基于Creo的鋁合金車體參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

宮洪磊，郭玉亮，李 穎，張恒智，張紹東

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，唐山 063035）

基于Creo的鋁合金車體參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

宮洪磊，郭玉亮，李 穎，張恒智，張紹東

（中車唐山機(jī)車車輛有限公司 產(chǎn)品研發(fā)中心，唐山 063035）

針對(duì)鋁合金車體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)和建模效率低等特點(diǎn)，提出了一種參數(shù)化設(shè)計(jì)鋁合金車體方法。利用Creo參數(shù)化技術(shù)定義車體輪廓、分段型材，單段型材特征中輪廓、C槽、接頭、筋板等，定義車體詳細(xì)設(shè)計(jì)，并利用Vs.Net2005編程實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面開發(fā)，最終建立鋁合金車體參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

鋁合金車體；參數(shù)化；型材；Creo

0 引言

近年來中國(guó)軌道交通事業(yè)快速發(fā)展，鋁合金車體具有車體重量輕、耐腐蝕、制造工藝簡(jiǎn)單以及制造成本不高等特點(diǎn)，在軌道車輛中被廣泛應(yīng)用[1]。通常鋁合金車體設(shè)計(jì)是在AutoCAD中完成車體型材斷面的二維圖，再導(dǎo)入到三維軟件中進(jìn)行三維建模，最后利用CAE軟件中來實(shí)現(xiàn)車體性能仿真分析[2]。這樣的設(shè)計(jì)方法雖然能夠得到設(shè)計(jì)結(jié)果，但是相當(dāng)于進(jìn)行重復(fù)設(shè)計(jì)，并且AutoCAD中生成的DWG格式無法在三維軟件中再修改車體模型，整個(gè)設(shè)計(jì)過程是單向不可逆的[3]。

Creo是PTC的新一代三維參數(shù)化建模軟件，它使用了已在Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView中經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)，能全面釋放設(shè)計(jì)潛力。使用Creo中的3D CAD、CAM和CAE集成工具來提高設(shè)計(jì)效率[4,5]。為了滿足市場(chǎng)及設(shè)計(jì)需求，本文介紹了一種基于Creo的鋁合金車體參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用參數(shù)化技術(shù)定義車體輪廓、分段型材，定義單段型材C型槽、輪廓、焊接接頭、筋板等特征，定義車體詳細(xì)設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)使車體設(shè)計(jì)流程更加合理，設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量有了很大提升，CAE仿真結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

1 鋁合金車體參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

鋁合金車體按設(shè)計(jì)流程分為車體輪廓設(shè)計(jì)、分段型材控制、單段型材設(shè)計(jì)、車體詳細(xì)設(shè)計(jì)，并且建立基于此方法的參數(shù)化數(shù)據(jù)模型庫。每段型材創(chuàng)建不同骨架，同一段型材不同結(jié)構(gòu)創(chuàng)建骨架，且每個(gè)骨架對(duì)應(yīng)一個(gè)型材零件模型，通過發(fā)布幾何、復(fù)制幾何方式將骨架中發(fā)布的面模型復(fù)制到到零件并創(chuàng)建實(shí)體模型；將每段型材分為輪廓、接頭、C槽、筋板、過線孔等5部分結(jié)構(gòu)單獨(dú)創(chuàng)建草繪及實(shí)體，通過Pro/PROGRAM功能控制特征的顯示狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)變形調(diào)整。其原理如圖1所示。

1.1 車體輪廓及分段型材設(shè)計(jì)

車體輪廓設(shè)計(jì)技術(shù)利用參數(shù)化技術(shù)定義車體輪廓設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵尺寸，實(shí)現(xiàn)了車體寬度、車體高度、車體角度、車體弧度的參數(shù)化變形并自動(dòng)滿足其幾何關(guān)系。這樣的定義方式避免了設(shè)計(jì)人員利用逼近等方法去畫車體輪廓并計(jì)算是否滿足幾何關(guān)系，減少設(shè)計(jì)時(shí)間。

分段型材控制利用參數(shù)化定義每段型材到車體中心或軌面的距離實(shí)現(xiàn)單段型材長(zhǎng)度調(diào)整，利用參數(shù)傳遞技術(shù)實(shí)現(xiàn)了每段型材的實(shí)時(shí)調(diào)整不用對(duì)單段型材單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整。分段型材控制避免了設(shè)計(jì)人員對(duì)一段型材長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整時(shí)要分別調(diào)整相鄰兩段或多段型材長(zhǎng)度，調(diào)整質(zhì)量更為直觀準(zhǔn)確。

1.2 單段型材設(shè)計(jì)

