三维CAD技术在液压挖掘机设计中的应用

随着CAD应用软件和技术的不断发展，很多工程机械制造企业已不再满足于借助CAD系统来“甩掉图版”，希望向三维的实体设计方向发展。由于三维CAD系统具有可视化好、形象直观、设计效率高和支持并行工程等优点。因此，三维实体造型在液压挖掘机设计开发中开始得到的应用，在三维设计环境中可以进行挖掘机产品的模拟装配以获得整机或部件的三维实体，建立充分而完整的设计数据库，在此基础上进行产品质量特性分析、零部件间的干涉检查、自动创建二维工程图、机构运动仿真、产品结构的有限元分析、计算机辅助制造、商业广告造型与动画生成等。
　　挖掘机零部件的三维造型
　　挖掘机三维实体造型包括所有零件的三维实体造型，总成和整机装配仿真。挖掘机是由金属结构、回转机构、动力装置、传动操纵机构、液压系统和辅助设备等组成。零、部件共计一千多个。尽管挖掘机零、部件结构形式各不相同，但在计算机上进行三维实体造型有一些规律可循，一般过程如下:创建草图→根据零件的基本特征和附加特征生成零件的三维模型→依照装配关系装配零部件→形成整机装配仿真。
　　1.1 三维造型应用软件和基本方法
　　世界上著名的几家公司的三维CAD软件产品，如Pro/Engineer、UG、I-DEAS、Solidworks、MDT等，在主要工程机械企业中都已采用。无论采用那家的三维CAD软件，都可以较好地完成挖掘机零部件的三维造型，三维造型时常用以下方法:
　　(1)对形状比较规则的简单零件，利用三维软件自带的标准几何体(方形、圆柱、圆管、圆锥和球、沟槽)库，直接生成零件实体，如方板、光轴、轴套等。
　　(2)绘制最能反映零件基本特征的几何草图，经拉伸、旋转生成三维实体。
　　(3)沿路径配置的二维几何图形经扫描，蒙皮生成曲面形实体。
　　(4)从草图入手建模 设计者根据设计的要求用手勾画出理想的结构形状，然后赋予每一条曲线以尺寸约束或几何约束，使曲线按照设计者的意图去更新交换，生成参数化特征的实体建模。从草图入手建模很容易实现参数化、标准化、系列化设计，是挖掘机最理想的建模方式。
　　(5)利用三维实体间的布尔运算(交、并、补)，将多个简单零件组合成一体，生成新的实体等等，且生成的实体模型均采用参数化特征造型。
　　1.2 挖掘机金属结构的三维造型
　　一台液压挖掘机的零部件有一千多个，全部采用三维造型设计工作量很大。实际设计挖掘机时，也可以只制作与整机外形仿真、运动分析有关和影响主要性能的金属结构件、标准件、司机室和机罩等。
　　挖掘机三维造型设计的关键是金属结构件的三维造型，如动臂、斗杆、铲斗、回转平台、回转支承、行走机构和行走架等，这些金属结构件都是由多个零件焊接成形，结构较为复杂。如动臂本体由上板、下板、侧板、加强筋板、连接耳板和轴套等十多个零件焊接而成，这些单个零件结构一般比较简单。设计者根据零件的具体结构画出反映零件特征的二维草图，草图一般由直线、多边形、圆弧线和圆等构成封闭的图形。将二维截面草图进行拉伸、旋转、放样、倒角，生成三维图形。最后将这些零件组装并通过布尔运算等操作，形成动臂的三维实体模型。