基于CATIA知識工程的艙門參數(shù)化設計及產品庫建立

閆青龍，范春海，楊貝貝，李 培

(江蘇常隆客車有限公司，江蘇 江陰 214400)

目前通過三維軟件設計使得艙門結構能夠更加直觀表現(xiàn)，但是傳統(tǒng)的三維設計需要根據(jù)不同的艙門結構對其一一建模，一套整車艙門設計下來費時費力，不符合現(xiàn)代化設計觀念，亟需一種全新的設計方法。參數(shù)化建模方法因此應運而生，運用建模軟件中的知識工程模塊的特有功能，完成艙門數(shù)模構建，并對其進行參數(shù)化編輯；根據(jù)不同的結構對艙門規(guī)格進行分類匯總，并存入CATIA產品庫中等待調用[1]。艙門設計時只需根據(jù)相關設計要求從艙門產品庫中調用已有模塊，并對其參數(shù)進行修改即可完成所需艙門的設計工作。本文重點論述一種基于CATIA知識工程的客車艙門參數(shù)化設計與產品庫建立的方法，使艙門設計過程簡易化，極大提升設計效率，縮短整車開發(fā)周期[2]。

1 曲型結構的艙門模型構建

1.1 艙門規(guī)格尺寸分析

客車艙門的外門板一般選用3 mm厚5052牌號鋁板，根據(jù)設計需要在門板開出鎖具安裝孔及燈具安裝孔，根據(jù)車艙用途不同，有些還需要開散熱格柵[3]。外門鋁板的加強梁一般由30 mm×20 mm×1.5 mm的矩形鋁管拼焊而成；其鉸鏈安裝預埋板一般設置于艙門上側，并根據(jù)鉸鏈規(guī)格確定焊接位置；其氣彈簧的上安裝支架位于艙門兩側，并焊接于鋁型材加強梁之上。

其中，外門板尺寸會根據(jù)造型以及實際設計需要而改變，一般為矩形，具體尺寸受空間周邊條件的限定；鎖具安裝孔規(guī)格尺寸為固定值，安裝位置根據(jù)側圍骨架鎖止件位置設定。構建門板實體模型時需預設尺寸，然后再根據(jù)設計數(shù)據(jù)進行修改。為方便定位，氣彈簧上安裝支架外側與鋁型材加強縱梁外側保持對齊，距離門板兩側90 mm(該參數(shù)根據(jù)不同車型更改),其中心孔距離艙門上端尺寸為80 mm。鉸鏈安裝預埋板與鋁型材加強梁相連接，距離艙門上端尺寸由鉸鏈規(guī)格確定，一般焊接在骨架內側[4]。

1.2 艙門結構設計參數(shù)化

為使艙門結構建模直觀化、可編輯化，借助CATIA知識工程模塊對艙門進行結構化設計并編輯其參數(shù)，創(chuàng)建參數(shù)公式將結構尺寸與參數(shù)相關聯(lián)，以此來驅動艙門實體結構的特征。本文以某12 m客車駕駛員下艙門為例，分別對艙門外門板、鋁型材、氣彈簧上安裝支架、鉸鏈安裝埋板進行分步實體模型構建以及參數(shù)編輯，并將其作為艙門模板保存到CATIA產品庫中。

1.2.1 艙門外弧面輸入

艙門外弧面由整車造型面設定，不同車型外弧面不同，因此需將外弧面作為變量參數(shù)設定，需創(chuàng)建不同曲線，通過創(chuàng)成式拉伸命令實現(xiàn)曲面創(chuàng)建。在草圖中創(chuàng)建造型外曲線，并對其曲率參數(shù)進行編輯，通過拉伸命令創(chuàng)建造型面，將該面作為艙門外弧面。后續(xù)所有造型線均需投影到該面以完成艙門外弧面的設計，同時將草圖保存，后續(xù)根據(jù)不同車型輸入造型外曲線曲率參數(shù)對其進行替換[5]。

1.2.2 創(chuàng)建艙門參數(shù)與三維特征

1) 進入CATIA知識工程模塊創(chuàng)建相關參數(shù)，門板長度為645 mm，門板寬度為770 mm，門板厚度為3 mm，同時進入零件設計模塊對門板進行實體建模，建立草圖約束尺寸并與前期所創(chuàng)建參數(shù)進行關聯(lián)，將草圖投影到艙門外弧面(造型外表面)，對投影線進行加厚處理，同時創(chuàng)建參數(shù)門板厚度為3 mm，厚度與所設參數(shù)關聯(lián)。至此門板相關參數(shù)及模型創(chuàng)建完畢。

