CATIA參數化設計和零件庫的建立在直升機設計中的應用

黃志青

摘 要：直升機的零部件設計需要反復修改設計參數，在常規實體造型中，構造的幾何模型具有確定的形狀和尺寸，不能單一地修改某個參數而得到新模型，而且修改模型形成的大量過程中文件也增加了工作量。文章以直升機主減速器過載傳感器支架為例，依據CATIA P3 V5R18商業軟件，先進行參數化建模，然后將參數化的模型作為零件母版創建零件庫。參數化的模型可以大量減少修改設計參數所耗費的時間，同時零件庫的創建也簡化了設計，提高了效率。

關鍵詞：直升機;CATIA;參數化設計;零件庫

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）07-094-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.046

直升機具有不依賴跑道垂直起降、空中懸停、前后左右飛行、超低空飛行等優點，是軍民兩用型高科技工業產品，對社會進步發展發揮了重要作用。直升機是由成千上萬個零部件組成的復雜龐大系統，在這些零部件的設計過程中，常規的實體造型所構造的幾何形體具有確定的形狀和尺寸[1]，即使想要修改一個尺寸參數，也只能重新構造幾何形體。此外，每修改一次方案保存一個文件，形成的大量過程中文件也導致查找時極其不便。這些設計過程中重復而繁瑣的步驟耗費了大量的時間成本。

CATIA是法國達索公司開發的提供PLM應用軟件，因其具有模塊功能強大、工作模式轉換靈活、設計手段豐富簡捷等特點[2]，在航空航天[3]、汽車[4]和船舶[5]等高精尖行業具有廣泛用途。文章通過CATIA P3 V5R18商業軟件首先對直升機零部件進行參數化建模，然后以參數化的模型為零件母版進行零件庫的創建，創建的零件庫可以大幅減輕工程人員的工作量，縮短產品的研發周期。

1 建立零件庫

模型的參數化是建庫的前提，故采用CATIA P3 V5R18對零件進行參數化建模。進行參數化建模的途徑有兩種：一是利用CATIA的公式、設計表功能，建立以設計表中尺寸參數驅動的參數化模型;二是利用CATIA提供的二次開發接口，使用VB語言建立參數化模型。最后，將參數化模型導入目錄瀏覽器保存為.catalog文件即完成庫的建立。

直升機上傳感器眾多，大部分傳感器都有專用的裝機支架。文章以直升機上的主減速器過載傳感器支架為對象，采用第一種方法進行參數化建模，并最終創建庫文件。創建庫文件的零件系列應滿足形狀結構相同而具體尺寸不同的特點，因此對于直升機上的零部件來說，不論是非標準件還是標準件，都能通過模型的參數化和庫的建立來縮短產品的研發周期。

1.1 建立母版模型

先創建零件的三維模型，如圖1所示，該模型作為同類型零件（形狀結構相同、具體尺寸不同）的母版，同類型的其他零件可通過CATIA的尺寸參數驅動來生成。在創建母版的過程中需首先繪制草圖，草圖中的尺寸必須全部約束，不能存在未約束和過度約束的情況。如果創建的模型不能通過一次繪制草圖來生成，則每個草圖都需要全部約束，且同樣不能存在未約束和過度約束的情況。

1.2 創建變量

創建變量以草圖中所約束的尺寸為對象，創建變量的目的是為后續公式和設計表的創建做準備，如圖2所示。

點擊“知識工程”中的“公式”圖標，在彈出的對話框中將過濾器類型選擇為長度，此時顯示出的參數就是草圖中的所有尺寸約束。單擊選中某個參數，修改該參數名稱，修改后的參數名稱可作為最后設計表中的參數名稱，因此修改后的參數名稱應具有唯一、易辨認的特點。

