一、虛擬建模技術和CAXA實體軟件概述
（一）虛擬建模技術的概念
虛擬建模技術又稱為三維實體造型，即設計者借助于計算機軟硬件環境，將大腦中構思的、或者現實產品的幾何外型和物理屬性轉化為可視、可分析、可修改、可進一步模擬加工的數字實體模型。現實中的產品都可以分解為不同的幾何實體；而在計算機輔助技術中，我們可以借助相應的軟硬件條件，將構思的產品部件轉化為產品信息構成的虛擬模型。綜上所述，虛擬建模是指將描述產品的形狀、屬性等特征以數學模型的形式存儲于計算機內，并生成可視的、具有真實感的三維模型的技術。實體造型技術是CAD/CAM/CAE技術的核心；產品模型的建立，為其后的修改、檢驗、分析及制造等步驟提供了直觀的可操作對象。
（二）虛擬建模技術的目的和意義
多年來設計藍圖被稱為機械工程師的語言，對于復雜產品，必須用大量圖紙以不同的投影關系來表示和標注各種線性和符號。即使是經驗豐富的工程師，想要將圖紙轉化為頭腦中的圖形并理解設計方案的各個細節也需要花費很多時間，一旦理解出錯或形體表示本身有誤，將會直接影響產品的制造和質量。利用三維CAD軟件進行產品設計則可以相應減少甚至避免發生這樣的錯誤；設計人員利用三維CAD軟禁進行虛擬設計，具有許多傳統設計無法比擬的優勢。
1、能夠直觀全面地反映對象設計特征。產品在計算機上的造型過程就像實際加工、裝配過程一樣；設計方案有無缺陷，各零部件裝配關系是否合理，有無干涉等問題，都可以通過旋轉角度或者截面剖切直接看到。如果概念設計有問題，馬上就可予以改正。將“試裝過程”放在計算機上進行，避免了產品制成樣機后才能發現的缺陷，有效的提高了新產品，特別是復雜產品的一次成功率，極大的縮短了產品的研制周期并且節約了大量資金、人力。
2、可以方便的獲得產品零部件的集合特性參數，如零件的表面積、體積，產品的質量、重心和慣性矩等等。特別是對于結構復雜的產品參數，可以節約大量計算時間。
3、由計算機系統自動投影得到的輪廓（三維到二維）圖形非常準確，解決了二維方式難以表達復雜形體的問題，同時降低了制圖員的工作量，生成圖形準確，可以直接作為指導生產的技術文件。
4、能夠在計算機上方便地進行后續環節設計工作，如產品的虛擬裝配、運動仿真、干涉檢測、數控編程以及加工模擬等等。
 
二、渦旋壓縮機的虛擬建模
（一）零件建模過程
渦旋壓縮機零件形式各異，按照各部件功能劃分，產品模型可分為三大部分，共計近70個零件，此外還有數量眾多的標準件和密封件，實體造型部分工作量比較大；另一方面，產品分析過程需要的物性參數不可能等到物理樣機制造出來后在進行采集，因此留給虛擬建模的時間較短。
鑒于以上原因，以及CAXA實體軟件本身的其他優點，我們選擇了造型速度快，修改功能快捷的CAXA實體設計作為課題應用軟件。對于渦旋壓縮機的零件，主要采取兩種造型方法：對于輪廓簡單的零件，可以采用軟件圖庫中的基本圖素，通過參數化修改以及抽殼、曲面重建等操作完成造型，即實現快速造型的目的；對于結構復雜的零件，則采用拉伸、旋轉、掃描等特征向導，實現從二維草圖到三維實體的過程。下面以壓縮機主要零件動渦盤為例，簡要描述基于CAXA實體的零件三維造型過程。
1、根據動渦盤的回轉體特征，選擇軟件的旋轉特征向導完成動渦盤端板定位孔一側的造型，確定零件為獨立實體，輸入旋轉角度、回轉體定位方向，并確定柵格比例后，向導會自動生成旋轉特征的二維幅面。
2、在帶有柵格的二維設計幅面上，繪制旋轉特征的二維截面局部特征，這部分特征可以直接在界面上利用實體設計提供的二維設計工具繪制，也可以在電子圖板或AutoCAD生成后由軟件接口導入，完成后即由向導自動生成回轉特征。
