基于CATIA V5的汽車標準件庫建立與應用

管月芹蘇洋

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

由于汽車產品和結構的差異，每輛汽車上所用的標準件數量在3 000～5 000件，品種可達約400種。在汽車產品數據設計階段，汽車公司傳統的做法是由產品設計者負責其所用到的標準件設計，所以各整車項目在設計過程中，出現不同的設計人員多次重復進行標準件建模現象，設計周期長且標準件數據混亂無序。基于以上問題，立足于公司內標準件設計管理的全局性和長遠性，文章提出基于CATIA V5建立汽車標準件庫，解決了標準件重復設計的問題，經過驗證，達到預期的效果。

1 設置CATIA知識工程的環境

基于CATIA V5建立標準件庫，需使用CATIA知識工程的參數、方程及設計表，首先應對特征樹的顯示狀態進行設置[1]。

1.1 設置參數在特征樹的顯示狀態

選擇菜單“工具”→“選項”，彈出圖1所示對話框。

圖1 設置參數在特征樹的顯示狀態

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

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

圖2 特征樹上“參數”及“關系”節點顯示界面

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

3）“零部件上下文中的關系更新”欄。建議選擇打開“同步關系的創建”開關。

4）“設計表”欄。可以選擇設計表的自動同步更新模式。

1.2 設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路徑樹上選擇“基礎結構”→“零部件基礎結構”，單擊“顯示”選項卡，如圖3所示。

圖3 設置實體模型特征樹的顯示配置選項

在“在結構樹中顯示”欄中，若“參數”切換開關為開，實體模型參數顯示在實體特征樹上；若“關系”切換開關為開，實體模型的方程、檢查或規則等關系顯示在實體特征樹上，如圖2所示。

1.3 設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路徑樹上選擇“基礎結構”→“產品結構”，單擊“自定義樹”選項卡，進行結構樹的定制。

在“樹的定制”欄，若“參數”開關激活顯示“是”，裝配模型的參數顯示在特征樹上；若“關系”開關激活顯示“是”，裝配模型的關系式顯示在特征樹上。

2 標準件庫創建及調用的工作思路

2.1 創建CATIA標準件庫

2.1.1 定義參數

對于要構建的標準件，首先應分析其結構特征，提取模型構建需要的特征參數，進行用戶參數定義。此步驟是下一步參數化建模的基礎。

2.1.2 參數化建模

根據標準件的特征結構進行建模。查閱汽車標準件手冊[2]1-593或系列零件圖紙，明確標準件的結構尺寸，針對各結構尺寸進行公式編輯，即可輕松實現參數化建模。

2.1.3 創建設計表

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

標準件系列零件具有類似的結構和相同的參數，只是零件的參數值不盡相同，設計表的目的是通過外部參數數據控制幾何形狀。例如螺母系列，其參數定義為螺母直徑、孔徑、厚度及螺紋類型等。設計表中每一列包括一個特征參數值，每一行對應一個螺母規格零件，整個表對應一個系列螺母。

生成設計表[3]的途徑有2種：一種是通過已經存在的Excel文件產生參數表；另一種是從現有參數產生參數表。文章推薦采用第1種方法，即在外部事先創建好Excel參數表的方法。

2.1.4 建成Catalog標準件庫

設計表創建之后建立Catalog庫。在“文件”→“新建”中選擇“Catalog Document”，點擊“確定”。在彈出的新工作界面點擊“添加零件系列”按鈕，彈出“零件系列定義”對話框，如圖4所示。然后點擊“選擇文檔”按鈕，將之前保存的“.CATPart”數模文件打開，則完成數據的導入[4]。

圖4 “零件系列定義”的對話框

2.2 數據調用

在產品設計過程中，有標準件數據需求時，在CATIA軟件Product模塊中，選擇“庫文件瀏覽器”按鈕，導入已建好的標準件數據，便顯示出零件庫，可從庫中選擇自己需要的零件模型，實現標準件數據的調用。

