一種基于CATIA知識工程和WPS數據處理的客車車架建模方法

郭必韜,羅永章

(常德中車新能源汽車有限公司,湖南 常德 415001)

全承載客車車架的主要結構由桿件、板件組成,可通過三維設計使其看起來更加直觀。但采用傳統三維建模方法進行車架設計費時費力,且結構中沒有工程屬性,不滿足現代制造要求。因此運用CATIA知識工程和WPS數據處理進行客車車架設計的方法應運而生[1-2]。該方法的設計流程如下：先建立車架桿件的全參數關聯三維模型,接著通過設計與WPS-表格相關聯的三維模型,解析模型數據表[3]。設計時只需調用、裝配桿件模型,就能完成產品結構的主體設計,然后導出工程屬性,完成產品設計。本文按上述流程對某客車車架進行建模[4-6]。

1 建立車架桿件的全參數關聯三維模型

1.1 桿件模型工程屬性的建立

完善的工程屬性是零件能否精準加工的前提,而CATIA自帶的工程屬性表缺少零件加工的必要信息,如編號、名稱、材料、重量等,所以需要先建立符合項目要求的工程屬性。工程屬性的定義可通過零件模塊下的“編輯-屬性-定義其他屬性”完成創建[7],如圖1所示。

圖1 工程屬性定義

1.2 桿件模型的建立及關聯

在零件模塊下建立桿件三維模型。建立好的模型需通過“公式”對其外形特征、工程屬性進行參數關聯。具體步驟：先在零件模塊下通過“公式”新建“類型”為字符串、長度的參數;然后通過“過濾器名稱”(字符串、長度)對模型參數進行篩選,雙擊模型參數關聯與之對應的新建立的參數。建立好的參數-模型關系如圖2所示。

圖2 部分公式

1.3 運用規則進行桿件模型的語法約束

由于桿件有直管、梯形管、平行管的區別,每種管有不同的切割方式及不同要求的電泳孔,建立的模型需運用CATIA的“Knowledge Advisor”模塊下的“規則”對“電泳孔”(如圖3所示)、“起始坐標點”(如圖4所示)進行語法約束。具體步驟：采用CATIA自帶的“VBScript腳本”通過關鍵字(即1.2中建立的參數)運用數學公式進行邏輯判斷、功能跳轉,生成符合要求的三維模型[1]。

圖3 模型電泳孔“規則”語法約束

圖4 起始坐標點“規則”語法約束

2 設計與WPS-表格相關聯的三維數據模型

2.1 運用WPS-表格建立模型數據庫

在WPS-表格中輸入材料代碼、尺寸規格代碼、電泳孔信息等數據,通過一系列代碼轉換完成數據處理并生成“零件編號”,相關內容如下：表1為零件編號;表2為產品模型外形特征參數。表1和表2中的“電泳孔信息”代碼含義如下：T為圓形的上下貫通孔,位置是與原材料電泳孔同孔面,距端頭30 mm;A為半腰圓形的對角兩孔,位置是與原材料電泳孔同孔面;B為半腰圓形的四角孔,位置是與原材料電泳孔同孔面;C為半腰圓形的對角兩孔,位置是與原材料電泳孔異孔面;D為半腰圓形孔的四角孔,位置是與原材料電泳孔異孔面。表3為工程屬性參數[8]。

表1 零件編號

表2 模型外形特征參數

表3 工程屬性參數

2.2 通過表格關聯三維數據模型

運用2.1節生成的模型參數,通過“裝配設計-設計表-創建設計表-從預先存在的文件中創建設計表”,完成模型外形特征、工程屬性與數據庫的關聯,如圖5所示。

圖5 數據庫與工程屬性、模型外形特征關聯

2.3 解析模型設計表

通過“目錄編輯器”模塊下的“添加生成零件”,選擇1.2節中創建的帶設計表的三維模型,解析模型至指定目錄,完成模型數據入庫[9-10],如圖6所示。

圖6 桿件模型庫文件

3 調用并裝配桿件模型

3.1 桿件定位

與“結構設計”流程類似,基于知識工程的結構設計也是以線型框架為模型構建基礎,如圖7所示。

圖7 模型線框

與“結構設計”不同的是,基于知識工程的結構設計是以線框為定位基礎,通過裝配模塊中的“目錄瀏覽器”對零件進行調用,然后對其進行裝配。由于直桿件只需約束其特定點所在空間位置的點、線、面3個平動自由度就能對其進行全約束,為統一操作流程,此建模方法均采用了此類約束方法[11]。

3.2 桿件引用

通過“裝配設計-目錄瀏覽器”調用2.3節中生成的庫文件,如圖8所示。

圖8 庫文件調用

3.3 桿件裝配及標注

通過“裝配設計”對引用的模型進行裝配。運用“Product FunctionalTolerancing &Annotation”模塊對模型進行必要標注,完成整車車架模型的主體建立[6],如圖9所示。

圖9 模型參考

3.4 導出工程信息

通過“裝配設計-物料清單”,根據項目要求提取工程屬性,完成項目工程數據輸出,如圖10所示。

圖10 物料清單

4 結束語

CATIA 知識工程的應用,將車架結構件設計參數化、工程化,通過WPS-表格進行數據處理,并運用“目錄管理器”建立公司級桿件數據庫。當進行車架設計時,從產品庫中“零件編號”調用桿件模型并完成其裝配、標注及工程屬性提取,達到運用三維設計取代二維設計的目的。