基于CATIA V5的汽車標(biāo)準(zhǔn)件庫建立與應(yīng)用

管月芹蘇洋

（1.長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心；2.唐山市開灤一中）

由于汽車產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的差異，每輛汽車上所用的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量在3 000～5 000件，品種可達(dá)約400種。在汽車產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計階段，汽車公司傳統(tǒng)的做法是由產(chǎn)品設(shè)計者負(fù)責(zé)其所用到的標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計，所以各整車項目在設(shè)計過程中，出現(xiàn)不同的設(shè)計人員多次重復(fù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件建?，F(xiàn)象，設(shè)計周期長且標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)混亂無序。基于以上問題，立足于公司內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計管理的全局性和長遠(yuǎn)性，文章提出基于CATIA V5建立汽車標(biāo)準(zhǔn)件庫，解決了標(biāo)準(zhǔn)件重復(fù)設(shè)計的問題，經(jīng)過驗證，達(dá)到預(yù)期的效果。

1 設(shè)置CATIA知識工程的環(huán)境

基于CATIA V5建立標(biāo)準(zhǔn)件庫，需使用CATIA知識工程的參數(shù)、方程及設(shè)計表，首先應(yīng)對特征樹的顯示狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置[1]。

1.1 設(shè)置參數(shù)在特征樹的顯示狀態(tài)

選擇菜單“工具”→“選項”，彈出圖1所示對話框。

圖1 設(shè)置參數(shù)在特征樹的顯示狀態(tài)

在該對話框左側(cè)特征樹上選擇“參數(shù)和測量”，單擊“知識工程”選項卡，該選項卡分4欄。

1）“參數(shù)樹型視圖”欄。若“帶值”切換開關(guān)為開，參數(shù)值顯示在特征樹上；若“帶公式”切換開關(guān)為開，方程公式顯示在特征樹上，如圖2所示。

圖2 特征樹上“參數(shù)”及“關(guān)系”節(jié)點(diǎn)顯示界面

2）“參數(shù)名稱”欄。若“由符號`包圍”切換開關(guān)為開，參數(shù)需要用引號括起，其中非拉丁字母的參數(shù)名稱必須用引號括起，如圖2所示。

3）“零部件上下文中的關(guān)系更新”欄。建議選擇打開“同步關(guān)系的創(chuàng)建”開關(guān)。

4）“設(shè)計表”欄?？梢赃x擇設(shè)計表的自動同步更新模式。

1.2 設(shè)置實體模型特征樹的顯示配置選項

選擇菜單“工具”→“選項”，在彈出的對話框左側(cè)路徑樹上選擇“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”→“零部件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”，單擊“顯示”選項卡，如圖3所示。

圖3 設(shè)置實體模型特征樹的顯示配置選項

在“在結(jié)構(gòu)樹中顯示”欄中，若“參數(shù)”切換開關(guān)為開，實體模型參數(shù)顯示在實體特征樹上；若“關(guān)系”切換開關(guān)為開，實體模型的方程、檢查或規(guī)則等關(guān)系顯示在實體特征樹上，如圖2所示。

1.3 設(shè)置裝配體模型特征樹的顯示配置選項

選擇菜單“工具”→“選項”，在彈出的對話框左側(cè)路徑樹上選擇“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”→“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)”，單擊“自定義樹”選項卡，進(jìn)行結(jié)構(gòu)樹的定制。

在“樹的定制”欄，若“參數(shù)”開關(guān)激活顯示“是”，裝配模型的參數(shù)顯示在特征樹上；若“關(guān)系”開關(guān)激活顯示“是”，裝配模型的關(guān)系式顯示在特征樹上。

2 標(biāo)準(zhǔn)件庫創(chuàng)建及調(diào)用的工作思路

2.1 創(chuàng)建CATIA標(biāo)準(zhǔn)件庫

2.1.1 定義參數(shù)

對于要構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)件，首先應(yīng)分析其結(jié)構(gòu)特征，提取模型構(gòu)建需要的特征參數(shù)，進(jìn)行用戶參數(shù)定義。此步驟是下一步參數(shù)化建模的基礎(chǔ)。

2.1.2 參數(shù)化建模

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。查閱汽車標(biāo)準(zhǔn)件手冊[2]1-593或系列零件圖紙，明確標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)尺寸，針對各結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行公式編輯，即可輕松實現(xiàn)參數(shù)化建模。

