基于CATIA的汽車沖壓模具零件庫研究與實現

徐 靂 于 婧 翟元盛

[摘 要]針對目前國內汽車模具行業用的大型三維CAD軟件自帶零件庫不足的問題,建立一種基于CATIA知識顧問技術的沖壓模具零件庫,設計基于知識的零件模型庫,零件信息數據庫,使用VB構建控制界面,以斜楔零件庫為例驗證該方案實際應用情況。

[關鍵詞]零件庫 參數化 知識顧問 二次開發 CATIA

[中圖分類號]TP391[文獻標識碼]A [文章編號]1007-9416(2009)12-0069-03

為解決目前國內引進的一些大型三維CAD軟件提供的標準件庫資料不全,與國內的設計標準、規范存在差異,不能在企業設計工程中發揮有效作用的現狀,提出了建立三維CAD軟件零件庫的需求。

CATIA系統已成為汽車模具行業的主流CAD平臺,其零件庫的開發已成為數字化產品定義和模具快速設計的關鍵。本文選用VB開發環境下的二次開發方法,將CATIA的庫文件加入程序框架,引用類對象、函數等進行二次開發。VB使用腳本語言,界面友好可滿足功能,且上手快,能夠提高開發效率。

1 零件庫的設計方案

經過分析建立沖壓模具的零件庫主要應具備零件智能設計功能,自動參數化建模,提供各種零件信息,同時界面友好,易于用戶理解。根據上述功能要求,本文所開發的沖壓模具零件庫需進行三部分設計,沖壓模具零件模型,零件信息管理數據庫和用戶交互界面。

設計過程:

(1)在CATIA V5平臺上建立零件、非標準件及斜楔三維零件模型。

(2)提取零件設計與約束信息,在CATIA V5知識工程模塊下編寫零件的知識信息語句,實現零件的參數約束,設計規則檢查,數據更新等智能設計功能,建立零件參數驅動基礎。

(3)建立標準件、非標準件及斜楔零件庫的特征參數數據庫,用于在系統界面中顯示零件的特征參數。

(4)以Visual Basic 6.0作為開發語言,結合CATIA V5軟件的二次開發技術,對前面所建的零件模型在知識工程模塊中進行參數化驅動。

(5)利用Visual Basic6.0分別定制標準件庫、斜楔和非標準件零件庫的用戶界面;開發客戶端沖壓模具零件庫系統,調用ACCESS數據庫實現零件參數的選擇,以上一步編寫的程序驅動零件模型,并通過CATIA V5知識工程模塊實現零件智能設計功能,最終完成沖壓模具零件設計信息查詢、瀏覽,零件參數化模型的下載或者重新生成功能。本文將以斜楔零件為例,零件庫工作流程如圖1。

所謂智能設計是利用CATIA知識功能模塊,將從專家經驗、各種標準、技術規范、數據獲取知識建立規則和約束表示出來,形成推理,使設計者在外部程序中輸入的零件參數在CATIA中生成新的零件模型。

2 零件模型的建立

本文運用參數化和知識的運用來實現零件庫的功能。參數化設計過程限制圖形幾何元素之間的相互位置及連接關系,通過尺寸驅動方式解決問題。由尺寸約束建立的模型受到約束,改變相應的參數,生成新零件模型。同時CATIA提供了運用知識工程的參數化設計手段。知識工程可以把產品的設計知識用知識工程原理表達出來,組成一個產品知識庫,指導設計人員完成產品創新。這兩種技術的結合使用避免了設計中的重復勞動,又使得設計的精度提高。以下將以斜楔為例介紹零件模型建立過程。

(1)創建零件模型:根據沖壓模具標準件手冊,分別對斜楔塊、滑塊、上底座進行設計。在零件建模同時,選擇CATIA的RECORDING MACRO功能,錄制宏文件。用作VB中驅動零件生成的腳本。

三維零件參數化驅動部分代碼如下:

If list1.list(0) = true Then

Dim documents1 As Documents

Set documents1 = catia.Documents

Dim partDocument1 As PartDocument

Set partDocument1 = documents1.Open("F:…模型圖斜楔塊.CATPart")

