基于CATIA平臺的Framework裝配技術(shù)

母德強, 王 可

(長春工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院,吉林長春 130012)

0 引 言

產(chǎn)品從概念到生產(chǎn)離不開設(shè)計這個環(huán)節(jié),無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。包含兩個或兩個以上組件的產(chǎn)品就需要裝配。完成一個復(fù)雜產(chǎn)品的裝配需要大量的時間,若進行家族化系列產(chǎn)品開發(fā)或者設(shè)計變更,繁瑣和重復(fù)的工作使裝配設(shè)計的效率很難提高。CATIA V5作為一款三維設(shè)計軟件,部件裝配是其最基本的也是最具優(yōu)勢和特色的功能模塊,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,其強大的建模能力,可以多種模塊融合,具有擴展和二次開發(fā)的功能,被應(yīng)用在機械、電子、汽車、航空等領(lǐng)域,成為當(dāng)今主流的三維開發(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DFA、快速設(shè)計、裝配的約束方式、裝配順序、裝配路徑規(guī)劃等[4-6]。CAD平臺中的裝配方法很多,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,配合約束實現(xiàn)裝配。復(fù)雜產(chǎn)品的裝配分為N級裝配,即一個主裝配(TOP Assembly)和N個次級裝配(SUB Assembly)。主裝配需要一個整體的Framework(MASTER Framework),而次級裝配需要局部的Framework(SUB Framework)。利用局部的Framework完成次級裝配,并將該次級裝配作為一個組件,裝配到整體的Framework上,因此,需要創(chuàng)建多個Framework,分主次級進行裝配,如圖1所示。

圖1 Framework法裝配規(guī)則圖

Framework定義的各個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CATIA V5的組件替換命令和修改重合約束對象的命令即可,從而實現(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)過嚴(yán)格的設(shè)計和優(yōu)化。第二,必須保證SUB Framework在MASTER Framework中的定位。第三,每個組件均包含在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裝配的實現(xiàn)方式

2.1 產(chǎn)品組件裝配特征定義

運用Framework方法,首先要考慮各個組件的裝配特征。運用CATIA V5裝配模塊中Publication命令將組建預(yù)先定義的3個幾何特征發(fā)布出來,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平面和一個軸線定義,也有利用一個位置平面和兩根軸線定義,下面以LINK和BOLT為例,介紹各個組件的裝配特征,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publication命令被發(fā)布出來,供以后的裝配使用[7]。

2.2 裝配組件的具體方法

以LINK ASSY為例進行裝配,首先要創(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PART,將名稱定義為MASTER Framework,然后通過點線面等幾何特征及2D圖上標(biāo)明的各個組件具體位置來創(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的相對位置,將3個組件的position plane設(shè)置為同一平面。BOLT作為一個回轉(zhuǎn)體,需要旋轉(zhuǎn)面約束其旋轉(zhuǎn)角度,由于該例中的BOLT是沿軸線完全對稱的,所以沒確定具體的旋轉(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組件如圖5所示。

圖5 定義完裝配特征的各個組件

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

圖6 利用Framework裝配結(jié)果

將每個組件中發(fā)布的3個幾何特征和MAST ER Framework中發(fā)布的幾何特征對應(yīng)起來,用重合約束(Coincidence)進行裝配,刷新后完成裝配任務(wù)[8]。

3 結(jié) 語

Framework方法對于單一型號的簡單產(chǎn)品,其裝配速度優(yōu)勢可能不明顯,但對于設(shè)計變更和開發(fā)家族化系列產(chǎn)品時,其重復(fù)利用率高,避免了重復(fù)裝配設(shè)計,縮短了工作時間,提高了裝配設(shè)計的效率。該方法可用于機械、汽車、航天等領(lǐng)域。其進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)計更加快速化、合理化、智能化。

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