CATIA V5功能建模技術(shù)在汽車零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2016-11-08  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

目前,汽車上業(yè)主要是通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),構(gòu)造零、部件CAD模型和模具CAD模型,再通過(guò)數(shù)控加工制造模具,進(jìn)而再進(jìn)行零件生產(chǎn)的設(shè)計(jì)制造流程。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,全球采購(gòu)已經(jīng)初具雛形,一般都是汽車整車企業(yè)汽車研究機(jī)構(gòu)對(duì)汽車進(jìn)行總布置設(shè)計(jì),以及對(duì)汽車的關(guān)鍵尺寸及外形進(jìn)行設(shè)計(jì),之后將數(shù)據(jù)通過(guò)實(shí)時(shí)協(xié)同功能傳遞給汽車零部件制造企業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)最終完成制造并供貨。但是隨著供應(yīng)鏈的的復(fù)雜化,以及產(chǎn)品更新的頻繁化,一些傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及后期產(chǎn)品變更方面顯得相當(dāng)困難。該現(xiàn)狀促成了CATIA V5功能建模在汽車行業(yè)的廣泛使用。

功能建模技術(shù)在汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用是:1)汽車車身及底盤(pán)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);2)零件的動(dòng)定模設(shè)計(jì)。

1 功能建模前的準(zhǔn)備工作

CATIA軟件在造型風(fēng)格、車身等方而具有獨(dú)特的長(zhǎng)處,使用自動(dòng)化的多表而曲率與切矢管理,可幫助用戶快速進(jìn)行風(fēng)格造型和曲面造型。目前一些著名汽車制造商如Renault、Toyota、Kar2man、Volvo、Chrysler等已經(jīng)100%的切換為CATIA設(shè)計(jì),并且被各國(guó)的汽車零、部件供應(yīng)商所認(rèn)可。CATIA事實(shí)上已成為汽車行業(yè)CAD軟件標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)例中,我們通過(guò)CATIA的逆向工程(reverse engine)及正向造型完成了外形曲面的設(shè)計(jì)。

2 CATIAV5功能建模在汽車零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

下面通過(guò)一個(gè)汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),說(shuō)明功能建模的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

圖1 汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)主機(jī)廠提供的外形曲而進(jìn)行校驗(yàn)并完成基礎(chǔ)實(shí)體的創(chuàng)建

如圖2所示,我們從主機(jī)廠獲得汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩的外形曲面(圖2中黃色的面)和相關(guān)的一些裝配曲面,確認(rèn)后開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì),首先進(jìn)行一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)體的創(chuàng)建,要保證這個(gè)基礎(chǔ)實(shí)體能將汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩全部包容(圖2的半透明區(qū)域)。

圖2 汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩的外形曲面

2.2 對(duì)基礎(chǔ)實(shí)體進(jìn)行裁剪

利用汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩外形曲面對(duì)基礎(chǔ)實(shí)體進(jìn)行裁剪,并根據(jù)需要倒角。最后完成的的外形輪廓如圖3所示。

圖3 汽車方向盤(pán)外形輪廓

2.3 對(duì)汽車方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱罩的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)

首先我們根據(jù)需要,對(duì)這個(gè)實(shí)體模型進(jìn)行抽殼。之后根據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)好汽車的點(diǎn)火鑰匙孔、應(yīng)急燈控制手柄安裝孔、轉(zhuǎn)向燈控制手柄安裝孔等功能部件,并利用功能建模獨(dú)有的“保護(hù)區(qū)域”命令進(jìn)行保護(hù)區(qū)域的設(shè)計(jì)。在設(shè)置好“保護(hù)區(qū)域”后,任何后續(xù)的修改都不能對(duì)其特征產(chǎn)生破壞,因此也稱避空區(qū)域。通過(guò)裁剪命令、外推等操作,自動(dòng)地生成壁厚均勻的安裝座。最后的效果如圖4所示(紅色半透明區(qū)域即是保護(hù)區(qū)域)。

圖4 保護(hù)區(qū)域的設(shè)計(jì)效果

2.4 根據(jù)模具設(shè)計(jì)、制造及強(qiáng)度要求進(jìn)行一些結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

首先通過(guò)分模面對(duì)這個(gè)腔體進(jìn)行分割,在設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋后設(shè)計(jì)一個(gè)公母卡扣用來(lái)裝配過(guò)程中的固定。

在功能建模過(guò)程中,我們只需要一個(gè)命令就可以根據(jù)一個(gè)草圖完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì),并利用draft選項(xiàng)設(shè)計(jì)一個(gè)拔模角(如圖5);在倒角指令中,利用角中的選項(xiàng):intersection with core完成加強(qiáng)筋與腔體內(nèi)壁的全部倒角(如圖6)。

圖5 設(shè)計(jì)拔模角

圖6 加強(qiáng)筋與腔體內(nèi)壁的全部倒角

最后利用CATIA強(qiáng)大的知識(shí)工程能力調(diào)用一個(gè)預(yù)先使用powercopy形成的公母卡扣標(biāo)準(zhǔn)件,通過(guò)指定幾個(gè)基本的定位及尺寸參數(shù)后完成卡扣的設(shè)計(jì)(如圖7),指令簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)潔。完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

圖7 卡扣設(shè)計(jì)

3 功能建模在產(chǎn)品變更中的使用

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)末期以及產(chǎn)品的使用過(guò)程中往往暴露一些設(shè)計(jì)的缺陷,或者更換某些部件常常會(huì)導(dǎo)致一些產(chǎn)品變更。得益于CATIA的全參數(shù)化設(shè)計(jì),在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變更中,通過(guò)功能建模完成的產(chǎn)品往往只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的替換等操作,將原來(lái)的一些產(chǎn)品要素進(jìn)行更新即可完成要求。而在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于參數(shù)的不完全傳遞或者其他的一些因素導(dǎo)致參數(shù)丟失,在變更過(guò)程中往往要進(jìn)行大量的工作才能實(shí)現(xiàn),有時(shí)侯甚至不得不重新設(shè)計(jì),浪費(fèi)了大量的人力和時(shí)間,延長(zhǎng)了產(chǎn)品的上市時(shí)間,給公司帶來(lái)很大的損失。

下面通過(guò)我們前面的實(shí)例對(duì)變更的響應(yīng)來(lái)了解功能建模的優(yōu)勢(shì)所在。

圖8 產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更

根據(jù)分析,從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路來(lái)看必將面臨著很人的困難,首先是外形的變化必將影響到所以與此相關(guān)的子特征;而楔形塊位置的變化又牽涉到加強(qiáng)筋的牽移等等。而我們通過(guò)功能建模功能,只需將產(chǎn)生這些特征的原始特征進(jìn)行replace替換更新便可以實(shí)現(xiàn)特征的傳遞。

圖9 實(shí)現(xiàn)特征傳遞

4 結(jié)語(yǔ)

功能建模技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車零部件、電子、電器、消費(fèi)品等基于模具制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)。功能建模方法能夠提高設(shè)計(jì)師的靈活性及效率,使設(shè)計(jì)師可以將精力集中于要如何設(shè)計(jì),而非如何建模。由于不受建模順序影響因此建模穩(wěn)定,不易出錯(cuò)。因此,在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用前景。

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