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图3-1 虚拟建模特征分类

基于特征的参数化实体建模技术利用尺寸驱动原理，在零件拓扑结构不变的情况下，把特征作为组成零件实体模型的基本元素，把零件尺寸定义为参数变量，利用参数驱动特征几何形状，从而改变零件模型，最后把多个特征按照一定的设计方案组合在一起就构成产品零件模型。

零件虚拟建模技术采用自下而上的方式进行，首先是规划设计方案，完成零件概念设计，根据零件功能结构把零件分解为多个特征的组合，然后分别创建零件几何特征和辅助特征，特征创建完成后经过检验特征是否合理，如果合理则把特征组合在一起构成零件模型，若不合理则经过特征参数修改，进一步改进特征参数，最后完成零件模型。

图3-2表示了基于特征的参数化实体建模流程。

图3-2 虚拟建模流程

3.1.2 XH7710型立卧自动转换加工中心零件虚拟建模实例分析

虚拟建模技术为复杂结构的设计提供了技术支持，它可以包含更多的产品信息，能够比较直观地完成复杂结构的设计，达到高效、直观、一次试制成型的目的；同时还便于设计人员与用户进行沟通，有利于产品的改进，提高产品设计的市场竞争力。

根据XH7710型立卧自动转换加工中心的结构特点，可以将其划分为立卧自动转换万能铣头、滑枕、立柱、工作台和床身等几个主要部件。整个加工中心建模过程采取自下而上的方式进行，首先根据零件二维图纸完成各个零件的三位虚拟建模，然后将零件模型组成各个主要部件模型，最后将部件模型进行虚拟装配，完成整个加工中心的虚拟装配模型。

图3-3描述了加工中心虚拟建模的层次关系。

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图3-3 加工中心虚拟建模层次关系

根据虚拟制造技术理论和机床动态设计优化细想，要完成加工中心的虚拟装配仿真以及机床动力特性分析，首先必须建立XH7710型自动立卧转换加工中心的虚拟模型。而从图3-3可以看出，整机虚拟模型的创建应该从最基本的零件入手，建立各个零件的虚拟模型，在此基础上进行部件装配，为后续的虚拟装配仿真、干涉检查以及零部件动力学分析等工作做好准备。

本小节主要讲解加工中心立卧自动转换铣头、滑枕、立柱、床身等主要部件的建模。 1．立卧自动转换万能铣头壳体建模

立卧自动转换万能铣头在XH7710型加工中心中是第一关键部件，它主要实现三方面 的功能：Z轴旋转、立卧自动转换、刀具主轴旋转，如图3-4所示。由于铣头空间结构有限，装配零件比较多，其中还涉及到液压油路的设计，为了实现这三个部分的旋转功能，铣头的壳体结构相当复杂，并且还要求其具有一定的刚度，所以铣头的设计以及在将来制造过程有很大的技术难度。

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图3-4 立卧自动转换铣头原理结构

根据设计方案和实现功能要求，在Pro/Engineer软件平台上，利用基于特征的参数化 建模技术建立铣头虚拟模型。首先创建一个基体特征，然后在基体特征的基础上添加和修改特征，如添加螺纹孔、凸台、圆角以及油槽等辅助特征。零件建模是一个复杂而细致的工作，在产品尺寸参数和功能要求下，必须想方设法在有限的空间内按照实际图形实现产品的功能，必须认真细心的对待每一个细节。

图3-5所示为立卧自动转换铣头右侧壳体虚拟模型。

图3-5 铣头右侧壳体模型（两种视图位置）

图3-6所示为立卧自动转换铣头中间壳体虚拟模型。

图3-6 铣头中间壳体模型（两种视图位置）

图3-7所示为立卧自动转换铣头左侧壳体虚拟模型。

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图3-7 铣头左侧壳体模型（两种视图位置）

从图中可以看出立卧自动转换铣头的壳体结构复杂，与二维图纸相比较，通过建立三 维虚拟模型，很容易看出其内部结构，给设计师很直观的三维视觉，尽可能避免出现结构设计的错误。至于其空间尺寸是否符合设计的要求，还需要进行不断的方案改进和特征尺寸修改。验证尺寸是否合理，一个重要指标就是能否顺利完成零部件的装配，3.3节将对零部件模型进行可装配型进行检验，进一步改进设计参数。

2．立柱建模

在XH7710型立卧自动转换加工中心整机结构中，滑枕（主轴箱）安装在托架上悬挂于立柱的一侧，使得立柱受到一个扭转力矩和一个弯曲力矩，立柱的动刚度对机床整机的动力学特性有很大的影响。为了选择确定一种合理的立柱结构模型，本论文设计了几种不同筋板布置形式的立柱结构，在第五章中利用有限元动力学分析方法获得各种结构立柱的动力特性参数，通过比较最后选择一种最佳的立柱结构。

图3-8所示为本论文设计的几种不同筋板布置形式的立柱虚拟模型，筋板布置形式依次为无筋板、一字形筋板和菱形筋板。

图3-8 立柱虚拟模型

3．其它部件虚拟模型

本论文完成了XH7710型立卧自动转换加工中心所有零件的虚拟建模工作，包括立卧自动转换铣头、立柱、滑枕、床身和工作台等，并探索了一些常用标准零件的建模方法，如轴承、齿轮等。在虚拟建模过程中，发现了许多设计问题，并及时对设计进行了修改，对许多结构进行了改进。图3-9所示为滑枕和床身的虚拟模型，其他零件建模再次就不再详细介绍。

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