基于Inventor带式输送机三维建模装配方法

王泽祥

（山东省冶金设计院股份公司 山东济南 250101）

1 前言

三维数字化设计（BIM）具有可视化效果好，能够服务工程的全生命周期，是未来工业设计发展的趋势。三维数字化设计在选矿［1］、冶金［2］等行业领域应用前景广阔。

带式输送机在选矿、冶金行业应用广泛，三维数字化设计不可避免要对其进行设备建模。带式输送机零部件众多，主要由机架、滚筒、驱动、托辊等部件组成，为提高设计效率，设备建模应首先对各部件的组成零件进行参数化设计［3－4］，通过输入参数，得到所需的零件，其次，由零件装配成各部件，最后对各部件进行装配，生成完整的带式输送机三维模型。带式输送机三维建模流程如图1所示。

图1 带式输送机三维建模流程

在带式输送机三维模型重复使用过程中，发现很多成品模型再次编辑困难，软件出现无法求解部件的情况，严重降低模型的重复使用效率，甚至有些无法使用，只能重新建模。

经过分析，发现零部件装配不规范是其中的重要原因，很多零部件装配的基准面选取随意，基本是按就近原则，先发现哪个面就选哪个面。为了解决上述问题，使带式输送机三维建模零部件装配规范化，本文基于Inventor建模软件，对带式输送机零部件装配进行研究，提出了使零部件装配规范化的两种方法，可以有效避免成品模型再次编辑中软件出现无法求解部件的情况，提高成品模型重复使用效率。

2 原始坐标系基准法

2.1 装配基准

装配基准是零部件能够装配准确的关键。装配基准的选取，第一应不受或少受零部件编辑的影响，第二，装配基准不宜过多，过多的装配基准会使零部件间关系复杂，降低模型的重复使用效率。在Inventor软件中，平面、轴、线可以作为装配基准，拿平面来说，Inventor提供的平面主要有三种，一是项目树中原始坐标系下的YZ、XZ、XY平面，二是功能区中定位特征下的平面选项创建的工作平面，三是实体平面，如图2所示。

图2 原始坐标系平面、工作平面与实体平面

实体平面会随零部件的编辑而发生变动，不宜作为装配基准面。原始坐标系下的YZ、XZ、XY平面是固定不变的，可以不受编辑的影响，是带式输送机零部件装配的理想装配基准面。对于工作平面，可以分为两类，一类是通过原始坐标系平面创建的，这类工作平面不受零部件编辑的影响，可以作为装配基准面；一类是通过实体元素创建的，比如实体上的点、线、面，会受到零部件编辑的影响，不宜作为装配基准面。因此，装配基准面应尽可能使用原始坐标系平面，如确有必要使用工作平面，应注意建立工作平面时，避免使用实体上的元素。同理，对于装配基准轴，也应尽可能使用原始坐标系轴线。

2.2 零部件基准

零部件如带式输送机的机架需确定本身的基准，然后根据基准完成零件装配与部件装配。零部件基准的选取应便于零部件间的定位，同理，原始坐标系平面与轴线也是零部件的理想基准。这要求零部件的参数化设计时应注意技巧，规划好整体的位置，使原始坐标系基准作为零部件基准。如图3（a）所示，原始坐标系基准面即为机架的基准面，而图3（b）中原始坐标系基准面XY、XZ未与机架的基准面重合。

图3 原始坐标系基准面与零部件基准面

2.3 装配

对各零部件进行装配，首先在装配环境下应放置一个基准零部件，并将基准零部件的基准与装配基准，即零部件的原始坐标系基准与装配的原始坐标系基准约束重合，后续放置零部件的装配则以装配的原始坐标系基准，即基准零部件的原始坐标系基准进行装配定位。

对于遇到的零部件需以一定角度来装配，如倾斜段机架，单用原始坐标系YZ、XZ、XY平面无法同时实现距离与角度的装配，需要建立倾斜的工作平面作为基准面以装配角度。避免建立工作平面，需要用到原始坐标系基准轴，原始坐标系下提供了X、Y、Z三个方向的轴线，装配方法为用零部件基准面XZ与装配基准面XZ装配角度θ，用零部件基准轴X装配零部件到装配基准面XZ、XY的距离，这样倾斜段机架的空间位置就实现定位，如图4所示。

图4 采用原始坐标系基准轴装配倾斜段机架

采用原始坐标系基准法装配零部件优点有：

（1）使零件装配与部件装配整个装配过程中，装配基准有且仅有一个，为装配环境下的原始坐标系基准，而零部件的基准同样为本身的原始坐标系基准，这样零部件装配的基准精简，使装配的各零部件相互独立，彼此不互相干扰。

（2）原始坐标系基准不受编辑的影响，可以避免因零部件编辑造成的装配基准变动或丢失而带来的无法求解部件的情况，便于成品模型中零部件的编辑与参数化调整。

（3）避免建立工作平面，装配基准无工作平面的参与，使得装配界面整洁清晰，如图5所示。

图5 工作平面与原始坐标系基准面装配的界面对比

3 草图定位法

通过原始坐标系创建的工作平面与工作轴线也可作为装配基准，但会遇到以下问题，以工作平面为例，第一，随着工作平面的增多，会混淆这些工作平面的位置，后期编辑很难快速定位到所需的工作平面，同时，这些工作平面在项目树中的位置分散，不便于管理；第二，对带角度的工作平面，需要建立工作轴线作为旋转轴，工作量较大。

草图定位法是基于Inventor的草图驱动得来的，在装配环境下，可以创建参考零部件，然后在参考零部件中创建草图，根据各零部件的基准位置绘制草图定位线，然后在定位线中的定位点创建工作平面作为装配基准，利用这些装配基准装配零部件，如图6所示。

图6 草图定位法装配零部件

采用草图定位法装配零部件优点有：

（1）装配基准的位置与草图上的定位点一一对应，而且草图上有尺寸标注，使得装配基准的位置信息清晰明了，便于后期成品模型的编辑。

（2）作为装配基准的工作平面在项目树中位置集中，均在参考零部件中，便于管理，工作平面太多影响显示效果时，关闭参考零部件的可见性，同样可以达到装配界面整洁的目的。

（3）由于有草图来准确定位工作平面且参考零部件不受其他零部件编辑的影响，一些不便通过原始坐标系创建的工作平面，可以通过草图获得，比如带角度的工作平面可以使用过点且垂直于线的命令，提高了创建装配基准的效率。

4 结论

带式输送机零部件众多，零部件装配基准不可随意选取。原始坐标系基准法使用原始坐标系平面与轴线作为装配基准，装配基准精简，装配界面整洁清晰，装配基准不受零部件编辑的影响；草图定位法可以使装配基准位置信息清晰明了，提高创建装配基准的效率。两种方法均能有效避免带式输送机成品模型再次编辑出现的无法求解部件的情况，提高成品模型重复使用效率，为大型设备三维建模零部件的规范化装配提供参考。