基于Inventor帶式輸送機(jī)三維建模裝配方法

王澤祥

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份公司 山東濟(jì)南 250101）

1 前言

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)（BIM）具有可視化效果好，能夠服務(wù)工程的全生命周期，是未來工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)在選礦［1］、冶金［2］等行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

帶式輸送機(jī)在選礦、冶金行業(yè)應(yīng)用廣泛，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)不可避免要對(duì)其進(jìn)行設(shè)備建模。帶式輸送機(jī)零部件眾多，主要由機(jī)架、滾筒、驅(qū)動(dòng)、托輥等部件組成，為提高設(shè)計(jì)效率，設(shè)備建模應(yīng)首先對(duì)各部件的組成零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)［3－4］，通過輸入?yún)?shù)，得到所需的零件，其次，由零件裝配成各部件，最后對(duì)各部件進(jìn)行裝配，生成完整的帶式輸送機(jī)三維模型。帶式輸送機(jī)三維建模流程如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)三維建模流程

在帶式輸送機(jī)三維模型重復(fù)使用過程中，發(fā)現(xiàn)很多成品模型再次編輯困難，軟件出現(xiàn)無法求解部件的情況，嚴(yán)重降低模型的重復(fù)使用效率，甚至有些無法使用，只能重新建模。

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)零部件裝配不規(guī)范是其中的重要原因，很多零部件裝配的基準(zhǔn)面選取隨意，基本是按就近原則，先發(fā)現(xiàn)哪個(gè)面就選哪個(gè)面。為了解決上述問題，使帶式輸送機(jī)三維建模零部件裝配規(guī)范化，本文基于Inventor建模軟件，對(duì)帶式輸送機(jī)零部件裝配進(jìn)行研究，提出了使零部件裝配規(guī)范化的兩種方法，可以有效避免成品模型再次編輯中軟件出現(xiàn)無法求解部件的情況，提高成品模型重復(fù)使用效率。

2 原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)法

2.1 裝配基準(zhǔn)

裝配基準(zhǔn)是零部件能夠裝配準(zhǔn)確的關(guān)鍵。裝配基準(zhǔn)的選取，第一應(yīng)不受或少受零部件編輯的影響，第二，裝配基準(zhǔn)不宜過多，過多的裝配基準(zhǔn)會(huì)使零部件間關(guān)系復(fù)雜，降低模型的重復(fù)使用效率。在Inventor軟件中，平面、軸、線可以作為裝配基準(zhǔn)，拿平面來說，Inventor提供的平面主要有三種，一是項(xiàng)目樹中原始坐標(biāo)系下的YZ、XZ、XY平面，二是功能區(qū)中定位特征下的平面選項(xiàng)創(chuàng)建的工作平面，三是實(shí)體平面，如圖2所示。

圖2 原始坐標(biāo)系平面、工作平面與實(shí)體平面

實(shí)體平面會(huì)隨零部件的編輯而發(fā)生變動(dòng)，不宜作為裝配基準(zhǔn)面。原始坐標(biāo)系下的YZ、XZ、XY平面是固定不變的，可以不受編輯的影響，是帶式輸送機(jī)零部件裝配的理想裝配基準(zhǔn)面。對(duì)于工作平面，可以分為兩類，一類是通過原始坐標(biāo)系平面創(chuàng)建的，這類工作平面不受零部件編輯的影響，可以作為裝配基準(zhǔn)面；一類是通過實(shí)體元素創(chuàng)建的，比如實(shí)體上的點(diǎn)、線、面，會(huì)受到零部件編輯的影響，不宜作為裝配基準(zhǔn)面。因此，裝配基準(zhǔn)面應(yīng)盡可能使用原始坐標(biāo)系平面，如確有必要使用工作平面，應(yīng)注意建立工作平面時(shí)，避免使用實(shí)體上的元素。同理，對(duì)于裝配基準(zhǔn)軸，也應(yīng)盡可能使用原始坐標(biāo)系軸線。

2.2 零部件基準(zhǔn)

零部件如帶式輸送機(jī)的機(jī)架需確定本身的基準(zhǔn)，然后根據(jù)基準(zhǔn)完成零件裝配與部件裝配。零部件基準(zhǔn)的選取應(yīng)便于零部件間的定位，同理，原始坐標(biāo)系平面與軸線也是零部件的理想基準(zhǔn)。這要求零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意技巧，規(guī)劃好整體的位置，使原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)作為零部件基準(zhǔn)。如圖3（a）所示，原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)面即為機(jī)架的基準(zhǔn)面，而圖3（b）中原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)面XY、XZ未與機(jī)架的基準(zhǔn)面重合。

