【转帖】CAXA三维实体设计软件在掘进机设计中的应用

CAXA三维实体设计软件在掘进机设计中的应用
  
煤炭科学研究院太原分院   郝建生
  
摘要 以EBJ-120TP型掘进机的设计为例介绍了CAXA三维实体设计软件在掘进机设计中的应用，并着重介绍了CAXA三维建模对加速掘进机新产品开发、提高产品质量、降低成本所起的重要作用。
关键词 CAXA三维实体设计 功能特征 设计过程 掘进机 应用
  
0  引言
掘进机是煤炭科学研究总院太原分院的主导产品。通常，由于掘进机机型庞大，结构复杂并且缺乏先进的设计手段，使得掘进机设计周期较长，一般需用半年左右或者更长的时间。EBJ-120TP型掘进机是我分院2001年开发设计的新产品，由于在设计中广泛采用了CAD辅助设计技术，特别是首次应用了CAXA三维实体设计软件，因而有效地缩短了设计周期，从方案设计到交付生产图纸仅用了3个月的时间。
1  CAXA三维实体设计软件简介
CAXA三维实体设计软件（下面简称为CAXA）是分院于2001年引进的全中文可视化三维设计软件。它提供从二维到三维的创新设计，帮助完成产品的概念、外观、总体、结构和零部件设计等功能。CAXA具有友好的设计界面（如图1所示）和清晰简单的操作，我们不必学习大量的抽象概念和掌握变化多端的专门技能，就可以进行设计。
图1  CAXA实体设计软件界面
1.1  CAXA实体设计功能特征
    CAXA具有可视化精确零件设计、强大的装配设计、设计元素库及拖放式操作、提供丰富精确的设计工具、二维绘图层、智能渲染等主要功能特征。
1.1.1 可视化精确零件设计
在整个三维设计过程中，在执行大部分功能时，CAXA实体设计具有两种综合方法，即可视化方法和精确方法。
    可视化方法：利用鼠标即时提示对零件进行尺寸设定、定位和装配；给零件上色和增加纹理修饰；对零件进行动画制作。
精确方法：利用一系列测量工具和属性表，使零部件三维设计达到极其精确的程度。
1.1.2 强大的装配设计
通过施加约束与配合关系，采用拖放方式操作，使得零件装配就像搭积木一样方便，对装配、子装配、零件、装配特征、约束及辅助视图以记录树形式进行管理，可以完成装配件爆炸、剖切、干涉检查、运动仿真、最小间隙、物性计算、零件列表等。
1.1.3 设计元素库及拖放式操作
    CAXA的设计元素库包含数以百计的图素、预先设计好的零件、表面纹理以及其它资源。也可以将设计者设计的图素和零件保存在新设计元素中，从而对项目进行组织管理。
    设计时，根据设计者的意图把智能图素、智能渲染和智能动画从各自的设计元素库中选中并拖出，然后放在要求的位置上。
1.1.4  精确的设计工具
    CAXA提供了包括三维球、无约束装配、约束装配、智能尺寸、附着点、设计环境栅格等多种丰富精确的设计工具。
1.1.5  二维绘图
    将设计完成的三维零件和装配件输出成二维图，结合CAXA电子图板的功能生成符合国标的二维图纸。
1.1.6  智能渲染和智能动画
CAXA提供了智能渲染和智能动画功能。设计者在创建1个三维零件后，可运用色彩、材质以及各种渲染技术，以达到逼真的效果，并添加模拟仿真的动画效果。
1.2 CAXA实体设计过程
CAXA设计过程包括6个阶段：创建零件、零部件装配、二维布局图及二维工程图的生成、零件渲染、零件的动画制作以及零件的共享。
2 CAXA在EBJ-120TP型掘进机设计中的应用
2.1 方案设计
在签定产品开发合同后，往往需组织多次方案讨论会。按以往的方式，主管工程师需准备大量的设计方案图，并提供计算书供大家讨论，经过论证、修改、再论证的多次反复，方案才能最后定稿。在EBJ-120TP型掘进机设计中，为了节省方案设计和方案汇报的周期，我们把由CAXA三维实体软件设计的掘进机样机模型以及开目CAD辅助设计软件绘制的零部件二维图形，储存于电脑中，供方案讨论调用。在现场讨论会上，根据与会者的要求，我们将每一个结构、每一层装配关系都清晰、直观地显示了出来，并在讨论会当场作出修改后的模拟显示，以及需增加的零件模型和装配关系，保证了修改后结构的合理性和准确性。
2.2 结构设计及工程图的绘制
EBJ-120TP型掘进机中使用了相当数量的各种标准件，在传统的图纸设计绘制过程中，这无疑将耗去设计者大量的精力。在应用CAXA实体设计软件后，由于它提供丰富的标准库（如图2），包括螺钉、螺栓、螺母、垫圈、销钉、键、滚动轴承、弹性密封件、钢型材以及齿轮、板金的设计等,同时提供各种标准查询、搜索和添加与预览功能，在完成零件的三维设计后，通过布局图输出符合国标的二维工程图，因而极大地方便了掘进机零部件设计过程，使设计人员可以将更多的精力用在创造性构思上。
在EBJ-120TP型掘进机机架和装载铲板体等结构件等设计过程中，就引入了CAXA三维实体设计软件的装配设计。
图3所示，是利用CAXA软件设计的EBJ-120TP型掘进机机架三维模型，它直观的将设计者的意图反映出来，可以很方便地进行结构设计以及干涉检查、物性计算、零件列表等其它工作，提高了设计效率和设计质量。
    图4所示的是EBJ-120TP型掘进机装载机构的铲尖。以前它是铸件，由于批量小、成本高，且工序多、生产周期较长，所以改成了焊接组件。改动过程中，由于侧板设计形状复杂，一般的设计工具设计不够准确，采用CAXA设计，首先建立板件模型，通过修改符合设计要求后，输出二维布局，转换至我们熟悉的二维绘图工具，完成准确的二维工程图。
图4  CAXA在铲尖改型设计中的应用
装配图册作为一种工艺指导性文件，是对操作者进行规范化的指导性文件。运用CAXA完成具有独立功能的部件模型，按照装配顺序，以爆炸图方式，并标注装配要求与工序控制以及零件的图号和数量完成的装配工艺书，具有规范的格式、清晰的视图、详细的工艺要求，给人们耳目一新的感觉。图5是掘进机截割部悬臂段的三维爆炸模型。
2.3 快速变型设计
    EBJ-120TP型掘进机主要用于煤及半煤岩巷的掘进。由于各个矿区井下地质条件不同，为满足不同客户的要求以及增强产品自身的适应性和竞争能力，产品的变型设计，便成为一项经常性工作。在已建立掘进机数字样机的基础上，根据客户的不同要求、或修改、或增加、或删除各种结构和零部件。基于参数化建模的CAXA三维实体设计软件，能够更快速、更经济地完成所要进行的工作，它的装配检查，也可避免以往变型设计中容易产生的碰撞等不合理结构，使变型产品的设计更趋完美。
2.4 辅助产品宣传
利用CAXA三维实体设计软件的高级渲染功能，我们把已经设计出的EBJ-120TP型掘进机各零部件模型，输出成具有照片级真实感的效果图，在各煤矿现场向客户和供货商宣传中进行了实际应用，起到了很好的效果，并且免去了以往利用技术图纸进行产品描述所带来的不便。
3 结束语
CAXA三维实体设计软件的应用，对缩短掘进机的设计周期，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。同时也为我分院设计人员更新设计观念和推广先进的工程设计手段作了有效的尝试。

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