3、以生成的端板非定位側面為基準面，調用拉伸特征向導，確定拉伸方向、距離和實體定位特征后，向導生成帶有柵格的拉伸特征界面。
4、投影短板外圓作為定位基準，并根據漸開線型線基圓與端板外圓的位置關系，確定并繪制漸開線基圓，利用二維設計工具中的公式曲線生成圓漸開線，并按照修整特征完成對PMP型線的修改，完成后向導自動生成漸開線渦旋齒。使用三維球定位工具在漸開線一側定位漸開線基圓附著點，以供裝配定位所用。
5、調用圖庫工具中的孔訂制工具，生成渦旋齒上的檢測孔以及定位側的三處定位孔和銷孔；利用三維球定位工具，將對應兩處下陷的拉伸特征定位，調用布爾運算功能，生成兩處下陷。
6、生成圓角等輔助特征，添加材質及其他物理屬性，修改零件明細表。
（二）渦旋壓縮機的虛擬裝配
1、不見模型的建立
按功能層次劃分，產品模型可分為3個一級部件和9個耳機部件；逐次描述部件與下級零件間從屬關系，利用幾何位置特征記錄零件間的裝配關系。
（1）確定部件裝配模型的核心定位零件，調用裝配工具依次引用下級零件；
（2）使用三維球定位工具，按位置關系依次定位從屬零件并選擇引用方式；
（3）裝配約束方式，確認部件裝配，添加部件明細表，完成部件裝配；
裝配后的零部件可以通過參數化和無約束兩種方式進行修改，同事可將對裝配模型中某零件的修改通過鏈接的方式更新到被修改的零件文件中，保證了模型數據的統一性。
2、產品總裝配模型的建立
產品總裝過程大體與部裝相同：即根據部件模型從屬關系，逐級上升，直到總裝。核心部件通過對象鏈接和嵌入（OLE）逐次引用其他相關部件，并添加標準件和密封件后，再通過約束配合工具或者三維球定位工具建立他們之間的裝配定位關系，并限制下級零部件的鋼體自由度。
 
三、模型的干涉檢查與物性計算
（一）渦旋壓縮機實體模型的干涉檢查
在渦旋壓縮機部件裝配模型建立后，即可進行干涉檢查。在虛擬裝配過程中，通常進行靜態和動態干涉檢驗。靜態干涉檢驗是對產品零部件設計進行評估和檢驗，在裝配過程中靜態檢查零部件之間的干涉、間隙等，并根據檢驗結果進行設計修改，進而得到正確的設計方案；動態干涉檢驗則是指對產品可裝配性進行評估，在產品裝配過程中，根據零部件的裝配路徑、裝配關系和約束條件，進行裝配姿態調整，修改，直到得到正確的裝配方案。
在結構復雜的裝配體中，如果想用視覺和剖切相結合檢查零部件之間是否有干涉的情況是件很困難的事情。CAXA實體軟件的干涉檢查模塊可以在裝配體和零部件之間進行干涉檢查，并且能查看所檢查到的干涉體積。在裝配體的零部件之間進行干涉檢查，首先在裝配體中選取兩個或多個零部件進行干涉檢查，并啟動干涉檢查功能模塊。如果存在干涉，干涉信息方框會列出發生的干涉（每對干涉的零部件會報告一次干涉），并列出相關零部件的名稱、干涉體積以及包圍干涉區域的邊界框的長、寬、高作為報告形式。
（二）渦旋壓縮機實體模型的物性計算
在壓縮機設計過程中，由于動平衡優化以及整機重量、體積等產品參數計算的需要，對于產品零部件物性參數的計算是必要的工作。但在產品樣機制造出來之前，這些參數并不能依靠實際測量獲得，而只能進行人工計算；對于結構簡單，輪廓規則性好的零部件還并不顯得困難，但是對于具有復雜曲面的零件，比如渦旋壓縮機動、靜渦盤以及平衡機構等部件，這一計算過程不僅耗費大量計算時間，而且結果也不準確。
CAXA實體建模的過程，并不是單純幾何模型的搭建，其中結合著一系列特征的添加，如材料特征等等；在布爾運算的添加與切除同時就完成了幾何參數的計算，由于這兩方面的結合，使我們利用實體設計的物性計算功能，獲得產品設計中必要參數成為可能。