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CATIA特征模板在保險杠設(shè)計中的應(yīng)用

2020-10-20 07:16付赫濤王雪
汽車與駕駛維修(維修版) 2020年6期
關(guān)鍵詞:參數(shù)化建模

付赫濤 王雪

摘要:近年來,隨著不斷快速更新的汽車市場需求,要求汽車零部件的設(shè)計和研發(fā)周期被進一步縮短,要求提升設(shè)計效率。就乘用車保險杠的設(shè)計而言,將保險杠面罩不同功能部分模塊化,設(shè)計規(guī)范參數(shù)化,從而形成快速準(zhǔn)確的設(shè)計模板和知識工程,可大幅度提升應(yīng)用相似結(jié)構(gòu)的設(shè)計效率,這樣的設(shè)計方式已經(jīng)在歐美設(shè)計公司中得到廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹了CATIA環(huán)境中參數(shù)化特征模板在汽車保險杠設(shè)計中的應(yīng)用,以及基于造型特征的參數(shù)化建模技術(shù)。

關(guān)鍵詞:CATIA;保險杠設(shè)計;參數(shù)化;建模

中圖分類號:U462 文獻標(biāo)識碼:A

1參數(shù)化設(shè)計概述

1987年,PARAMETRIC-TECHNOLOGYPTC-PTC美國參數(shù)技術(shù)公司推出了以參數(shù)化、變量化、特征設(shè)計為基礎(chǔ)的新一代實體造型軟件PRO/E后,CAD業(yè)界內(nèi)才真正認(rèn)識到參數(shù)化設(shè)計的力量,CATIA、UG等軟件紛紛引進參數(shù)化設(shè)計功能。目前參數(shù)化設(shè)計技術(shù)大致可以分為3種方式。

(1)基于幾何約束的數(shù)學(xué)方法。該方法主要應(yīng)用于水平和垂直方向約束的場合,適用于功能性機加產(chǎn)品的設(shè)計。

(2)基于幾何原理的人工智能方法。該方法是利用專家系統(tǒng),對圖形中的幾何關(guān)系和約束進行理解編譯,運用幾何原理推導(dǎo)出新的約束。這種方法開發(fā)難度大,應(yīng)用平臺復(fù)雜,開發(fā)速度慢,交互性不好,因此未在汽車設(shè)計領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

(3)基于特征模型的造型方法。該方法基于特征模型的造型方法,是三維結(jié)構(gòu)造型方法的新方向,目前已經(jīng)初步應(yīng)用在汽車車身和外飾件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

CATIA作為三維設(shè)計軟件的后起之秀,在基于特征的參數(shù)化造型方面,尤其是在汽車外飾產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域,具有較大優(yōu)勢?;谔卣鞯膮?shù)化造型技術(shù),主要優(yōu)勢如下。

(1)重復(fù)相似設(shè)計可套用模板完成,速度快。

(2)修改設(shè)計只需修改對應(yīng)參數(shù),效率高。

(3)將設(shè)計規(guī)則參數(shù)化,不易漏項和出錯。

2基于特征的參數(shù)化建模產(chǎn)品舉例

上文已經(jīng)談到,基于特征模型的參數(shù)化造型方法,適合汽車外飾產(chǎn)品的設(shè)計。因為這種設(shè)計方法采用了GSD(幾何體構(gòu)造法)的形式,以不規(guī)則幾何圖形輸入為特征,記錄了造型過程中每一個操作特征的關(guān)系。本文以保險杠產(chǎn)品上的拖車鉤蓋功能模塊為例,說明其參數(shù)化設(shè)計過程。

2.1基于特征的參數(shù)化建模思路

設(shè)計一個參數(shù)化的特征模板,一般遵循以下幾個基本步驟。

(1)將復(fù)雜零件模型逆向分解為不可再分解的多個原始特征。

(2)將原始特征正向逐步編制成若干個過程特征,通過它們之間的布爾運算或邏輯運算,最終形成所需要的特征模板(或模板的一部分)。如有必要,根據(jù)邏輯順序編制參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。

