基于CATIA的光滑極限量規(guī)計算機輔助設(shè)計

孫立力

【摘 要】隨著科技的不斷發(fā)展，制造業(yè)新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，其中工藝技術(shù)和產(chǎn)品檢測技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域的核心部分。文章基于CATIA平臺，運用工裝快速設(shè)計系統(tǒng)（TDS系統(tǒng)）中的標準件庫建立參數(shù)化模型和知識庫編制光滑極限量規(guī)公差計算程序，并介紹了該軟件的設(shè)計架構(gòu)、用途及優(yōu)點。實例說明：用戶只需輸入被測尺寸的原始值及公差，該軟件便可以自動生成所需量規(guī)的設(shè)計尺寸。

【關(guān)鍵詞】制造;檢測技術(shù);參數(shù)化

【中圖分類號】TG815 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）03-0117-04

0 引言

隨著科技水平突飛猛進，我國作為制造業(yè)大國，從軍用的航空、航天到民用的汽車、船舶、農(nóng)用機械等產(chǎn)品和裝備，制造工藝水平有了很大的提升，同時檢驗技術(shù)也取得了顯著的進步。目前，以機械加工為主的行業(yè)，在專用工裝的設(shè)計方面，通常都采用二維軟件設(shè)計、繪圖、出圖和進行相關(guān)文件的保存管理。常見的軟件有AutoCAD、CAXA電子圖版等國產(chǎn)的CAD軟件，多數(shù)企業(yè)只是借助這些二維軟件進行出圖，沒有更深入地應(yīng)用這些軟件。對于三維設(shè)計軟件，在工裝設(shè)計方面，使用的企業(yè)較少，沒有真正實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計的作用。

光滑極限量規(guī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、結(jié)果可靠的量具，可以有效地提高產(chǎn)品批量生產(chǎn)的效率，應(yīng)用十分廣泛。但光滑極限量規(guī)傳統(tǒng)的設(shè)計方法，重復(fù)性勞動較多，費時易錯。因此，本文以CATIA為平臺，運用TDS系統(tǒng)中的標準零件庫建立參數(shù)化模型和知識庫編制光滑極限量規(guī)公差計算程序，可以準確設(shè)計出光滑極限量規(guī)，從而大大提高設(shè)計質(zhì)量與效率。

1 光滑極限量規(guī)的設(shè)計要求

1.1 光滑量規(guī)的種類

光滑量規(guī)是控制工件的實際尺寸在極限范圍內(nèi)的工具，即指被測零件為孔、軸、長度、槽寬所用的量規(guī)（塞規(guī)、卡規(guī)、長度量規(guī)、槽寬量規(guī)）的總稱，它只能用來鑒別零件的尺寸，幾何形狀誤差是否處于所規(guī)定的公差帶之內(nèi)，因此它不具備刻度。它對標準或非標準公差均適用。光滑量規(guī)的制造公差遵守泰勒原則，即不超極限設(shè)計。所以，光滑量規(guī)是一種不具備刻度的極限測量工具。一般光滑量規(guī)分為以下3類。{1}工作量規(guī)：生產(chǎn)工人和檢驗人員用來測量零件的量規(guī)。{2}驗收量規(guī)：訂貨方用來驗收零件的量規(guī)。{3}校對量規(guī)：用來檢驗工作量規(guī)和驗收量規(guī)的量規(guī)。

1.2 量規(guī)設(shè)計的原則

量規(guī)的精度比一般產(chǎn)品的精度高一個等級，屬于精密工具，但也會產(chǎn)生制造誤差。因此，為了保證產(chǎn)品的合格率，量規(guī)的設(shè)計與制造必須遵循以下原則。

（1）相似原則：一般情況下，量規(guī)通端的外形應(yīng)設(shè)計成與被測量零件相配合部分的形狀相似，以限制被測量零件的所有部位;量規(guī)止端應(yīng)設(shè)計成與被測量零件成線（或者點）接觸的外形，以達到測量零件的單獨部位。

（2）極限設(shè)計原則：量規(guī)的通端一般設(shè)計為全形量規(guī)，即測量面為面接觸，通規(guī)的尺寸等于被測零件的最大實體尺寸。

（3）止端原則：兩個測量面應(yīng)是點接觸，止端的尺寸等于被測零件的最小實體尺寸。

（4）泰勒原則：在被測零件尺寸有干涉時，量規(guī)的設(shè)計可以偏離該原則，但必須保證被測零件的形狀誤差并不影響配合使用。

1.3 極限量規(guī)的公差分布

1.3.1 孔用量規(guī)制造公差和公差帶的分布

孔用量規(guī)制造公差和公差帶的分布如圖1所示。

1.3.2 軸用量規(guī)制造公差和公差帶的分布

軸用量規(guī)制造公差和公差帶的分布如圖2所示。

1.4 量規(guī)的設(shè)計過程

極限量規(guī)的設(shè)計，首先判斷量規(guī)的類型（軸用、孔用或槽寬用）、明確基本尺寸及公差帶，然后按照以下過程進行計算。

2 光滑極限量規(guī)計算機輔助設(shè)計

2.1 軟件的結(jié)構(gòu)及主要功能

光滑極限量規(guī)計算機輔助設(shè)計軟件，是整個工裝設(shè)計軟件里的一部分，是在對CATIA進行二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，嵌入了TDS系統(tǒng)，形成了一款多功能的完整系統(tǒng)，從極限量規(guī)的類型原則、工作尺寸的設(shè)計、標準的查詢、公差的計算到三維參數(shù)化模型的建立、二維工程圖的驅(qū)動等數(shù)據(jù)處理，完全代替了傳統(tǒng)的人工設(shè)計計算方式。

該軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，相關(guān)模塊主要有知識庫、標準件庫和CATIA工程圖模板;其中知識庫是按航空標準編制，分為孔用量規(guī)、軸用量規(guī)、高度量規(guī)、長度量規(guī)和槽量規(guī)幾大類。

數(shù)據(jù)處理主要是在選定極限量規(guī)的類型前提下提取被測零件的必要的結(jié)構(gòu)尺寸;程序根據(jù)工件基本尺寸和工件上、下偏差值，調(diào)用航空標準（光滑極限量規(guī)公差標準），計算出量規(guī)的結(jié)構(gòu)尺寸值及通端和止端的上、下偏差，從而完成極限量規(guī)整個尺寸的計算部分。

2.2 知識庫設(shè)計

2.2.1 知識庫流程設(shè)計

該軟件設(shè)計程序由知識庫和標準件庫組成。知識庫總流程如圖3所示。光滑極限量規(guī)公差標準是按被測尺寸分段，按被測公差分等級設(shè)計的表格，查詢起來比較麻煩，也容易出錯。因此，利用知識庫本身的特點，將人工進行光滑極限量規(guī)設(shè)計時需要查詢的許多表格采用判斷、循環(huán)的算法嵌套在設(shè)計程序里面，具體體現(xiàn)在子流程里（如圖4、圖5所示）。由于子流程過長，只截取部分流程;軟件系統(tǒng)后臺會自動判斷檢索表中的某一組數(shù)值進行計算。

流程設(shè)計主要依據(jù)數(shù)學(xué)方法——插值法進行程序編制，知識庫里有自帶的程序編制方法，首先按照已知參數(shù)和被求參數(shù)搭建起插值法的結(jié)構(gòu)，然后按光滑極限量規(guī)公差標準中的尺寸段和公差等級將表格中的數(shù)據(jù)嵌套在插值法結(jié)構(gòu)中，完成計算部分的程序。

標準件庫和CATIA工程圖模板是采用CATIA中的參數(shù)化模塊建立的三維數(shù)字化模型庫，同時生成二維工程圖，作為標準的通用模板，通過改變?nèi)S模型的相關(guān)參數(shù)，驅(qū)動模型，可以同步更新相對應(yīng)的二維工程圖，從而實現(xiàn)新的量規(guī)的設(shè)計。

2.2.2 設(shè)計程序的編輯

本程序中所包含的數(shù)據(jù)類型有數(shù)值型和字符型2種，依據(jù)TDS系統(tǒng)本身的計算程序，首先定義所有的變量，并添加屬性，每一個變量由一個或任意多個數(shù)據(jù)組成;再按照之前設(shè)計好的知識庫流程，對每個流程、子流程進行參數(shù)的編輯，賦予相應(yīng)的字符或公式，將紙質(zhì)版的《光滑極限量規(guī)公差標準》表嵌套在相應(yīng)的公式中進行計算;最后計算出光滑極限量規(guī)的公差。

2.2.3 程序的應(yīng)用

本程序適用于GB/T 1800.1和GB/T 1800.2規(guī)定的IT6至IT14級公稱尺寸為0.1～250 mm的孔或軸的量規(guī)及公稱尺寸為0.5～50 mm的槽用量規(guī)的使用、設(shè)計、制造與驗收，也可作為其他類型量規(guī)設(shè)計的參考。

2.3 標準件庫的設(shè)計

由于一般的孔用塞規(guī)、軸用環(huán)規(guī)、槽用量規(guī)、卡規(guī)等外形基本都是相同的，只是名義值及公差不同，因此在TDS系統(tǒng)中將以上幾類量規(guī)標準化。根據(jù)標準，分別按類按尺寸段建立相應(yīng)的參數(shù)化三維模型，并在CATIA工程圖中生成相對應(yīng)的標準的二維工程圖模板;后續(xù)只需更改三維模型的參數(shù)來驅(qū)動二維工程圖，完成量規(guī)的完整設(shè)計。

3 實例操作

3.1 光滑量規(guī)公差計算實例

以某產(chǎn)品上的φ21.06+0.0070孔為例，設(shè)計其專用的光滑塞規(guī)，其具體操作步驟如下。

程序運行時的界面如圖6所示，其中中間部分左邊為整體的設(shè)計流程，右邊為具體的操作界面。首先選擇量規(guī)的計算類型，即塞規(guī)、環(huán)規(guī);其次輸入被測量尺寸及上、下偏差（如圖7所示）;最后輸出結(jié)果，即塞規(guī)的通端、止端尺寸和公差及磨損極限（如圖8所示）。計算結(jié)果可以導(dǎo)出報告及打印。

3.2 光滑量規(guī)繪圖實例

根據(jù)以上計算的塞規(guī)通端、止端尺寸，通過TDS系統(tǒng)中的標準件庫選用相應(yīng)的塞規(guī)三維數(shù)字化模型，只需更改通端（DT）、止端（DZ）的值即可（如圖9所示）;同時，更新CATIA工程圖標準模板中相應(yīng)的二維圖，最終完成該塞規(guī)的設(shè)計（如圖10所示）。

4 結(jié)語

本文基于CATIA的光滑極限量規(guī)計算機輔助設(shè)計，從量規(guī)的公差計算到二維出圖，全部依據(jù)計算機完成，成功實現(xiàn)無紙化辦公;對于剛接觸量規(guī)設(shè)計的人員，其操作簡單可靠，偏于理解原理;按照用戶界面的提示，可以獨立完成光滑極限量規(guī)的設(shè)計計算和繪圖，有效地提高了專用量規(guī)的設(shè)計效率和質(zhì)量;同時，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，可在產(chǎn)品批量生產(chǎn)中被廣泛地應(yīng)用。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]