CATIA V5三维标准件库的创建与应用

2016-11-11 by:CAE仿真在线来源:互联网

1 引言

随着我国制造业数字化进程的不断推进,飞机产品设计已经全面进入3D设计的数字化时代,各种3D设计软件越来越成熟和多样化。目前航空产品广泛采用CATIA软件进行数字化定义与设计,其标准件零件库的开发已成为实现产品数字化定义与数字化装配技术的重要基础。为了满足产品研发的需要,适应企业内部实现网络化、数字化和无纸化设计的迫切需求,创建满足企业使用的CATIA三维标准件数据库是十分必要的。通过该数据库的创建和应用可在企业内部实现一次建模、重复使用,达到充分共享和高效利用公共资源的目的。

2 标准件库的构成与特点

我所开发的标准件库应用系统由服务器端的三维标准件图形库和客户端的标准件调用软件构成。服务器端图形数据库中的标准件三维实体模型是根据企业实际需求,在CATIA V5软件环境下创建的,其存储格式为CATPart(零件)或CArIProduct(组件)文档。数据库中的标准件按类别和层次分解成树状结构,便于使用和维护。客户端的标准件调用和维护管理软件可根据企业需求单独开发,也可在CATIA的Catalog功能基础上进行少量的二次开发或直接使用CATIA的Catalog功能。具体采用的方式根据企业的实际情况决定。

标准件库应用系统以WINDOWS中文系统和CATIA V5软件为操作平台,且与CATIA V5软件直接集成,其主要特点如下:

a.在CATIA V5装配设计环境中实现对于特定类别与规格的标准件的调用;

b.友好的全中文化人机界面,各类标准件具有直观的三维预览图标,界面清晰、使用方便、操作简单;

c.分类清楚、规格齐全、标注规范、检索快捷、调用实时便捷;

d.采用参数化设计手段,占用存贮空间小;

e.具有开放性的接口,扩充容易,维护方便。只要补充相关的标准件,就可以满足企业不同时期的使用需求。

3 标准件库的创建

3.1 前期准备工作

为了缩短数据库开发周期,首先应对企业使用的标准件进行清理、分类,必要时应征求产品开发人员的需求意见,确定数据库结构框架和标准件清单。同时开发组还应进行任务分工,制定建库计划,以保证建库工作的顺利进行。

此外,如要单独开发调用程序和数据库维护管理程序,还应根据企业实际情况编制软件需求报告和开发计划。需求和计划应保证标准件库应用系统功能的实用性,同时控制开发风险,为软件开发的顺利进行和标准件库应用系统按期交付使用提供保障。

3.2 参数化标准件三维实体模型的创建过程

开发该标准件库的大部分工作是创建各类标准件的参数化三维实体模型。首先在CATIA V5环境中对各类零部件进行实体建模,在建模过程中引入参数变量,并对实体模型的尺寸元素逐个加以约束,然后按照标准文本创建设计表、验证模型及其尺寸参数的正确性、最后将创建好的参数化模型导人数据库应用系统。这样,设计人员便可在CATIA V5软件环境下通过调用程序方便快捷地对标准件库进行检索、浏览和调用了。

3.2.1 实体建模

实体建模就是用CATIA V5软件的各个功能模块将标准件设计成三维实体模型(如图1所示)。这些实体模型实际上就是CATIA V5中的CATPart(零件)或CATProduct(组件)文档。为了实现参数化,建立标准件的实体模型时需要根据标准引入参数变量(如图2所示),并对实体的各尺寸元素逐个定义几何约束关系(如图3所示)。在定义约束关系过程中应使约束关系尽量优化,避免出现重复的过约束情况或遗漏必要的函数关系。

图1 标准件实体模型

图2 引入参数变量

图3 对各元素定义几何约束关系

3.2.2 参数化

CATIA V5软件提供了参数化的零件库设计手段。参数化设计是指系统通过尺寸驱动的方式,以独立的几何约束条件和简单的等式,寻找特定的解决方案。CATIA V5中的参数化设计是指系统在一个实体模型基础上按即定的几何约束关系生成一系列具有相同或相似几何特征的三维实体模型。参数化设计的优点是以后面要创建的设计表中的尺寸值来控制几何模型,利用CATIA V5软件创建实体模型时应参照标准不同的几何特征对各实体元素建立独立或相关的几何参数和约束关系,这些参数所控制的几何特征的相对位置是确定的,但参数的数值可以改变,这样生成一系列不同规格的标准件实体模型。

