基于CATIA平臺(tái)的Framework裝配技術(shù)

母德強(qiáng), 王 可

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130012)

0 引 言

產(chǎn)品從概念到生產(chǎn)離不開(kāi)設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié),無(wú)論是大型還是微型產(chǎn)品在生產(chǎn)前均要有確定的圖紙和模型。包含兩個(gè)或兩個(gè)以上組件的產(chǎn)品就需要裝配。完成一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品的裝配需要大量的時(shí)間,若進(jìn)行家族化系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或者設(shè)計(jì)變更,繁瑣和重復(fù)的工作使裝配設(shè)計(jì)的效率很難提高。CATIA V5作為一款三維設(shè)計(jì)軟件,部件裝配是其最基本的也是最具優(yōu)勢(shì)和特色的功能模塊,包括創(chuàng)建裝配體,添加指定的部件或零件到裝配體,創(chuàng)建部件間的裝配關(guān)系,移動(dòng)和布置裝配成員,生成產(chǎn)品的爆炸圖,裝配干涉和間隙分析等主要功能,其強(qiáng)大的建模能力,可以多種模塊融合,具有擴(kuò)展和二次開(kāi)發(fā)的功能,被應(yīng)用在機(jī)械、電子、汽車、航空等領(lǐng)域,成為當(dāng)今主流的三維開(kāi)發(fā)工具[1-3]。

1 Framework方法裝配的原理

目前裝配技術(shù)的主要研究方向:裝配的設(shè)計(jì)DFA、快速設(shè)計(jì)、裝配的約束方式、裝配順序、裝配路徑規(guī)劃等[4-6]。CAD平臺(tái)中的裝配方法很多,Framework方法是以快速裝配為指導(dǎo)思想,在CATIA V5的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,利用軸線(Axis)、定位面(Position Plane)和旋轉(zhuǎn)面(Rotation Plane)3種幾何特征為骨骼構(gòu)建出產(chǎn)品裝配的整體框架,并定義該框架為Framework,通過(guò)單一的約束指令,重合約束(Coincidence)將所有的組件如同擺放展品一樣,放置在預(yù)先構(gòu)建的Framework上,配合約束實(shí)現(xiàn)裝配。復(fù)雜產(chǎn)品的裝配分為N級(jí)裝配,即一個(gè)主裝配(TOP Assembly)和N個(gè)次級(jí)裝配(SUB Assembly)。主裝配需要一個(gè)整體的Framework(MASTER Framework),而次級(jí)裝配需要局部的Framework(SUB Framework)。利用局部的Framework完成次級(jí)裝配,并將該次級(jí)裝配作為一個(gè)組件,裝配到整體的Framework上,因此,需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)Framework,分主次級(jí)進(jìn)行裝配,如圖1所示。

圖1 Framework法裝配規(guī)則圖

Framework定義的各個(gè)組件的位置不因組件的改變和缺失而改變,如果需要改換的部件位置發(fā)生變化,那就需要更改Framework中定義的幾何特征,并進(jìn)行框架的局部修改。在需要改換的部件位置不變的情況下只需通過(guò)CATIA V5的組件替換命令和修改重合約束對(duì)象的命令即可,從而實(shí)現(xiàn)快速裝配。但Framework方法的使用要遵循以下的規(guī)則:第一,MAST ER Framework必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。第二,必須保證SUB Framework在MASTER Framework中的定位。第三,每個(gè)組件均包含在Framework中,并有定位。第四,裝配所需約束僅以重合約束的單一形式出現(xiàn)。

2 Framework裝配的實(shí)現(xiàn)方式

2.1 產(chǎn)品組件裝配特征定義

運(yùn)用Framework方法,首先要考慮各個(gè)組件的裝配特征。運(yùn)用CATIA V5裝配模塊中Publication命令將組建預(yù)先定義的3個(gè)幾何特征發(fā)布出來(lái),待裝配使用,所有的組件統(tǒng)一用Axis,Position plane和Rota plane定義幾何特征。幾何特征的名稱以方便辨別為原則自行定義,幾何特征通常利用兩個(gè)平面和一個(gè)軸線定義,也有利用一個(gè)位置平面和兩根軸線定義,下面以LINK和BOLT為例,介紹各個(gè)組件的裝配特征,如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品組件兩種裝配特征定義

