CATIA參數(shù)化設(shè)計(jì)和零件庫的建立在直升機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃志青

摘 要：直升機(jī)的零部件設(shè)計(jì)需要反復(fù)修改設(shè)計(jì)參數(shù)，在常規(guī)實(shí)體造型中，構(gòu)造的幾何模型具有確定的形狀和尺寸，不能單一地修改某個(gè)參數(shù)而得到新模型，而且修改模型形成的大量過程中文件也增加了工作量。文章以直升機(jī)主減速器過載傳感器支架為例，依據(jù)CATIA P3 V5R18商業(yè)軟件，先進(jìn)行參數(shù)化建模，然后將參數(shù)化的模型作為零件母版創(chuàng)建零件庫。參數(shù)化的模型可以大量減少修改設(shè)計(jì)參數(shù)所耗費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)零件庫的創(chuàng)建也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了效率。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);CATIA;參數(shù)化設(shè)計(jì);零件庫

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）07-094-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.046

直升機(jī)具有不依賴跑道垂直起降、空中懸停、前后左右飛行、超低空飛行等優(yōu)點(diǎn)，是軍民兩用型高科技工業(yè)產(chǎn)品，對(duì)社會(huì)進(jìn)步發(fā)展發(fā)揮了重要作用。直升機(jī)是由成千上萬個(gè)零部件組成的復(fù)雜龐大系統(tǒng)，在這些零部件的設(shè)計(jì)過程中，常規(guī)的實(shí)體造型所構(gòu)造的幾何形體具有確定的形狀和尺寸[1]，即使想要修改一個(gè)尺寸參數(shù)，也只能重新構(gòu)造幾何形體。此外，每修改一次方案保存一個(gè)文件，形成的大量過程中文件也導(dǎo)致查找時(shí)極其不便。這些設(shè)計(jì)過程中重復(fù)而繁瑣的步驟耗費(fèi)了大量的時(shí)間成本。

CATIA是法國(guó)達(dá)索公司開發(fā)的提供PLM應(yīng)用軟件，因其具有模塊功能強(qiáng)大、工作模式轉(zhuǎn)換靈活、設(shè)計(jì)手段豐富簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)[2]，在航空航天[3]、汽車[4]和船舶[5]等高精尖行業(yè)具有廣泛用途。文章通過CATIA P3 V5R18商業(yè)軟件首先對(duì)直升機(jī)零部件進(jìn)行參數(shù)化建模，然后以參數(shù)化的模型為零件母版進(jìn)行零件庫的創(chuàng)建，創(chuàng)建的零件庫可以大幅減輕工程人員的工作量，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

1 建立零件庫

模型的參數(shù)化是建庫的前提，故采用CATIA P3 V5R18對(duì)零件進(jìn)行參數(shù)化建模。進(jìn)行參數(shù)化建模的途徑有兩種：一是利用CATIA的公式、設(shè)計(jì)表功能，建立以設(shè)計(jì)表中尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)的參數(shù)化模型;二是利用CATIA提供的二次開發(fā)接口，使用VB語言建立參數(shù)化模型。最后，將參數(shù)化模型導(dǎo)入目錄瀏覽器保存為.catalog文件即完成庫的建立。

直升機(jī)上傳感器眾多，大部分傳感器都有專用的裝機(jī)支架。文章以直升機(jī)上的主減速器過載傳感器支架為對(duì)象，采用第一種方法進(jìn)行參數(shù)化建模，并最終創(chuàng)建庫文件。創(chuàng)建庫文件的零件系列應(yīng)滿足形狀結(jié)構(gòu)相同而具體尺寸不同的特點(diǎn)，因此對(duì)于直升機(jī)上的零部件來說，不論是非標(biāo)準(zhǔn)件還是標(biāo)準(zhǔn)件，都能通過模型的參數(shù)化和庫的建立來縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

1.1 建立母版模型

先創(chuàng)建零件的三維模型，如圖1所示，該模型作為同類型零件（形狀結(jié)構(gòu)相同、具體尺寸不同）的母版，同類型的其他零件可通過CATIA的尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)來生成。在創(chuàng)建母版的過程中需首先繪制草圖，草圖中的尺寸必須全部約束，不能存在未約束和過度約束的情況。如果創(chuàng)建的模型不能通過一次繪制草圖來生成，則每個(gè)草圖都需要全部約束，且同樣不能存在未約束和過度約束的情況。

1.2 創(chuàng)建變量

創(chuàng)建變量以草圖中所約束的尺寸為對(duì)象，創(chuàng)建變量的目的是為后續(xù)公式和設(shè)計(jì)表的創(chuàng)建做準(zhǔn)備，如圖2所示。

點(diǎn)擊“知識(shí)工程”中的“公式”圖標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中將過濾器類型選擇為長(zhǎng)度，此時(shí)顯示出的參數(shù)就是草圖中的所有尺寸約束。單擊選中某個(gè)參數(shù)，修改該參數(shù)名稱，修改后的參數(shù)名稱可作為最后設(shè)計(jì)表中的參數(shù)名稱，因此修改后的參數(shù)名稱應(yīng)具有唯一、易辨認(rèn)的特點(diǎn)。

1.3 創(chuàng)建公式

創(chuàng)建公式的目的是為了建立草圖中約束與約束之間的數(shù)量關(guān)系，可以使2個(gè)及以上的變量?jī)H由設(shè)計(jì)表中的1個(gè)參數(shù)來控制，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)表，如圖3所示。