标准件的三维实体建模,要求对这些实体模型进行优化的参数化设计。根据实体的外形、尺寸(直径、长度、角度)等来选择适当的参数变量。按此要求设计出的实体才能适用于每组不同的参数值。CATIA V5中的实体模型由系统特定的关键字来描述控制,这些关键字包括实体类型、直径、长度、角度等。将这些关键字用参数变量或根据约束关系生成的表达式来表达,这个过程就是参数化。参数化定义的图形是完全受约束的,参数化的设计方法更适合于标准件这类设计过程和目标比较明确的零件。

3.3 创建设计参数表

CATIA V5的设计参数表给我们提供了一种快速创建三维标准件实体的方法和工具。同一系列标准件的区别可能仅仅在于它们之间的参数值不同(对大部分标准件而言是这样的,只有少数标准件可能因规格变化,其几何特征有所不同)。对同一系列的标准件需要建立一个设计参数表(Design Table),如图4所示,再根据系统提示将之前定义的有效独立变量添加为将要建立的Excel数据表的列参数,如图5所示。然后用Excel表格处理软件生成数据表(如GB931.xls),通过这个数据表产生CATIA文档的外部数值。在数据表的首行对参数变量进行定义,数据表的每列代表CATIA文档的某些属性,如标记示例代表文档名称和编号,其它列是与文档中各参数(独立关键字)相关联的参数变量名。数据表的每行代表一组区别于同一类零件不同规格的尺寸参数和标识(如图6所示)。

图4 创建设计参数表

图5 添加外部数据表列参数

图6 生成设计参数表数据

3.4 参数化标准件模型的入库

保存前面所做的工作,至此,一个参数化标准件三维实体模型的创建过程已基本完成。为了保证实体模型的正确入库,在完成参数化实体建模后,应参照标准文本校验模型的正确性和系列尺寸可驱动性(如图7所示)。如果在校验过程中发现实体模型有误,可回到Sketcher或实体状态对其进行修改,直至与标准一致。最后的工作是用数据库维护和管理程序对参数化标准件实体模型进行入库。这样只要在客户端安装标准件库调用软件,便可在CATIA V5环境下方便地调用库中的标准件实体模型,共享该标准件数据库中的模型信息资源。

图7 参数化标准件实体尺寸驱动

4 标准件库的使用和维护

我所开发的CATIA三维标准件库应用系统包括了现阶段我所常用的典型标准件三维数字化实体模型,已广泛地应用于各类产品的设计建模工作中。通过网络,设计人员可以实时便捷地得到所需的三维标准件图形,极大地减少了设计过程中重复创建标准件模型或对不同装配状态的标准件模型所进行修改的工作量,快速实现对飞机各零件的连接与协调,大大减少了制造过程中的不合格品率,避免由此造成的巨大浪费。

在提供给设计使用的同时,我们很注重收集各方面的使用反馈意见,及时地修正和完善该标准件库应用系统的不足之处,及时补充新的标准件模型,逐步丰富和完善调用软件的功能特性。同时做好数据库的维护管理工作,以便更好地满足设计使用需要,为提高设计和协调效率及企业的标准化水平服务。

5 意义与作用

标准件在飞机的设计和生产中具有重要的作用,合理地采用标准件可以减少设计和生产工作量,缩短研制周期,降低研制风险,提高飞机的可靠性、维修性,提高飞机的“三化”水平。随着设计手段和生产工艺水平的不断提高,异地无纸设计生产是未来飞机设计生产的发展方向。由于异地无纸化设计的基础是三维数字产品定义,所以三维标准件库就成为三维产品数字化定义中重要的组成部分。

标准件库系统的创建和使用,免去了工程技术人员在设计过程中创建标准件三维模型的工作,为产品研制三维建模、二维发图和实现数字化预装配及协调提供了极大的方便。该标准件库在三维数字产品定义的设计工作中实时便捷地向设计人员提供实体了标准件与标准相关方面的技术信息,保证了设计人员在计算机上能快速完成各零件的连接与协调,为方便设计员开展飞机数字化设计和协调,全面实现电子样机打好了基础。

标准件库系统的全面应用大大减少了设计人员设计工作量和设计时间,对于提高工程设计质量,有效利用人力资源,提高设计人员的工作效率,缩短整个产品的研制周期,有效降低设计成本,具有重要的应用价值。同时对提高企业的CAD技术水平创造了良好的技术基础条件,对信息技术下的标准化工作有着积极的影响和推动作用。

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