(2)設立用戶參數:對一個圖形,可能的約束十分復雜,且數量很大,但實際由用戶控制的,即能夠獨立變化的參數一般只有幾個,稱之為主參數或主約束。建立用戶參數與主參數對應,分析兩者之間的關系,并建立公式(Formula)顯式地表達,通過用戶參數控制零件的三維模型。

(3)建立公式:利用公式控制設計對象結構和尺寸,能對企業產品設計進行規范化,并在今后的設計中重用。進入公式編輯區域,在參數列表中選擇要進行約束的參數名,輸入關系表達式。部分公式如下:

PartBodyPad.1Sketch.1Length.8Length=W1

PartBodyPad.1FirstLimitLength=h1

PartBodyPad.2Sketch.6Length.56Length=H1-h1

PartBodyPad.2Sketch.6Offset.119Offset=S1 PartBodyPad.2Sketch.6Angel.118Angel=a

(4)建立規則。在手動輸入斜楔參數時,因為零件參數與數據庫中存在的數據不同,要通過參數驅動生成新零件就要應用知識工程技術的規則。在CATIA V5知識顧問模塊中采用產生式規則,建立斜楔零件的選擇規則和裝配規則,其作用是由規則和外部關聯元素來驅動設計與裝配。以類型選擇規則為例,在特征樹下新建字符串參數,選擇多值類型名為“TYPE”,相應值為9種斜楔型號,以根據輸入的參數值自動選擇相應類型的參數。進入知識顧問模塊,建立類型選擇推理部分語句為:

if TYPE="B-UCMSC80-00" THEN PartBodyPad1.Sketch.1Lng.8Activity=true

PartBodyPad3.Activity=false

Else

PartBodyPad1.Sketch.1Lng.8Activity=false

PartBodyPad3.Activity=true

(5)建立檢查。檢查是用來表達各種企業規范的判斷語句,通過判別模型中有關參數和特征的變化情況反映模型出現的異常。根據手冊要求,建立滑塊底面寬度S2必須比長度W2大,選擇警告模式(Warning),當設計的參數不符合規則時,即“S2≤W2”時,彈出警告信息框“S2>W2 is wrong. please check”,提示設計者修改參數。

(6)裝配零件。確定裝配體中零件相對位置和方向的定位關系為主要裝配規則;選擇斜楔三部分的接觸面,確定法線方向,這些規則將用于新參數驅動生成的斜楔模型保持正確的裝配關系。手動裝配斜楔塊,滑塊,上底座,得到斜楔三維模型圖。

3 標準件數據庫設計

使用數據庫主要是實現對標準件分類和參數信息的分類管理。數據庫文件采用Microsoft Access2000的數據文件。表內每種類型的信息只保存一次,這樣使數據庫更有效。本文中設計三個表格,分別為斜楔塊,滑塊和上底座用戶參數,每一行代表一組參數信息。在零件設計系統中將通過窗體對象顯示和調用這些參數。

4 零件庫的建立

利用CATIA為用戶提供的二次開發接口和開放式的內部命令集合建立零件庫。在CATIA中建立基于知識工程的零件的零件圖,通過VB環境編程得到一個可視化的具有交互性的系統,驅動CATIA生成零件圖。

建立VB與CATIA的連接。通過VB訪問CATIA是一種進程外腳本訪問方式,外部程序通過COM接口來訪問CATIA內部的對象。[2]VB將CATIA作為引用對象連接,在VB[工程]/[引用]選項中選擇選擇與CATIA相關的全部對象庫。沖壓模具標準件庫通過ADO技術訪問數據庫,實現數據庫的添加,查詢,修改等功能。建立零件庫內部代碼,調用CATIA,完成零件庫功能。當用戶選擇某種型號的斜楔模型輸入新的數據時,通過參數驅動方式生成新的模型;當用戶輸入任意的參數值時通過知識工程的推理過程尋找相同或相近的模型,在此模型基礎上再通過參數驅動生成新模型。

結語

本文利用VB將CATIA二次開發功能和ACCESS數據庫結合起來,設計出了一種基于知識的汽車沖壓模具零件庫。以斜楔為例,通過智能驅動生成了零件模型,實現了系統功能。建立基于知識的沖壓模具零件庫有利于提高模具設計效率,交互性強,具有一定實際意義。

[參考文獻]

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[5] 王智明,楊旭,平海濤.知識工程及專家系統[M].北京:化學工業出版社.2006.