一、虛擬建模技術(shù)和CAXA實體軟件概述
（一）虛擬建模技術(shù)的概念
虛擬建模技術(shù)又稱為三維實體造型，即設(shè)計者借助于計算機軟硬件環(huán)境，將大腦中構(gòu)思的、或者現(xiàn)實產(chǎn)品的幾何外型和物理屬性轉(zhuǎn)化為可視、可分析、可修改、可進一步模擬加工的數(shù)字實體模型。現(xiàn)實中的產(chǎn)品都可以分解為不同的幾何實體；而在計算機輔助技術(shù)中，我們可以借助相應(yīng)的軟硬件條件，將構(gòu)思的產(chǎn)品部件轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品信息構(gòu)成的虛擬模型。綜上所述，虛擬建模是指將描述產(chǎn)品的形狀、屬性等特征以數(shù)學(xué)模型的形式存儲于計算機內(nèi)，并生成可視的、具有真實感的三維模型的技術(shù)。實體造型技術(shù)是CAD/CAM/CAE技術(shù)的核心；產(chǎn)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(shù)的目的和意義
多年來設(shè)計藍圖被稱為機械工程師的語言，對于復(fù)雜產(chǎn)品，必須用大量圖紙以不同的投影關(guān)系來表示和標(biāo)注各種線性和符號。即使是經(jīng)驗豐富的工程師，想要將圖紙轉(zhuǎn)化為頭腦中的圖形并理解設(shè)計方案的各個細節(jié)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(chǎn)品的制造和質(zhì)量。利用三維CAD軟件進行產(chǎn)品設(shè)計則可以相應(yīng)減少甚至避免發(fā)生這樣的錯誤；設(shè)計人員利用三維CAD軟禁進行虛擬設(shè)計，具有許多傳統(tǒng)設(shè)計無法比擬的優(yōu)勢。
1、能夠直觀全面地反映對象設(shè)計特征。產(chǎn)品在計算機上的造型過程就像實際加工、裝配過程一樣；設(shè)計方案有無缺陷，各零部件裝配關(guān)系是否合理，有無干涉等問題，都可以通過旋轉(zhuǎn)角度或者截面剖切直接看到。如果概念設(shè)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(chǎn)品制成樣機后才能發(fā)現(xiàn)的缺陷，有效的提高了新產(chǎn)品，特別是復(fù)雜產(chǎn)品的一次成功率，極大的縮短了產(chǎn)品的研制周期并且節(jié)約了大量資金、人力。
2、可以方便的獲得產(chǎn)品零部件的集合特性參數(shù)，如零件的表面積、體積，產(chǎn)品的質(zhì)量、重心和慣性矩等等。特別是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品參數(shù)，可以節(jié)約大量計算時間。
3、由計算機系統(tǒng)自動投影得到的輪廓（三維到二維）圖形非常準(zhǔn)確，解決了二維方式難以表達復(fù)雜形體的問題，同時降低了制圖員的工作量，生成圖形準(zhǔn)確，可以直接作為指導(dǎo)生產(chǎn)的技術(shù)文件。
4、能夠在計算機上方便地進行后續(xù)環(huán)節(jié)設(shè)計工作，如產(chǎn)品的虛擬裝配、運動仿真、干涉檢測、數(shù)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(chǎn)品模型可分為三大部分，共計近70個零件，此外還有數(shù)量眾多的標(biāo)準(zhǔn)件和密封件，實體造型部分工作量比較大；另一方面，產(chǎn)品分析過程需要的物性參數(shù)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(yōu)點，我們選擇了造型速度快，修改功能快捷的CAXA實體設(shè)計作為課題應(yīng)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(shù)化修改以及抽殼、曲面重建等操作完成造型，即實現(xiàn)快速造型的目的；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，則采用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征向?qū)В瑢崿F(xiàn)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(jù)動渦盤的回轉(zhuǎn)體特征，選擇軟件的旋轉(zhuǎn)特征向?qū)瓿蓜訙u盤端板定位孔一側(cè)的造型，確定零件為獨立實體，輸入旋轉(zhuǎn)角度、回轉(zhuǎn)體定位方向，并確定柵格比例后，向?qū)詣由尚D(zhuǎn)特征的二維幅面。
2、在帶有柵格的二維設(shè)計幅面上，繪制旋轉(zhuǎn)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(shè)計提供的二維設(shè)計工具繪制，也可以在電子圖板或AutoCAD生成后由軟件接口導(dǎo)入，完成后即由向?qū)ё詣由苫剞D(zhuǎn)特征。
3、以生成的端板非定位側(cè)面為基準(zhǔn)面，調(diào)用拉伸特征向?qū)В_定拉伸方向、距離和實體定位特征后，向?qū)蓭в袞鸥竦睦焯卣鹘缑妗?br /> 4、投影短板外圓作為定位基準(zhǔn)，并根據(jù)漸開線型線基圓與端板外圓的位置關(guān)系，確定并繪制漸開線基圓，利用二維設(shè)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?qū)ё詣由蓾u開線渦旋齒。使用三維球定位工具在漸開線一側(cè)定位漸開線基圓附著點，以供裝配定位所用。
5、調(diào)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(cè)的三處定位孔和銷孔；利用三維球定位工具，將對應(yīng)兩處下陷的拉伸特征定位，調(diào)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(zhì)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(chǎn)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(guān)系，利用幾何位置特征記錄零件間的裝配關(guān)系。
（1）確定部件裝配模型的核心定位零件，調(diào)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(guān)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(shù)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(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。
2、產(chǎn)品總裝配模型的建立
產(chǎn)品總裝過程大體與部裝相同：即根據(jù)部件模型從屬關(guān)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(guān)部件，并添加標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(tài)和動態(tài)干涉檢驗。靜態(tài)干涉檢驗是對產(chǎn)品零部件設(shè)計進行評估和檢驗，在裝配過程中靜態(tài)檢查零部件之間的干涉、間隙等，并根據(jù)檢驗結(jié)果進行設(shè)計修改，進而得到正確的設(shè)計方案；動態(tài)干涉檢驗則是指對產(chǎn)品可裝配性進行評估，在產(chǎn)品裝配過程中，根據(jù)零部件的裝配路徑、裝配關(guān)系和約束條件，進行裝配姿態(tài)調(diào)整，修改，直到得到正確的裝配方案。
在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配體中，如果想用視覺和剖切相結(jié)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(fā)生的干涉（每對干涉的零部件會報告一次干涉），并列出相關(guān)零部件的名稱、干涉體積以及包圍干涉區(qū)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(shè)計過程中，由于動平衡優(yōu)化以及整機重量、體積等產(chǎn)品參數(shù)計算的需要，對于產(chǎn)品零部件物性參數(shù)的計算是必要的工作。但在產(chǎn)品樣機制造出來之前，這些參數(shù)并不能依靠實際測量獲得，而只能進行人工計算；對于結(jié)構(gòu)簡單，輪廓規(guī)則性好的零部件還并不顯得困難，但是對于具有復(fù)雜曲面的零件，比如渦旋壓縮機動、靜渦盤以及平衡機構(gòu)等部件，這一計算過程不僅耗費大量計算時間，而且結(jié)果也不準(zhǔn)確。
CAXA實體建模的過程，并不是單純幾何模型的搭建，其中結(jié)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(shù)的計算，由于這兩方面的結(jié)合，使我們利用實體設(shè)計的物性計算功能，獲得產(chǎn)品設(shè)計中必要參數(shù)成為可能。