1.3 創建公式

創建公式的目的是為了建立草圖中約束與約束之間的數量關系，可以使2個及以上的變量僅由設計表中的1個參數來控制，簡化設計表，如圖3所示。

點擊“知識工程”中的“公式”圖標，將過濾器類型選擇為長度，雙擊某個變量參數（或選中某個變量參數后再點擊右下角的“添加公式”按鈕）進入公式編輯對話框，此時選中的變量參數將作為被控制對象，由其他參數通過公式來控制值的大小。在彈出的窗口中將中間一列參數的成員選擇為“長度”，此時右邊一列出現的長度的成員就是草圖中的長度約束，雙擊選中后表示為把值“賦值”給被控制對象。結構樹里面出現“關系”一欄后，表示公式創建成功。

1.4 創建設計表

創建設計表是以草圖中的約束為對象，目的是使草圖中的約束數值大小由設計者確定。

首先，在合適的路徑下新建EXCEL表格，表格內的第一個單元格必須是“PartNumber”。然后在第一列/行輸入想要通過設計表來確定的參數名稱（必須與創建的變量名稱一致）并用英文小括號帶上單位，在第二列/行輸入數值，結束后保存。點擊“知識工程”中的“設計表”圖標，選擇“從預先存在的文件中創建設計表”，點擊確定后選擇剛保存的設計表，如圖4所示，然后將兩列參數中具有相同名稱的參數關聯起來（將表中的參數和模型的參數關聯起來）。結束后點擊應用并確定，至此完成設計表的創建。創建好后，結構樹的關系樹下面會出現所創建的設計表。

完成設計表的創建后，表示模型的參數化已完成。相比于常規實體造型構造幾何形體來說，參數化模型具有方便、快捷的特點，設計者只需在設計表中增加一行/列并輸入對應的數值，然后在CATIA窗口中選中該行/列再點擊刷新按鈕，新的模型即可生成。若是想輸出可加工的二維工程圖紙，也僅需在預先創建好的工程圖母版中點擊刷新按鈕，新零件的二維工程圖紙即可生成。這種僅需輸入參數即可得到最終三維零件圖和二維工程圖的方法，可以大大降低工程人員的時間成本。

1.5 建立零件庫

打開CATIA P3 V5R18，選擇“開始→基礎結構→目錄編輯器”，編輯好章節名稱后，選擇“插入→添加零件系列”，選擇剛創建保存的參數化模型后點擊確定，此時便把該零件系列添加到目錄庫內。點擊“預覽”可看到該模型的結構，點擊“創成式數據”可看到該模型是由設計表控制的。把該文件保存后，完成零件庫的建立。

完成庫的建立，即把同類型的零件系列以一個文件的形式保存。相比于常規實體造型構造幾何形體來說，庫的建立極大減少了該零件系列在設計周期生成的過程中文件數量，同時也相當于把所有的該零件系列“存檔”，便于使用。

1.6 使用零件庫

選擇“開始→機械設計→裝配設計”，設計裝配體需要調用該零件系列時，選擇“工具→目錄瀏覽器”，打開剛保存的零件庫文件后選擇想要的零件，雙擊零件即可插入到裝配體中，至此達到使用目的，如圖5所示。

2 結語

直升機是由成千上萬個零件組成的龐大系統，設計環節需耗費大量的時間。文章以直升機主減速器過載傳感器支架為例，通過CATIA P3 V5R18商業軟件采用參數化建模和零件庫的建立縮短了研發周期，同時該零件系列的庫的建立，極大減少了設計中的過程文件，提高了設計效率，減少了工程人員的工作量。

參考文獻

[1] 趙高林，張建平.CATIA參數化設計在汽車座椅設計中的應用[J].大眾文藝，2011（22）：88.

[2] 李晶，杜鋒，肖富陽.基于CATIA軟件對一種夾套傳熱式配料罐筒體進行仿真與分析[J].神州，2012（36）：21-22.

[3] 梁振剛，程學朋.基于CATIA的飛機結構件參數化設計[J].成組技術與生產現代化，2012（2）：58-60.

[4] 武振鋒，袁玄成，馬寧波.基于CATIA的轎車后保險杠外板曲面設計與質量分析[J].汽車技術，2012（9）：57-60.

[5] 朱曉軍，王鵬，彭飛.船體外形的CATIA建模方法[J].船海工程，2013，42（2）：13-15.