2.1.3 創(chuàng)建設(shè)計表

設(shè)計表（Design Table）是產(chǎn)生和管理系列零件的工具，設(shè)計表功能需要MicrosoftExcel支持。

標(biāo)準(zhǔn)件系列零件具有類似的結(jié)構(gòu)和相同的參數(shù)，只是零件的參數(shù)值不盡相同，設(shè)計表的目的是通過外部參數(shù)數(shù)據(jù)控制幾何形狀。例如螺母系列，其參數(shù)定義為螺母直徑、孔徑、厚度及螺紋類型等。設(shè)計表中每一列包括一個特征參數(shù)值，每一行對應(yīng)一個螺母規(guī)格零件，整個表對應(yīng)一個系列螺母。

生成設(shè)計表[3]的途徑有2種：一種是通過已經(jīng)存在的Excel文件產(chǎn)生參數(shù)表；另一種是從現(xiàn)有參數(shù)產(chǎn)生參數(shù)表。文章推薦采用第1種方法，即在外部事先創(chuàng)建好Excel參數(shù)表的方法。

2.1.4 建成Catalog標(biāo)準(zhǔn)件庫

設(shè)計表創(chuàng)建之后建立Catalog庫。在“文件”→“新建”中選擇“Catalog Document”，點(diǎn)擊“確定”。在彈出的新工作界面點(diǎn)擊“添加零件系列”按鈕，彈出“零件系列定義”對話框，如圖4所示。然后點(diǎn)擊“選擇文檔”按鈕，將之前保存的“.CATPart”數(shù)模文件打開，則完成數(shù)據(jù)的導(dǎo)入[4]。

圖4 “零件系列定義”的對話框

2.2 數(shù)據(jù)調(diào)用

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，有標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)需求時，在CATIA軟件Product模塊中，選擇“庫文件瀏覽器”按鈕，導(dǎo)入已建好的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)，便顯示出零件庫，可從庫中選擇自己需要的零件模型，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)的調(diào)用。

3 標(biāo)準(zhǔn)件庫建立及應(yīng)用的實例解析

汽車企業(yè)中使用的標(biāo)準(zhǔn)件大多為汽標(biāo)件[2]1-593（Q類）、少部分為國標(biāo)件（GB類）和企標(biāo)件（即企業(yè)內(nèi)的非標(biāo)通用緊固件），產(chǎn)品主要涉及螺栓、螺釘、螺母、墊圈及環(huán)箍等。文章以汽標(biāo)件Q150B六角頭螺栓[2]59-64常用規(guī)格系列為例，介紹標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立及數(shù)據(jù)調(diào)用方法。

3.1 定義參數(shù)

選擇菜單“文件”→“新建”，在隨后彈出的建立新文件的對話框中選擇“Part”，進(jìn)入“零件設(shè)計”模塊，或者選擇菜單“開始”→“機(jī)械設(shè)計”→“零件設(shè)計”進(jìn)入。

圖5 Q150B螺栓的各參數(shù)建立顯示界面

3.2 建立螺栓的數(shù)據(jù)模型

3.2.1 定義螺紋半徑的公式

圖6 Q150B螺栓半徑公式編輯顯示界面

3.2.2 定義螺栓長度的公式

圖7 Q150B螺栓的長度尺寸選擇“編輯公式”顯示界面

3.2.3 定義六角頭對邊距離的公式

3.2.4 定義螺栓六角頭厚度的公式

退出草圖，利用“凸臺”功能拉伸正六邊形，用定義螺栓長度的方法定義六角頭厚度的公式為K_m ax_head_dept h。

3.2.5 定義螺栓六角頭頂部的圓錐面

圖8 Q150B螺栓頭部切槽用三角形編輯顯示界面

3.2.6 定義螺栓頭下圓角半徑的公式

3.2.7 定義螺栓末端倒角寬度的公式

至此，螺栓實體參數(shù)化模型建立完畢。

3.3 生成設(shè)計表

圖9 Q150B螺栓常用規(guī)格參數(shù)表顯示界面

CATIA V5可以通過知識功能中的函數(shù)公式功能實現(xiàn)表格參數(shù)與實體模型中約束參數(shù)的實時聯(lián)動，但是實現(xiàn)實時聯(lián)動的前提是：驅(qū)動表格中的參數(shù)代號和類型必須與實體模型中約束參數(shù)的代號和類型保持嚴(yán)格的對應(yīng)。