(3)在文件中插入POWERCOPY命令,完成參數(shù)化(這也是參數(shù)化模板是否有效的第一次驗證)。

(4)編制程序邏輯表,確定各個參數(shù)和函數(shù)之間的關(guān)系,以便隨時根據(jù)需要修改參數(shù)和函數(shù)。

(5)以變化了的原始特征重新輸入模板,驗證模板的通用性。

2.2保險杠拖車鉤蓋模塊原始特征求解

拖車鉤蓋是為了方便安裝拖車鉤,在保險杠面罩上開一個略比拖車鉤大的孔,然后用一個孔洞形狀的蓋板安裝上去,方便美觀。這個模塊普遍應(yīng)用于現(xiàn)代乘用車保險杠的設(shè)計中,是保險杠面罩上最容易分離的設(shè)計模塊。某車型采用的拖車鉤蓋結(jié)構(gòu)如圖1所示,我們以這種結(jié)構(gòu)為例,展示特征模板的參數(shù)化過程。

首先進行拖車鉤蓋產(chǎn)品的設(shè)計條件梳理,梳理出原始特征和過程參數(shù)。原始特征和過程參數(shù)是從設(shè)計規(guī)范、法規(guī)要求等條件中提取出來的,要盡量包含所有的條件和要求。設(shè)計和條件要求中的基本特征越多,后續(xù)的程序設(shè)計就越容易。反之,掃描特征越多,給后續(xù)的程序設(shè)計帶來的難度就越大。拖車鉤蓋的建模思路總結(jié)如圖2所示。

2.3保險杠拖車鉤蓋的建模步驟

通過前文中已經(jīng)完成的各設(shè)計條件的梳理,找出了原始特征和各過程參數(shù)。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,可以將整個產(chǎn)品分為幾個部分,以其中一個部分的建模編程做說明演示。拖車鉤蓋結(jié)構(gòu)可分為拖車鉤蓋本體和翻邊結(jié)構(gòu)兩個部分,而本體部分又可分為多個部分(圖3)。

下面以主體結(jié)構(gòu)的編程為例,說明拖車鉤蓋產(chǎn)品的參數(shù)化編程過程。詳見表1。

經(jīng)過表1的編程,可由原始特征驅(qū)動若干個參數(shù),形成蓋主體結(jié)構(gòu)。上述8個步驟編程所組成的一個小節(jié)程序,只是組成拖車鉤蓋20個小節(jié)程序中的一個。各個小節(jié)程序通過若干特征和參數(shù)進行接口,最終形成拖車鉤蓋特征模板。整個拖車鉤蓋特征模板共有程序418步。

2.4特征模板的實踐驗證

為了驗證拖車鉤蓋特征模板的可行性,我們用3個曲面驗證其運算程序。輸入條件及運算結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知,通過輸入條件曲面的變化,模板能夠自動調(diào)整為相應(yīng)的產(chǎn)品形狀,適應(yīng)性能較強。經(jīng)過多款自主產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)驗證,此特征模板完全能夠應(yīng)用于實際設(shè)計工作,提升了保險杠模塊化設(shè)計的效率。

3結(jié)束語

基于特征的參數(shù)化模板最大的優(yōu)勢在于,利用相似的結(jié)構(gòu)模板,在原始特征變化的前提下,一樣可以自動運算出模型結(jié)果。如果進行結(jié)構(gòu)調(diào)整,也只是改變相應(yīng)的參數(shù),很大程度上節(jié)約了重復(fù)設(shè)計的工作量。在保險杠模塊化的設(shè)計中,有很多相似的結(jié)構(gòu)重復(fù)運用。相信在更多模塊化結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了基于特征的參數(shù)化模板,可以進一步提升設(shè)計效率。

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