CAXA3D实体设计在疏水阀设计中的应用*

李治辉，雷 娟

(甘肃红峰机械有限责任公司阀研所，甘肃 平凉 744000)

0 引 言

CAXA3D实体设计这一集创新设计、工程设计、协同设计于一体的新一代3D CAD系统解决方案，可帮助企业以更低的成本研发出更多的新产品，以更快的速度将新产品推向市场。它提供的三维设计、专业工程图、数据管理等功能可以满足产品开发流程各个方面的需求。而目前我们对它的应用只是停留在单一零件的实体设计方面，实体模型缺乏参数化和分类管理，使得已有的实体模型难以重复利用。但随着疏水阀产品装置化，复杂化，定制化需求不断的提高，要求新产品投入市场周期越来越短；所以为更好的更深层次发挥这款软件的应用，将零件系列化并建立符合企业标准的实体零件库，在缩短产品研发周期，降低产品成本，提高产品质量方面有重要要意义。笔者通过几年使用CAXA3D实体设计的实践经验，总结出了工程图数据的利用、参数化变型设计、图库、三维球等应用方法，为提高新产品开发的设计速度和产品质量提供参考借鉴。

1 设计应用

以杠杆浮球式单阀座疏水阀的阀座为例，根据客户工况操作参数，在不同工作压差下的不同排量，可计算出阀座的不同孔径，并确定不同的形状尺寸。还可利用已有的工程图数据，编辑生成实体特征所需要的几何图形，将其输入到二维草图再将尺寸参数化后生成实体特征，最后还可利用参数化变形设计形成系列化零件。

1.1 阀座孔径的计算

设计给定工作压差、相对应的排量(见图1)，按下式计算阀座孔径[1]

排量计算公式：

(1)

式中：Q为疏水阀一定压差下的排量，kg/h；c为排量系数，与孔口形状、压力差(p1-p2)大小有关，压力差越大c越小，阀座孔径d越大c越小。根据日本JRS B8401—1985蒸汽疏水阀的性能和试验方法推荐，c=0.4～0.7；A为通道(阀座孔)面积，cm2;A=π×r2；r为阀座孔半径，cm；p2为入口压力，N/cm2；p1为出口压力，N/cm2；g为重力加速度980 cm/s2。

经过式(1)计算可得出阀座的不同孔径，再根据阀座孔径的大小确定阀座其余的形状尺寸，阀座尺寸如图1所示。

图1 阀座尺寸及工作参数

1.2 工程图数据的利用

CAXA 3D实体设计在实体特征的构建方面是延伸草图的设计概念，通过在草图中建立二维草图截面利用设计环境所提供的功能，建立三维实体。可充分利用已设计好的工程图纸，在绘图软件里对其进行编辑，只保留生成实体特征所需要的几何图形，同时将该几何图形平移到坐标原点。假如要生成旋转特征，可将几何图形旋转相应角度使其沿着它的旋转轴，并转成DWG数据文件格式， 然后在CAXA实体设计草图栅格里单击鼠标右键出现“输入”，按提示进行操作，就可将编辑好的几何图形输入到二维草图；并且

位置刚好在坐标原点不需要再进行旋转或平移，提高了设计效率。这种方法也适于擅长在绘图软件里画图，可先在绘图软件里把几何图形画出来，再输入到CAXA 3D 实体设计的二维草图里。现可将图1中设计好的工程图编辑成生成实体特征所需要的几何图形(见图2)，按照上述方法即可生成一个旋转特征。

图2 几何图形

1.3 参数化变型设计

三维CAD中参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化[2]，使之成为任意调整的参数，然后给参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的系列零件模型。Caxa 3D实体设计中的参数之间可以使用表达式建立关联关系，使用参数化变型设计功能，可以通过参数，方便快速的生成一系列零件。对一个已经参数化设计零件，参数化变型设计功能可以对其参数进行修改，轻松地把它变为另一个不同尺寸的零件，即生成一系列零件，提高工作效率。

1.3.1 在设计环境中，建一个参数化的零件

(1) 读图1的图纸并关注其表格，弄清楚零件的形状及其变量。有公式关系的确定变量和因变量。

(2) 将图2的几何图形输入到CAXA实体设计的草图栅格中，并添加智能标注；草图状态下进入参数表，此时草图上的尺寸会变成变量名，方便区分。参数化零件尺寸如图3所示。