圖2中BOLT和LINK需要定義的裝配特征均被列在constraint condition的幾何圖集中,其中,BOLT的position plane,rotation plane,axis和LINK的position plane、兩條axis通過(guò)publication命令被發(fā)布出來(lái),供以后的裝配使用[7]。

2.2 裝配組件的具體方法

以LINK ASSY為例進(jìn)行裝配,首先要?jiǎng)?chuàng)建MASTER Framework,這需要2D的裝配圖指導(dǎo),如圖3所示。

圖3 LINK ASSY的2D裝配圖

建立的方法是在CATIA中新建一個(gè)PART,將名稱定義為MASTER Framework,然后通過(guò)點(diǎn)線面等幾何特征及2D圖上標(biāo)明的各個(gè)組件具體位置來(lái)創(chuàng)建整體的Framework(MAST ER Framework),如圖4所示。

圖4 整體的Framework(MASTER Framework)

在LINK ASSY的2D圖中確定了BOLT和LINK的相對(duì)位置,將3個(gè)組件的position plane設(shè)置為同一平面。BOLT作為一個(gè)回轉(zhuǎn)體,需要旋轉(zhuǎn)面約束其旋轉(zhuǎn)角度,由于該例中的BOLT是沿軸線完全對(duì)稱的,所以沒(méi)確定具體的旋轉(zhuǎn)角度,其裝配軸線分列兩邊。LINK的兩軸線和兩個(gè)BOLT的軸線是同一軸線。如此建立MASTER Framework。

定義完裝配特征的各個(gè)組件如圖5所示。

圖5 定義完裝配特征的各個(gè)組件

將定義完裝配特征的各個(gè)組件和MASTER Framework一并插入到Production中,通過(guò)MASTER Framework中幾何參數(shù)和各個(gè)組件的幾何參數(shù)相匹配,先對(duì)MASTER Framework進(jìn)行固定組件約束,然后利用重合約束(Coincidence)完成裝配設(shè)計(jì),如圖6所示。

圖6 利用Framework裝配結(jié)果

將每個(gè)組件中發(fā)布的3個(gè)幾何特征和MAST ER Framework中發(fā)布的幾何特征對(duì)應(yīng)起來(lái),用重合約束(Coincidence)進(jìn)行裝配,刷新后完成裝配任務(wù)[8]。

3 結(jié) 語(yǔ)

Framework方法對(duì)于單一型號(hào)的簡(jiǎn)單產(chǎn)品,其裝配速度優(yōu)勢(shì)可能不明顯,但對(duì)于設(shè)計(jì)變更和開(kāi)發(fā)家族化系列產(chǎn)品時(shí),其重復(fù)利用率高,避免了重復(fù)裝配設(shè)計(jì),縮短了工作時(shí)間,提高了裝配設(shè)計(jì)的效率。該方法可用于機(jī)械、汽車、航天等領(lǐng)域。其進(jìn)一步的研究工作將從組件裝配特征定義方式的標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化Framework創(chuàng)建方法著手,使裝配設(shè)計(jì)更加快速化、合理化、智能化。

[1] 李 原,彭培林,邵 毅,等.基于CATIA標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和圖形學(xué)學(xué)報(bào),2005,17(8):1873-1877.

[2] 潘志毅.基于特征聯(lián)系的CAD快速建模[D]:[碩士學(xué)位論文].南京:南京航空航天大學(xué),2005.

[3] Lee H R,Gemmill D D.Improvedmethodsofassembly sequence determination for automatic assembly systems[J].European Journal of Operational Research,2001,131:611-621.

[4] 馮毅雄,譚建榮,伊國(guó)棟,等.基于符號(hào)的裝配建模方法研究[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2003,15(6):673-679.

[5] Gardan Y,Minich C.Feature-based models for CAD/CAM and their limits[J].Computers in Industry,1993,23:3-13.

[6] 劉春陽(yáng),勾志踐.六方體機(jī)械方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,28(1):118-120.

[7] 鄧冬梅,周來(lái)永,陳 功,等.基于CATIA的組件庫(kù)建庫(kù)工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,35(1):138-141.

[8] 張?jiān)罘?王 飛,吳義忠.支持產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的可重用組件庫(kù)的研究與開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2003,20(13):56-58.