隨后彈出是否自動關(guān)聯(lián)的詢問框，選擇“是”，響應(yīng)“想要自動將設(shè)計表的列與同名模型的參數(shù)關(guān)聯(lián)嗎？”提示，即可在CATIA V5中得到螺栓設(shè)計表，如圖10所示。

圖10 CATIA V5中Q150B螺栓設(shè)計表顯示界面

這時，在特征樹上產(chǎn)生了“設(shè)計表”特征，其包含在“關(guān)系”節(jié)點(diǎn)內(nèi)，如圖2所示。雙擊“設(shè)計表”特征，進(jìn)入設(shè)計表配置對話框，選擇不同的行，定義的參數(shù)值隨之改變，單擊“應(yīng)用”按鈕，螺栓的幾何模型將隨之更新。至此，實現(xiàn)了螺栓系列化設(shè)計。

3.4 建成Catalog標(biāo)準(zhǔn)件庫

完成以上步驟后，進(jìn)入最后的Catalog標(biāo)準(zhǔn)件庫建立環(huán)節(jié)。點(diǎn)擊新建按鈕，選擇“Catalog Document”確定后進(jìn)入新的工作界面。點(diǎn)擊“添加零件系列”按鈕，彈出“零件系列定義”對話框（如圖4所示），點(diǎn)擊“選擇文檔”按鈕，將之前保存的螺栓模型.CATPart文件打開。

數(shù)據(jù)被導(dǎo)入后，右鍵點(diǎn)擊“零件系列”，可以進(jìn)行名稱修改重新定義零件名稱，本例將其名稱改為“Q150B”。雙擊結(jié)構(gòu)樹中的“Q150B”，彈出窗口，如圖11所示，“關(guān)鍵字”頁顯示Q150B螺栓零件系列參數(shù)，則成功導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

圖11 標(biāo)準(zhǔn)件庫中Q150B系列各零件顯示界面

保存為Catalog格式文件，里面包含建立的Q150B各參數(shù)規(guī)格零件。

至此，完成標(biāo)準(zhǔn)件庫中Q150B系列產(chǎn)品的建立。后續(xù)按此方法建立其他常用標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品系列的數(shù)據(jù)庫，如 Q184，Q271，Q320……

3.5 標(biāo)準(zhǔn)件庫數(shù)據(jù)的調(diào)用

在CATIA軟件的“裝配設(shè)計”模塊中，選擇“庫文件瀏覽器”按鈕，點(diǎn)擊彈出的文件框右上角的“瀏覽其他目錄”按鈕，選擇之前建好的標(biāo)準(zhǔn)件庫Q150B.Catal og文件，便顯示出Q150B系列零件（如圖12所示），可從中選擇自己需要的零件模型。

圖12 標(biāo)準(zhǔn)件庫中Q150B螺栓選用窗口顯示界面

雙擊選擇需要的規(guī)格，隨后彈出提示窗口，需響應(yīng)是否是所需零件。確定后會繼續(xù)彈出“目錄瀏覽器”數(shù)據(jù)窗口（如圖12所示），供再次選用其他產(chǎn)品，當(dāng)無需再選時關(guān)閉窗口即可。

4 結(jié)語

文章研究了面向汽車產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計與實現(xiàn)，探討基于CATIA V5的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建與應(yīng)用技術(shù)，采用參數(shù)化建模方法，運(yùn)用知識工程模塊實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件系列零件的創(chuàng)建。實踐表明：從標(biāo)準(zhǔn)件庫中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件模型，可避免重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)件建模工作，極大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期的同時避免了標(biāo)準(zhǔn)件重復(fù)建模過程的設(shè)計失誤。另外，應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)件庫，設(shè)計人員也可通過修改一些必要的參數(shù)，從而快速生成非標(biāo)緊固件。

綜上，文章的研究對促進(jìn)信息技術(shù)下的標(biāo)準(zhǔn)化工作和非標(biāo)系列化緊固件（或其他通用件）數(shù)據(jù)庫的項目開發(fā)有著積極的影響和指導(dǎo)作用。