單段型材設(shè)計(jì)利用參數(shù)化技術(shù)定義型材輪廓、C型槽、焊接接頭、筋板等特征。型材輪廓定義內(nèi)壁厚度、型材寬度、插頭類型及尺寸、過線孔尺寸以及其他不屬于C型槽、焊接接頭、筋板的特征參數(shù)，如圖3所示。C型槽特征設(shè)計(jì)定義C型槽的數(shù)量、類型、位置，如圖4所示。焊接接頭特征利用參數(shù)化技術(shù)定義焊接接頭類型、位置、尺寸，如圖5所示。筋板特征利用參數(shù)化技術(shù)定義筋板的厚度、數(shù)量、位置。因筋板特征作用主要是保證車體強(qiáng)度、降低車體型材的重量、保證C型槽位置承載強(qiáng)度，所以筋板數(shù)量、排布類型多，目前常用的排布方式有三角形、矩形、梯形等排布方式[5]。為了方便設(shè)計(jì)使用，按照梯形結(jié)構(gòu)均勻排布在型腔中，每?jī)啥涡筒淖鰹?個(gè)周期，為每段型材預(yù)設(shè)計(jì)8個(gè)周期筋板，參數(shù)化定義筋板特征周期數(shù)量、排布方式。將這樣參數(shù)化定義的三角形形排布的型材形式內(nèi)嵌到型材特征自由排布方式中，通過自由排布參數(shù)化調(diào)整實(shí)現(xiàn)三角形、矩形等其他排布方式。

圖1 鋁合金參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖

圖2 車體輪廓

圖3 定義型材輪廓

圖4 定義C形槽

圖5 定義焊接接頭

圖6 定義筋板

1.3 車體詳細(xì)設(shè)計(jì)

車體詳細(xì)參數(shù)化設(shè)計(jì)是在車體輪廓及車體型材斷面設(shè)計(jì)完成后，利用斷面創(chuàng)建出對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型。采用參數(shù)化技術(shù)搭建出側(cè)墻部位、車頂部位、底架部位。通過零件加載將各個(gè)模型加載到各個(gè)部位中，定義各個(gè)部位的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化調(diào)整。利用Creo的參數(shù)化加工技術(shù)，定義出窗口、座椅孔、門口、套筒安裝孔水管安裝座開孔、底架方孔、廢排孔、雙層圓孔、蹲便衛(wèi)生間孔、多邊形孔加工等以及它們的加工位置，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化加工。圖7為某軌道車輛車體通過參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立的三維模型。

圖7 車體三維模型

2 人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面的開發(fā)是在Vs.Net2005編程環(huán)境中進(jìn)行的，基于MFC對(duì)話框類庫和調(diào)用Pro/Toolkit中底層函數(shù)來實(shí)現(xiàn)界面開發(fā)功能。它是實(shí)現(xiàn)用戶與應(yīng)用程序、應(yīng)用程序與Pro/E系統(tǒng)之間傳遞交換信息的重要媒介，并作為應(yīng)用程序功能模塊的重要載體，后期所有功能程序代碼，需依附于對(duì)話框進(jìn)行編寫。該系統(tǒng)采用了以用戶定制的Creo菜單欄菜單為向?qū)А棾鍪綄?duì)話框?yàn)橹黧w的界面向?qū)皆O(shè)計(jì)，輔助工程師能夠方便快捷完成設(shè)計(jì)任務(wù)。界面如圖8所示。

圖8 人機(jī)交互界面

3 結(jié)束語

本文所論述的基于Creo的鋁合金車體參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使車體設(shè)計(jì)更加規(guī)范。可以同時(shí)開展車體輪廓、車體型材斷面及車體詳細(xì)設(shè)計(jì)，避免只能單方向設(shè)計(jì)不能進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的缺陷，降低了車體輪廓、車體型材斷面、車體實(shí)體的設(shè)計(jì)難度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，提升仿真準(zhǔn)確性。

[1] 海邦君.鋁合金車體設(shè)計(jì)研究[J].鐵道車輛,2004,41(10):26-28.

[2] 楊建華,桑鴻鵬,等.高速動(dòng)車組車體側(cè)墻裝配變形仿真分析[J].鐵路機(jī)車車輛,2014,34(3):14-17.

[3] 王文濤.高速列車頭部外形參數(shù)化CAD系統(tǒng)研究[D].西安:西安交通大學(xué),2008.

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[5] 程相文,邢樹雪.基于Pro/Toolkit的Creo 2.0二次開發(fā)過程研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2015,192(5):70-71.

[6] 何曉蕾,張錦華.高速動(dòng)車組車體鋁合金型材設(shè)計(jì)方法研究[J].中國(guó)鐵路裝備.2013,2:39-42.

The parametric design system of the aluminum alloy car body based on Creo

GONG Hong-lei, GUO Yu-liang, LI Ying, ZHANG Heng-zhi, ZHANG Shao-dong

TP39

：A

1009-0134(2017)01-0116-03

2016-09-04

宮洪磊（1985 -），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)檐壍儡囕v參數(shù)化設(shè)計(jì)。