點(diǎn)擊“知識(shí)工程”中的“公式”圖標(biāo)，將過濾器類型選擇為長(zhǎng)度，雙擊某個(gè)變量參數(shù)（或選中某個(gè)變量參數(shù)后再點(diǎn)擊右下角的“添加公式”按鈕）進(jìn)入公式編輯對(duì)話框，此時(shí)選中的變量參數(shù)將作為被控制對(duì)象，由其他參數(shù)通過公式來控制值的大小。在彈出的窗口中將中間一列參數(shù)的成員選擇為“長(zhǎng)度”，此時(shí)右邊一列出現(xiàn)的長(zhǎng)度的成員就是草圖中的長(zhǎng)度約束，雙擊選中后表示為把值“賦值”給被控制對(duì)象。結(jié)構(gòu)樹里面出現(xiàn)“關(guān)系”一欄后，表示公式創(chuàng)建成功。

1.4 創(chuàng)建設(shè)計(jì)表

創(chuàng)建設(shè)計(jì)表是以草圖中的約束為對(duì)象，目的是使草圖中的約束數(shù)值大小由設(shè)計(jì)者確定。

首先，在合適的路徑下新建EXCEL表格，表格內(nèi)的第一個(gè)單元格必須是“PartNumber”。然后在第一列/行輸入想要通過設(shè)計(jì)表來確定的參數(shù)名稱（必須與創(chuàng)建的變量名稱一致）并用英文小括號(hào)帶上單位，在第二列/行輸入數(shù)值，結(jié)束后保存。點(diǎn)擊“知識(shí)工程”中的“設(shè)計(jì)表”圖標(biāo)，選擇“從預(yù)先存在的文件中創(chuàng)建設(shè)計(jì)表”，點(diǎn)擊確定后選擇剛保存的設(shè)計(jì)表，如圖4所示，然后將兩列參數(shù)中具有相同名稱的參數(shù)關(guān)聯(lián)起來（將表中的參數(shù)和模型的參數(shù)關(guān)聯(lián)起來）。結(jié)束后點(diǎn)擊應(yīng)用并確定，至此完成設(shè)計(jì)表的創(chuàng)建。創(chuàng)建好后，結(jié)構(gòu)樹的關(guān)系樹下面會(huì)出現(xiàn)所創(chuàng)建的設(shè)計(jì)表。

完成設(shè)計(jì)表的創(chuàng)建后，表示模型的參數(shù)化已完成。相比于常規(guī)實(shí)體造型構(gòu)造幾何形體來說，參數(shù)化模型具有方便、快捷的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者只需在設(shè)計(jì)表中增加一行/列并輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)值，然后在CATIA窗口中選中該行/列再點(diǎn)擊刷新按鈕，新的模型即可生成。若是想輸出可加工的二維工程圖紙，也僅需在預(yù)先創(chuàng)建好的工程圖母版中點(diǎn)擊刷新按鈕，新零件的二維工程圖紙即可生成。這種僅需輸入?yún)?shù)即可得到最終三維零件圖和二維工程圖的方法，可以大大降低工程人員的時(shí)間成本。

1.5 建立零件庫

打開CATIA P3 V5R18，選擇“開始→基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)→目錄編輯器”，編輯好章節(jié)名稱后，選擇“插入→添加零件系列”，選擇剛創(chuàng)建保存的參數(shù)化模型后點(diǎn)擊確定，此時(shí)便把該零件系列添加到目錄庫內(nèi)。點(diǎn)擊“預(yù)覽”可看到該模型的結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊“創(chuàng)成式數(shù)據(jù)”可看到該模型是由設(shè)計(jì)表控制的。把該文件保存后，完成零件庫的建立。

完成庫的建立，即把同類型的零件系列以一個(gè)文件的形式保存。相比于常規(guī)實(shí)體造型構(gòu)造幾何形體來說，庫的建立極大減少了該零件系列在設(shè)計(jì)周期生成的過程中文件數(shù)量，同時(shí)也相當(dāng)于把所有的該零件系列“存檔”，便于使用。

1.6 使用零件庫

選擇“開始→機(jī)械設(shè)計(jì)→裝配設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)裝配體需要調(diào)用該零件系列時(shí)，選擇“工具→目錄瀏覽器”，打開剛保存的零件庫文件后選擇想要的零件，雙擊零件即可插入到裝配體中，至此達(dá)到使用目的，如圖5所示。

2 結(jié)語

直升機(jī)是由成千上萬個(gè)零件組成的龐大系統(tǒng)，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需耗費(fèi)大量的時(shí)間。文章以直升機(jī)主減速器過載傳感器支架為例，通過CATIA P3 V5R18商業(yè)軟件采用參數(shù)化建模和零件庫的建立縮短了研發(fā)周期，同時(shí)該零件系列的庫的建立，極大減少了設(shè)計(jì)中的過程文件，提高了設(shè)計(jì)效率，減少了工程人員的工作量。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙高林，張建平.CATIA參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].大眾文藝，2011（22）：88.

[2] 李晶，杜鋒，肖富陽.基于CATIA軟件對(duì)一種夾套傳熱式配料罐筒體進(jìn)行仿真與分析[J].神州，2012（36）：21-22.

[3] 梁振剛，程學(xué)朋.基于CATIA的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2012（2）：58-60.

[4] 武振鋒，袁玄成，馬寧波.基于CATIA的轎車后保險(xiǎn)杠外板曲面設(shè)計(jì)與質(zhì)量分析[J].汽車技術(shù)，2012（9）：57-60.

[5] 朱曉軍，王鵬，彭飛.船體外形的CATIA建模方法[J].船海工程，2013，42（2）：13-15.