核心定位零件，调用装配工具依次引用相关零件；

b）利用三维球定位工具，按照位置关系依次定位从属关系，并选择引用关系；

c）规定约束方式，确认部件装配，添加部件明细表，完成基础部件装配。

虚拟装配技术在产品的设计阶段能够帮助设计人员及时判别零部件的可制造性和可装配性，缩短产品开发周期，降低设计风险与设计成本，提高了设计质量和设计效率。

3.2 总装配模型的建立 总装模型建立过程与基础部件组装相同。即按照部件模型的从属关系，逐级上升，直到总装。核心部件通过对象链接逐级引用其它相关部件，并添加标准件和密封件后，再通过定位约束或三维球定位工具建立装配定位关系，并限制各零件的自由度和刚度。按照装配顺序依次完成基础部件、二级部件、一级部件直至完成总装模型。EBH315掘进机的虚拟装配模型如图7所示。

3.3 干涉检查与物理计算 部件或总装配模型建立之后，可进行干涉检查以及物理计算。CAXA实体设计为设计人员提供了便捷的干涉检查和物理计算工具。通过动态、静态干涉检查，可以及时发现设计缺陷，得到修改，物理计算可以帮助设计人员校核整机质量、重心等物理参数，辅助设计人员对设计方案进行优化，见图8，9。

4 结束语

虚拟建模技术的应用，对缩短EBH315掘进机的设计周期，提高设计质量，降低成本起到了重要作用。是支持企业增强创新设计，提高市场竞争能力的强有力的手段。

参考文献：

[1]迟永宾，袁尚平.悬臂式掘进机的计算机辅助设计[J].煤矿机械，1996（06）.

[2]张波.涡旋压缩机实体建模与传动系统动力学分析[D].东北大学，2006.

[3]郝建生，孙健.CAXA三维设计软件在掘进机设计软件中的应用[J].机械管理开发，2005（1）.