CAXA3D實體設計在疏水閥設計中的應用*

李治輝，雷 娟

(甘肅紅峰機械有限責任公司閥研所，甘肅 平涼 744000)

0 引 言

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

1 設計應用

以杠桿浮球式單閥座疏水閥的閥座為例，根據客戶工況操作參數，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據，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化后生成實體特征，最后還可利用參數化變形設計形成系列化零件。

1.1 閥座孔徑的計算

設計給定工作壓差、相對應的排量(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，與孔口形狀、壓力差(p1-p2)大小有關，壓力差越大c越小，閥座孔徑d越大c越小。根據日本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。

經過式(1)計算可得出閥座的不同孔徑，再根據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

1.2 工程圖數據的利用

CAXA 3D實體設計在實體特征的構建方面是延伸草圖的設計概念，通過在草圖中建立二維草圖截面利用設計環境所提供的功能，建立三維實體?？沙浞掷靡言O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原點。假如要生成旋轉特征，可將幾何圖形旋轉相應角度使其沿著它的旋轉軸，并轉成DWG數據文件格式， 然后在CAXA實體設計草圖柵格里單擊鼠標右鍵出現“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

位置剛好在坐標原點不需要再進行旋轉或平移，提高了設計效率。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 實體設計的二維草圖里?，F可將圖1中設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特征。

圖2 幾何圖形

1.3 參數化變型設計

三維CAD中參數化設計方法就是將模型中的定量信息變量化[2]，使之成為任意調整的參數，然后給參數賦予不同數值，就可得到不同大小和形狀的系列零件模型。Caxa 3D實體設計中的參數之間可以使用表達式建立關聯關系，使用參數化變型設計功能，可以通過參數，方便快速的生成一系列零件。對一個已經參數化設計零件，參數化變型設計功能可以對其參數進行修改，輕松地把它變為另一個不同尺寸的零件，即生成一系列零件，提高工作效率。

1.3.1 在設計環境中，建一個參數化的零件

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

(2) 將圖2的幾何圖形輸入到CAXA實體設計的草圖柵格中，并添加智能標注；草圖狀態下進入參數表，此時草圖上的尺寸會變成變量名，方便區分。參數化零件尺寸如圖3所示。

圖3 參數化零件尺寸界面

(3) 完成草圖，利用旋轉操作生成閥座。

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

1.3.2 系列化圖庫

在零件狀態下選中閥座，激活參數化變型設計功能，利用“變型設計”，將生成系列化的零件。

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

圖4 系列化零件的尺寸設定界面

(2) 將零件拖放到新建的設計元素庫中，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

把設計好的零件放在分好類的的圖庫中，當需要時，可在相應的圖庫中快速找到已經生成的零部件，然后只需將這些零部件拖放到新設計中即可，而不必重新設計。還可以用CAXA 3D實體設計里的參數化變型設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，從而建立企業的標準件庫。

1.4.2 3DSource零件庫

3DSource零件庫是一款三維產品零件庫軟件?？芍苯忧度氲紺AXA 3D實體設計中。它包含了150多萬個標準件和常用件，三維模型全面覆蓋了主要的機械行業；庫中收錄了最新標準的各類標準件和常用件，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實體設計軟件中，方便在產品設計中調用各類三維標準件資源。在進行疏水閥集成管束、疏水閥閥組、凝結水回收等大型裝置的設計時，工程師可自由使用豐富的符合新國標的參數化標準零件庫和構件庫如管件、法蘭、緊固件、閥門，能夠快速的完成大型裝置的設計，極大地提高了設計效率。并能通過參數化與系列件變型設計的機制，輕松地進行系列件參數化設計。

1.5 三維球的使用

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

它可以通過平移、旋轉和其他復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計中進行陣列、旋轉、復制、平移，除此之外利用三維球可以對設計好的疏水閥中的聯動機構進行中心定位，通過旋轉三維球的旋轉軸，從而實現聯動機構任意角度的旋轉，從而檢查聯動機構在疏水閥殼體內腔中的活動范圍及虛擬的動作情況。

2 疏水閥CAXA3D實體設計效果

我公司根據市場需求利用CAXA 3D實體設計軟件設計開發了一套集成管束(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 實體設計的二維草圖里生成新的零件；用參數化變形設計對集成管尺寸進行參數化，只需給參數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計元素庫中調出，法蘭等零件從企業的標準件庫中調出，充分利用了各種庫中的零件，不需重復性的生成零件。用三維球對集成管束中的相同零件進行復制、陣列，即可快速增加集成管的數量，滿足用戶工況需要。又能直觀的對產品從整體上在三維空間里進行尺寸檢查、干涉檢查，減少設計失誤、減少返工返修、便于工況現場安裝，提高產品設計質量。

3 結 語

通過熟練掌握以上介紹的幾點應用，能更深層次的使用CAXA 3D實體設計，將實體設計固化到產品整體設計流程中去，如果企業對建立企業標準零件庫有一個長遠的規劃，可極大的提高疏水閥及與疏水閥相關的大型裝置的設計速度、產品質量和使用性能，對企業的快速發展有著現實意義。