基于Inventor帶式輸送機三維建模裝配方法

王澤祥

（山東省冶金設計院股份公司 山東濟南 250101）

1 前言

三維數字化設計（BIM）具有可視化效果好，能夠服務工程的全生命周期，是未來工業設計發展的趨勢。三維數字化設計在選礦［1］、冶金［2］等行業領域應用前景廣闊。

帶式輸送機在選礦、冶金行業應用廣泛，三維數字化設計不可避免要對其進行設備建模。帶式輸送機零部件眾多，主要由機架、滾筒、驅動、托輥等部件組成，為提高設計效率，設備建模應首先對各部件的組成零件進行參數化設計［3－4］，通過輸入參數，得到所需的零件，其次，由零件裝配成各部件，最后對各部件進行裝配，生成完整的帶式輸送機三維模型。帶式輸送機三維建模流程如圖1所示。

圖1 帶式輸送機三維建模流程

在帶式輸送機三維模型重復使用過程中，發現很多成品模型再次編輯困難，軟件出現無法求解部件的情況，嚴重降低模型的重復使用效率，甚至有些無法使用，只能重新建模。

經過分析，發現零部件裝配不規范是其中的重要原因，很多零部件裝配的基準面選取隨意，基本是按就近原則，先發現哪個面就選哪個面。為了解決上述問題，使帶式輸送機三維建模零部件裝配規范化，本文基于Inventor建模軟件，對帶式輸送機零部件裝配進行研究，提出了使零部件裝配規范化的兩種方法，可以有效避免成品模型再次編輯中軟件出現無法求解部件的情況，提高成品模型重復使用效率。

2 原始坐標系基準法

2.1 裝配基準

裝配基準是零部件能夠裝配準確的關鍵。裝配基準的選取，第一應不受或少受零部件編輯的影響，第二，裝配基準不宜過多，過多的裝配基準會使零部件間關系復雜，降低模型的重復使用效率。在Inventor軟件中，平面、軸、線可以作為裝配基準，拿平面來說，Inventor提供的平面主要有三種，一是項目樹中原始坐標系下的YZ、XZ、XY平面，二是功能區中定位特征下的平面選項創建的工作平面，三是實體平面，如圖2所示。

圖2 原始坐標系平面、工作平面與實體平面

實體平面會隨零部件的編輯而發生變動，不宜作為裝配基準面。原始坐標系下的YZ、XZ、XY平面是固定不變的，可以不受編輯的影響，是帶式輸送機零部件裝配的理想裝配基準面。對于工作平面，可以分為兩類，一類是通過原始坐標系平面創建的，這類工作平面不受零部件編輯的影響，可以作為裝配基準面；一類是通過實體元素創建的，比如實體上的點、線、面，會受到零部件編輯的影響，不宜作為裝配基準面。因此，裝配基準面應盡可能使用原始坐標系平面，如確有必要使用工作平面，應注意建立工作平面時，避免使用實體上的元素。同理，對于裝配基準軸，也應盡可能使用原始坐標系軸線。

2.2 零部件基準

零部件如帶式輸送機的機架需確定本身的基準，然后根據基準完成零件裝配與部件裝配。零部件基準的選取應便于零部件間的定位，同理，原始坐標系平面與軸線也是零部件的理想基準。這要求零部件的參數化設計時應注意技巧，規劃好整體的位置，使原始坐標系基準作為零部件基準。如圖3（a）所示，原始坐標系基準面即為機架的基準面，而圖3（b）中原始坐標系基準面XY、XZ未與機架的基準面重合。

圖3 原始坐標系基準面與零部件基準面

2.3 裝配

對各零部件進行裝配，首先在裝配環境下應放置一個基準零部件，并將基準零部件的基準與裝配基準，即零部件的原始坐標系基準與裝配的原始坐標系基準約束重合，后續放置零部件的裝配則以裝配的原始坐標系基準，即基準零部件的原始坐標系基準進行裝配定位。

對于遇到的零部件需以一定角度來裝配，如傾斜段機架，單用原始坐標系YZ、XZ、XY平面無法同時實現距離與角度的裝配，需要建立傾斜的工作平面作為基準面以裝配角度。避免建立工作平面，需要用到原始坐標系基準軸，原始坐標系下提供了X、Y、Z三個方向的軸線，裝配方法為用零部件基準面XZ與裝配基準面XZ裝配角度θ，用零部件基準軸X裝配零部件到裝配基準面XZ、XY的距離，這樣傾斜段機架的空間位置就實現定位，如圖4所示。

圖4 采用原始坐標系基準軸裝配傾斜段機架

采用原始坐標系基準法裝配零部件優點有：

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

（2）原始坐標系基準不受編輯的影響，可以避免因零部件編輯造成的裝配基準變動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化調整。

（3）避免建立工作平面，裝配基準無工作平面的參與，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系基準面裝配的界面對比

3 草圖定位法

通過原始坐標系創建的工作平面與工作軸線也可作為裝配基準，但會遇到以下問題，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，這些工作平面在項目樹中的位置分散，不便于管理；第二，對帶角度的工作平面，需要建立工作軸線作為旋轉軸，工作量較大。

草圖定位法是基于Inventor的草圖驅動得來的，在裝配環境下，可以創建參考零部件，然后在參考零部件中創建草圖，根據各零部件的基準位置繪制草圖定位線，然后在定位線中的定位點創建工作平面作為裝配基準，利用這些裝配基準裝配零部件，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點有：

（1）裝配基準的位置與草圖上的定位點一一對應，而且草圖上有尺寸標注，使得裝配基準的位置信息清晰明了，便于后期成品模型的編輯。

（2）作為裝配基準的工作平面在項目樹中位置集中，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，關閉參考零部件的可見性，同樣可以達到裝配界面整潔的目的。

（3）由于有草圖來準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系創建的工作平面，可以通過草圖獲得，比如帶角度的工作平面可以使用過點且垂直于線的命令，提高了創建裝配基準的效率。

4 結論

帶式輸送機零部件眾多，零部件裝配基準不可隨意選取。原始坐標系基準法使用原始坐標系平面與軸線作為裝配基準，裝配基準精簡，裝配界面整潔清晰，裝配基準不受零部件編輯的影響；草圖定位法可以使裝配基準位置信息清晰明了，提高創建裝配基準的效率。兩種方法均能有效避免帶式輸送機成品模型再次編輯出現的無法求解部件的情況，提高成品模型重復使用效率，為大型設備三維建模零部件的規范化裝配提供參考。