圖3 原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)面與零部件基準(zhǔn)面

2.3 裝配

對(duì)各零部件進(jìn)行裝配，首先在裝配環(huán)境下應(yīng)放置一個(gè)基準(zhǔn)零部件，并將基準(zhǔn)零部件的基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)，即零部件的原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)與裝配的原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)約束重合，后續(xù)放置零部件的裝配則以裝配的原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)，即基準(zhǔn)零部件的原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)進(jìn)行裝配定位。

對(duì)于遇到的零部件需以一定角度來裝配，如傾斜段機(jī)架，單用原始坐標(biāo)系YZ、XZ、XY平面無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)距離與角度的裝配，需要建立傾斜的工作平面作為基準(zhǔn)面以裝配角度。避免建立工作平面，需要用到原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)軸，原始坐標(biāo)系下提供了X、Y、Z三個(gè)方向的軸線，裝配方法為用零部件基準(zhǔn)面XZ與裝配基準(zhǔn)面XZ裝配角度θ，用零部件基準(zhǔn)軸X裝配零部件到裝配基準(zhǔn)面XZ、XY的距離，這樣傾斜段機(jī)架的空間位置就實(shí)現(xiàn)定位，如圖4所示。

圖4 采用原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)軸裝配傾斜段機(jī)架

采用原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)法裝配零部件優(yōu)點(diǎn)有：

（1）使零件裝配與部件裝配整個(gè)裝配過程中，裝配基準(zhǔn)有且僅有一個(gè)，為裝配環(huán)境下的原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)，而零部件的基準(zhǔn)同樣為本身的原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)，這樣零部件裝配的基準(zhǔn)精簡，使裝配的各零部件相互獨(dú)立，彼此不互相干擾。

（2）原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)不受編輯的影響，可以避免因零部件編輯造成的裝配基準(zhǔn)變動(dòng)或丟失而帶來的無法求解部件的情況，便于成品模型中零部件的編輯與參數(shù)化調(diào)整。

（3）避免建立工作平面，裝配基準(zhǔn)無工作平面的參與，使得裝配界面整潔清晰，如圖5所示。

圖5 工作平面與原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)面裝配的界面對(duì)比

3 草圖定位法

通過原始坐標(biāo)系創(chuàng)建的工作平面與工作軸線也可作為裝配基準(zhǔn)，但會(huì)遇到以下問題，以工作平面為例，第一，隨著工作平面的增多，會(huì)混淆這些工作平面的位置，后期編輯很難快速定位到所需的工作平面，同時(shí)，這些工作平面在項(xiàng)目樹中的位置分散，不便于管理；第二，對(duì)帶角度的工作平面，需要建立工作軸線作為旋轉(zhuǎn)軸，工作量較大。

草圖定位法是基于Inventor的草圖驅(qū)動(dòng)得來的，在裝配環(huán)境下，可以創(chuàng)建參考零部件，然后在參考零部件中創(chuàng)建草圖，根據(jù)各零部件的基準(zhǔn)位置繪制草圖定位線，然后在定位線中的定位點(diǎn)創(chuàng)建工作平面作為裝配基準(zhǔn)，利用這些裝配基準(zhǔn)裝配零部件，如圖6所示。

圖6 草圖定位法裝配零部件

采用草圖定位法裝配零部件優(yōu)點(diǎn)有：

（1）裝配基準(zhǔn)的位置與草圖上的定位點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，而且草圖上有尺寸標(biāo)注，使得裝配基準(zhǔn)的位置信息清晰明了，便于后期成品模型的編輯。

（2）作為裝配基準(zhǔn)的工作平面在項(xiàng)目樹中位置集中，均在參考零部件中，便于管理，工作平面太多影響顯示效果時(shí)，關(guān)閉參考零部件的可見性，同樣可以達(dá)到裝配界面整潔的目的。

（3）由于有草圖來準(zhǔn)確定位工作平面且參考零部件不受其他零部件編輯的影響，一些不便通過原始坐標(biāo)系創(chuàng)建的工作平面，可以通過草圖獲得，比如帶角度的工作平面可以使用過點(diǎn)且垂直于線的命令，提高了創(chuàng)建裝配基準(zhǔn)的效率。

4 結(jié)論

帶式輸送機(jī)零部件眾多，零部件裝配基準(zhǔn)不可隨意選取。原始坐標(biāo)系基準(zhǔn)法使用原始坐標(biāo)系平面與軸線作為裝配基準(zhǔn)，裝配基準(zhǔn)精簡，裝配界面整潔清晰，裝配基準(zhǔn)不受零部件編輯的影響；草圖定位法可以使裝配基準(zhǔn)位置信息清晰明了，提高創(chuàng)建裝配基準(zhǔn)的效率。兩種方法均能有效避免帶式輸送機(jī)成品模型再次編輯出現(xiàn)的無法求解部件的情況，提高成品模型重復(fù)使用效率，為大型設(shè)備三維建模零部件的規(guī)范化裝配提供參考。