3 標準件庫建立及應用的實例解析

汽車企業中使用的標準件大多為汽標件[2]1-593（Q類）、少部分為國標件（GB類）和企標件（即企業內的非標通用緊固件），產品主要涉及螺栓、螺釘、螺母、墊圈及環箍等。文章以汽標件Q150B六角頭螺栓[2]59-64常用規格系列為例，介紹標準件庫的建立及數據調用方法。

3.1 定義參數

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”，進入“零件設計”模塊，或者選擇菜單“開始”→“機械設計”→“零件設計”進入。

圖5 Q150B螺栓的各參數建立顯示界面

3.2 建立螺栓的數據模型

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，螺栓實體參數化模型建立完畢。

3.3 生成設計表

圖9 Q150B螺栓常用規格參數表顯示界面

CATIA V5可以通過知識功能中的函數公式功能實現表格參數與實體模型中約束參數的實時聯動，但是實現實時聯動的前提是：驅動表格中的參數代號和類型必須與實體模型中約束參數的代號和類型保持嚴格的對應。

隨后彈出是否自動關聯的詢問框，選擇“是”，響應“想要自動將設計表的列與同名模型的參數關聯嗎？”提示，即可在CATIA V5中得到螺栓設計表，如圖10所示。

圖10 CATIA V5中Q150B螺栓設計表顯示界面

這時，在特征樹上產生了“設計表”特征，其包含在“關系”節點內，如圖2所示。雙擊“設計表”特征，進入設計表配置對話框，選擇不同的行，定義的參數值隨之改變，單擊“應用”按鈕，螺栓的幾何模型將隨之更新。至此，實現了螺栓系列化設計。

3.4 建成Catalog標準件庫

完成以上步驟后，進入最后的Catalog標準件庫建立環節。點擊新建按鈕，選擇“Catalog Document”確定后進入新的工作界面。點擊“添加零件系列”按鈕，彈出“零件系列定義”對話框（如圖4所示），點擊“選擇文檔”按鈕，將之前保存的螺栓模型.CATPart文件打開。

數據被導入后，右鍵點擊“零件系列”，可以進行名稱修改重新定義零件名稱，本例將其名稱改為“Q150B”。雙擊結構樹中的“Q150B”，彈出窗口，如圖11所示，“關鍵字”頁顯示Q150B螺栓零件系列參數，則成功導入數據。

圖11 標準件庫中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各參數規格零件。

至此，完成標準件庫中Q150B系列產品的建立。后續按此方法建立其他常用標準件產品系列的數據庫，如 Q184，Q271，Q320……

3.5 標準件庫數據的調用

在CATIA軟件的“裝配設計”模塊中，選擇“庫文件瀏覽器”按鈕，點擊彈出的文件框右上角的“瀏覽其他目錄”按鈕，選擇之前建好的標準件庫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 標準件庫中Q150B螺栓選用窗口顯示界面

雙擊選擇需要的規格，隨后彈出提示窗口，需響應是否是所需零件。確定后會繼續彈出“目錄瀏覽器”數據窗口（如圖12所示），供再次選用其他產品，當無需再選時關閉窗口即可。

4 結語

文章研究了面向汽車產品的標準件庫的設計與實現，探討基于CATIA V5的三維標準件庫的創建與應用技術，采用參數化建模方法，運用知識工程模塊實現了標準件系列零件的創建。實踐表明：從標準件庫中調用標準件模型，可避免重復的標準件建模工作，極大地提高了產品的設計效率，縮短設計周期的同時避免了標準件重復建模過程的設計失誤。另外，應用該標準件庫，設計人員也可通過修改一些必要的參數，從而快速生成非標緊固件。

綜上，文章的研究對促進信息技術下的標準化工作和非標系列化緊固件（或其他通用件）數據庫的項目開發有著積極的影響和指導作用。