图3 参数化零件尺寸界面

(3) 完成草图，利用旋转操作生成阀座。

(4) 选择阀座至零件状态，通过右键菜单进入零件层次的参数表。按照图1尺寸，增加若干参数，然后将零件状态的参数通过表达式与形状参数之间建立联系。

1.3.2 系列化图库

在零件状态下选中阀座，激活参数化变型设计功能，利用“变型设计”，将生成系列化的零件。

(1) 选择阀座，通过“加载应用程序”功能区中的“变型设计”按钮进行访问。单击加载“添加变形设计”，然后单击“编辑变形设计”，为零件添加两个系列的值，系列化零件的尺寸设定如图4所示。

图4 系列化零件的尺寸设定界面

(2) 将零件拖放到新建的设计元素库中，既生成一个系列化图库如图5所示。

图5 生成系列化零件

1.4 图 库

1.4.1 自定义图库

把设计好的零件放在分好类的的图库中，当需要时，可在相应的图库中快速找到已经生成的零部件，然后只需将这些零部件拖放到新设计中即可，而不必重新设计。还可以用CAXA 3D实体设计里的参数化变型设计功能对疏水阀里比如浮球、阀座、阀芯、支架、球座、法兰、螺塞等系列化零件建模分类，从而建立企业的标准件库。

1.4.2 3DSource零件库

3DSource零件库是一款三维产品零件库软件。可直接嵌入到CAXA 3D实体设计中。它包含了150多万个标准件和常用件，三维模型全面覆盖了主要的机械行业；库中收录了最新标准的各类标准件和常用件，提供了强大的螺钉、螺栓、螺母、垫圈等紧固件和型钢、密封件、法兰、管接头等100多个大类。

安装客户端软件后，3DSource零件库直接嵌入到CAXA实体设计软件中，方便在产品设计中调用各类三维标准件资源。在进行疏水阀集成管束、疏水阀阀组、凝结水回收等大型装置的设计时，工程师可自由使用丰富的符合新国标的参数化标准零件库和构件库如管件、法兰、紧固件、阀门，能够快速的完成大型装置的设计，极大地提高了设计效率。并能通过参数化与系列件变型设计的机制，轻松地进行系列件参数化设计。

1.5 三维球的使用

CAXA 3D实体设计独特的“万能”的三维球，是一个非常优秀和直观的三维图素操作工具。拖放式操作、智能手柄等设计工具的应用使设计摆脱了尺寸、约束的限制，让设计更加轻松高效。

它可以通过平移、旋转和其他复杂的三维空间变换精确定位任何一个三维物体；同时还可以完成对智能图素、零件或组合件生成拷贝、直线阵列、矩形阵列和圆形阵列的操作功能。三维球可以附着在多种三维物体上。在选中零件、智能图素、锚点、表面、视向、光源和动画路径关键帧等三维物体后，可通过单击三维球按钮(或按F10快捷键)打开三维球，使三维球附着在这些三维物体上，从而方便地对他们进行移动、相对定位和距离测量。

三维球，它在空间有三个轴，内外分别有三个操作手柄，使得用户可以沿任意一个方向移动物体。也可以约束实体在某个固定方向移动或绕某固定轴旋转如图6所示[3]。

图6 三维球

利用三维球可高效的在疏水阀设计中进行阵列、旋转、复制、平移，除此之外利用三维球可以对设计好的疏水阀中的联动机构进行中心定位，通过旋转三维球的旋转轴，从而实现联动机构任意角度的旋转，从而检查联动机构在疏水阀壳体内腔中的活动范围及虚拟的动作情况。

2 疏水阀CAXA3D实体设计效果

我公司根据市场需求利用CAXA 3D实体设计软件设计开发了一套集成管束(如图7所示)。

图7 集成管束

在绘图软件里先把几何图形画出来，再输入到CAXA 3D 实体设计的二维草图里生成新的零件；用参数化变形设计对集成管尺寸进行参数化，只需给参数赋值即可得到不同的集成管；型钢、紧固件直接从软件自带的设计元素库中调出，法兰等零件从企业的标准件库中调出，充分利用了各种库中的零件，不需重复性的生成零件。用三维球对集成管束中的相同零件进行复制、阵列，即可快速增加集成管的数量，满足用户工况需要。又能直观的对产品从整体上在三维空间里进行尺寸检查、干涉检查，减少设计失误、减少返工返修、便于工况现场安装，提高产品设计质量。

3 结 语

通过熟练掌握以上介绍的几点应用，能更深层次的使用CAXA 3D实体设计，将实体设计固化到产品整体设计流程中去，如果企业对建立企业标准零件库有一个长远的规划，可极大的提高疏水阀及与疏水阀相关的大型装置的设计速度、产品质量和使用性能，对企业的快速发展有着现实意义。