2) 創(chuàng)建鎖孔位置。一般為三角鎖，鎖孔規(guī)格一致，直接創(chuàng)建鎖孔草圖并對其位置進行約束，同時創(chuàng)建鎖孔與門板兩側邊距及鎖孔與門板下側邊距等參數(shù)，將約束尺寸與所創(chuàng)建參數(shù)關聯(lián)，鎖孔位置及規(guī)格創(chuàng)建完成。

3) 創(chuàng)建艙門鋁骨架型材規(guī)格，創(chuàng)建型材截面規(guī)格參數(shù)，并創(chuàng)建草圖截面，對型材邊距進行設置，將尺寸約束與所創(chuàng)建參數(shù)關聯(lián)。鋁骨架型材創(chuàng)建完成[6]。

4) 不同艙門中氣彈簧上支架雖形狀規(guī)格不同，但設計原理相同。為方便后期產品庫搭建，對現(xiàn)有支架進行分析，最終設計出一種通用氣彈簧安裝支架，艙門設計時只需改變其上下位置即可，建立支架草圖，并對其位置進行約束，創(chuàng)建約束參數(shù)氣彈簧上支架中心孔與門板上側距離為80 mm。

5) 創(chuàng)建鉸鏈安裝預埋板，并預先根據(jù)鉸鏈安裝孔進行鉆孔攻絲處理?？紤]艙門所用鉸鏈不同，所需預埋板尺寸不同，為方便后期更改，對預埋板尺寸進行參數(shù)化約束。在預埋板上預設螺紋孔，一般為2個，并對螺紋孔大小及位置進行參數(shù)化創(chuàng)建。

最終完成客車艙門實體參數(shù)建模與三維特征創(chuàng)建[7]，如圖1所示。

圖1 艙門參數(shù)設定與三維模型創(chuàng)建

1.3 創(chuàng)建參數(shù)設計表

對結構參數(shù)以EXCEL表格的方式進行管理[8]。單一模型的導入無法形成產品庫，需要根據(jù)設計對結構參數(shù)進行編輯，創(chuàng)建多組實體模型來組建產品庫，如圖2所示。在表格中添加新列表，在列的首行輸入“PartNumber”，在該列下方寫入產品代號(使用英文小寫字母依次排列)，參照第一組數(shù)據(jù)對剩余數(shù)據(jù)進行編輯，在CAD二維圖紙中構建整車艙門零件草圖，并測量其尺寸，將測量值作為已知參數(shù)填入對應表格中，依次完成整車艙門參數(shù)編輯，最后將表格以默認屬性保存，參數(shù)設計表的創(chuàng)建完成。后續(xù)可根據(jù)不同車型對表格數(shù)據(jù)進行更改，重新保存即可完成新艙門參數(shù)創(chuàng)建工作。

圖2 參數(shù)設計表編輯

2 創(chuàng)建艙門產品庫及調用

完成以上準備工作即可創(chuàng)建艙門產品庫。進入catalog模塊,打開目錄編輯器進入編輯界面，點擊添加零件系列，按照提示步驟點擊選擇文檔，選擇前期所保存的實體模型文件，點擊確定，將所構建的艙門實體模型導入產品庫中，如圖3所示。后續(xù)按照此方式導入不同類型艙門，逐漸擴大產品庫中艙門類型與規(guī)格。對導入模型數(shù)據(jù)進行分類整理，為后續(xù)零件調用提供方便[9-10]。

圖3 產品庫模型預覽

使用CATIA產品庫建立客車新艙門實體模型，可采用兩種方法：一種是直接從產品庫調用相同規(guī)格模型，在結構樹中對模型參數(shù)進行修改；另一種將客車艙門參數(shù)輸入表格中保存，直接調用生成所需新艙門實體模型[11]。這兩種方法改變了以往新建艙門實體模型的方式，不用再單獨建立艙門的三維模型，只需直接編輯艙門參數(shù)就可生成所需新艙門實體模型，給設計工作帶來很大的方便。

如圖4所示，進入CATIA 裝配模塊，選擇工具點擊目錄瀏覽器，選擇艙門類型a、b、c等，根據(jù)設計需要對所選類型中的門板長度、寬度等參數(shù)進行編輯修改，修改完成后實現(xiàn)對產品庫的調用，生成所需艙門實體模型。艙門實體模型作為單獨模型與產品庫隔離，可以在該零件實體模型的基礎上對其進行結構更改、增加格柵等操作，當模型建立完成后另存為模型數(shù)據(jù)使用，不會對產品庫造成影響[12]，或者將其導入產品庫中，方便下次調用。

圖4 產品庫調用

3 結束語

CATIA知識工程模塊的應用，將艙門整體結構模塊化、參數(shù)化，并對不同規(guī)格艙門進行分類保存，存入產品庫使用，當需要進行新艙門設計時，只需從產品庫中選擇，并通過修改相關參數(shù)即可達到設計要求，替代傳統(tǒng)的建模方式，大大提升了工作效率。