隨著CAD應用軟件和技術的不斷發展，很多工程機械制造企業已不再滿足于借助CAD系統來“甩掉圖版”，希望向三維的實體設計方向發展。由于三維CAD系統具有可視化好、形象直觀、設計效率高和支持并行工程等優點。因此，三維實體造型在液壓挖掘機設計開發中開始得到的應用，在三維設計環境中可以進行挖掘機產品的模擬裝配以獲得整機或部件的三維實體，建立充分而完整的設計數據庫，在此基礎上進行產品質量特性分析、零部件間的干涉檢查、自動創建二維工程圖、機構運動仿真、產品結構的有限元分析、計算機輔助制造、商業廣告造型與動畫生成等。

1 挖掘機零部件的三維造型
挖掘機三維實體造型包括所有零件的三維實體造型，總成和整機裝配仿真。挖掘機是由金屬結構、回轉機構、動力裝置、傳動操縱機構、液壓系統和輔助設備等組成。零、部件共計一千多個。盡管挖掘機零、部件結構形式各不相同，但在計算機上進行三維實體造型有一些規律可循，一般過程如下：創建草圖→根據零件的基本特征和附加特征生成零件的三維模型→依照裝配關系裝配零部件→形成整機裝配仿真。
1.1 三維造型應用軟件和基本方法
世界上著名的幾家公司的三維CAD軟件產品，如Pro/Engineer、UG、I-DEAS、Solidworks、MDT等，在主要工程機械企業中都已采用。無論采用那家的三維CAD軟件，都可以較好地完成挖掘機零部件的三維造型，三維造型時常用以下方法：
（1）對形狀比較規則的簡單零件，利用三維軟件自帶的標準幾何體（方形、圓柱、圓管、圓錐和球、溝槽）庫，直接生成零件實體，如方板、光軸、軸套等。
（2）繪制最能反映零件基本特征的幾何草圖，經拉伸、旋轉生成三維實體。
（3）沿路徑配置的二維幾何圖形經掃描，蒙皮生成曲面形實體。
（4）從草圖入手建模 設計者根據設計的要求用手勾畫出理想的結構形狀，然后 賦予每一條曲線以尺寸約束或幾何約束，使曲線按照設計者的意圖去更新交換，生成參數化特征的實體建模。從草圖入手建模很容易實現參數化、標準化、系列化設計，是挖掘機最理想的建模方式。
（5）利用三維實體間的布爾運算（交、并、補），將多個簡單零件組合成一體，生成新的實體等等，且生成的實體模型均采用參數化特征造型。
1.2 挖掘機金屬結構的三維造型
一臺液壓挖掘機的零部件有一千多個，全部采用三維造型設計工作量很大。實際設計挖掘機時，也可以只制作與整機外形仿真、運動分析有關和影響主要性能的金屬結構件、標準件、司機室和機罩等。
挖掘機三維造型設計的關鍵是金屬結構件的三維造型，如動臂、斗桿、鏟斗、回轉平臺、回轉支承、行走機構和行走架等，這些金屬結構件都是由多個零件焊接成形，結構較為復雜。如動臂本體由上板、下板、側板、加強筋板、連接耳板和軸套等十多個零件焊接而成，這些單個零件結構一般比較簡單。設計者根據零件的具體結構畫出反映零件特征的二維草圖，草圖一般由直線、多邊形、圓弧線和圓等構成封閉的圖形。將二維截面草圖進行拉伸、旋轉、放樣、倒角，生成三維圖形。最后將這些零件組裝并通過布爾運算等操作，形成動臂的三維實體模型。其它結構件制作方法類同，圖1、圖2和圖3為挖掘機動臂、平臺和行走架本體的三維實體造型。

三維造型最好采用參數化的草圖建模方法，這樣可以方便地實行零件的修改及變形設計，只要發現某一尺寸和結構不合理，可以容易地修改。而且可以通過尺寸等修改形成其它挖掘機的建模，無須重新建模，為以后其它挖掘機的設計建模打下基礎。零件模型不僅包含零件的幾何信息，還包含材料、名稱、精度等物理信息。就可被后續的質量特性計算、動靜干涉檢查、有限元分析、結構優化、系統動力學、圖面繪制及制造等工作所共用。
挖掘機外觀造型設計十分重要，是吸引用戶非常重要的一個方面。駕駛室、配重、柴油箱、液壓油箱和機罩等都采用曲面流線型設計，駕駛室寬敞、視野良好，造型新穎。整個外形設計應給人一種賞心悅目的感覺。圖4為駕駛室的三維造型。

1.3 挖掘機配套件的三維造型
挖掘機的配套件主要有：柴油機、液壓缸、馬達、閥組、減速器和回轉支承等，都由專業配套廠制造，一般只提供安裝與連接尺寸圖紙和外輪廓簡圖。準確的配套件三維造型無法構造。一般把配套件作為一個整體，只對連接與安裝位置的精確建模，其他部分只作外輪廓造型。挖掘機采用的液壓元件外形輪廓比較規則，三維建模比較簡單。但柴油機外形復雜，可以采取簡化外形結構建模，對可能涉及與其它零部件交叉安裝的空間干涉部分進行處理。也可以從配套件廠家索取配套件的三維造型，直接用于裝配。
1.4 挖掘機部件與整機的三維造型
完成了所有零件的三維實體造型之后，就可以進行部件與整機的裝配仿真。整個流程先從零件到部件，再從一級部件到總成，再往上直到整機。即采用自下而上的倒樹狀層次結構法，各級部件通過引用一系列下級零部件模型組裝而成，它不僅描述一個部件與下級零部件之間的裝配從屬關系，同時也記錄所屬下級零部件之間的裝配定位關系。
整車裝配盡量與車間實際裝配過程一致，首先將行走架本體定位，在行走架上安裝四輪一帶、行走減速器和行走馬達等，形成行走裝置總成。然后再安裝平臺本體，在平臺本體上安裝回轉機構、柴油機、液壓油箱、柴油箱、司機室、閥組、和工作裝置等。生成挖掘機整機三維造型，如圖5所示。

三維實體模型通過高級渲染就可以繪出具有真實感的挖掘機產品和部件效果圖，可以用于制作挖掘機產品樣本、對外宣傳推廣產品，避免了過去等樣機制造出來后才能推廣的弊端，加快了新產品的市場拓寬時間，提高產品的市場競爭能力。

2 干涉檢查和運動仿真
在挖掘機新產品開發過程中，在投料加工之前利用計算機進行裝配仿真，可以發現零、部件設計上的尺寸干涉和結構不合理，及時糾正設計中的不足，避免實際制造中出現問題，造成浪費和損失。
挖掘機設計不僅需要產品設計尺寸正確無誤，還需要設計合理、結構性能好，以保證挖掘機在運動過程中不發生干涉，使用安全可靠。利用已完成的挖掘機三維模型，給出液壓缸運動的約束條件，并施加作用力，進行二維或三維運動分析，可以分析機構最小距離、每個挖掘位置的挖掘力、位移、速度、加速度和和功率等參數。繪制運動軌跡包絡圖，從而分析工作范圍的大小和挖掘性能的好壞。裝配仿真技術可以從靜態角度保證設計尺寸的正確性，機構運動仿真則從運動角度保證設計的合理性和可靠性。在設計階段把許多原本要在樣機試驗時才能發現的問題一一加以解決，從而為企業帶來實實在在的技術經濟效益。