基于CATIA建立機電零件標準件庫

李 強,吳維金,施實建

(1.成都希盟泰克科技發展有限公司,四川 成都 610041;2.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

CATIA V5的設備與系統設計模塊是一個面向對象的軟件系統,它可以使設計者根據已有的庫模型很容易地進行機電設備布置及管系設計,并可對模型進行空間分析檢測、智能報表統計、二/三維結果輸出等,為水電行業廠房與機電設計提供一個高效的設計手段。CATIA V5雖然有自己的標準件庫功能,但其格式是開發商自己定義的通用格式而且還不全面,不能有效地與我國的企業標準結合起來。而不同行業和企業都擁有自己制定的一些標準,如水電行業機電零件使用的標準 GBT12459、GBT9115.1等,對機電零件尺寸規格等有具體的規定,如公稱直徑、公稱壓力、零件編號、端部樣式、材料等,因此需要建立一套符合本專業實際需要的機電零件標準件庫。

2 CATIA機電庫環境介紹

CATIA機電庫環境由機電各專業資源文件構成,如管路(包含連接管路的設備和管路零件)、通風等專業。其中各專業資源包括模型庫、設計規則庫、標準庫、規格庫等,它們分別由 CATALOG庫資源管理文件管理,如 PipingParts.catalog、Piping-DesignRules.catalog、PipingStandards.catalog、PipingSpecifications.catalog等。用戶可以根據設計需求從零件庫中選取標準件安放,同一零件可重復使用,從而提高工作效率。例如在水力機械管路設計中,CATIA V5為管路設計提供了完整的工具用于創建、修改和分析管路設計,并可以進行建檔和管理。機電各專業的設備與系統設計非常復雜,在設計中使用的設備模型、管路零件等是通過建立專業庫來實現的。而 CATIA調用設備與零件并不只是簡單地根據庫結構來調用模型,在 CATIA機電庫環境中帶有各專業的字典文件,它記錄了各專業標準零件的“類”,如“法蘭”就是一個零件的“類”,將帶有“類”的庫零件及專業設備都放到機電環境系統中,用戶可直接通過類瀏覽器或規則調用設備與零件,使設計更加高效、智能化。

機電庫環境系統數據結構見圖1,管路零件類結構見圖2,通風零件類結構見圖3。

3 建立管路零件標準件庫

3.1 利用參數和設計表建立標準件

由于在機電專業管線系統設計中,標準件、通用件的尺寸可以通過查表獲得,在 CATIA V 5中可應用表格驅動幾何圖形實現這一功能。應用表格驅動幾何圖形,首先應將與零件尺寸有關的標準數據以表格的形式存放在相應的文件中,并建立表中數據與三維模型特征參數的關系,通過選擇表中不同記錄達到改變幾何尺寸獲得所需零件的模型。在CATIA的參數化設計中,可以使用的圖表格式有兩種,一種是 TXT文本格式,一種是 EXCEL格式。用戶在調用標準件時,只需選擇標準件型號,CATIA將會根據設計表獲取該型號具體尺寸參數,達到修改尺寸、改變形狀的目的。CATIA標準件所帶的設計表見圖4。

圖1 機電庫環境系統數據結構

圖2 管路零件類結構

圖3 通風零件類結構

另外,也有一類管路零件標準件的尺寸參數沒有固定值,而是在設計過程中根據實際情況確定,如彎管的角度,用戶可以在零件設計的過程中將這類參數定義為“Override Parameters”,即設計人員將模型調出后可以重寫的參數(見圖5)。

3.2 添加標準件屬性

由于在水電行業中管路標準件不做生產設計,不需要對單個零件出制造加工圖,因此可根據需求將標準件大量的幾何體細節的表達省去,取而代之的是豐富的屬性參數信息,包括關鍵的幾何參數信息(管長、管壁厚等)和非幾何參數信息(標準件名稱、零件編號、材料、單件重量等)。零件屬性參數具有數據量小、方便查詢與計算、可用于統計輸出等特點。

在 CATIA V 5中,管路標準件的屬性參數通過管路零件字典文件管理。在客戶化機電環境時,用戶使用特征字典編輯器編輯該字典文件,可以定義各種標準件的“類”,為零件的“類”添加各種屬性參數、定義命名規則、顏色規則等(見圖6)。在創建管路標準件時,用戶需要為模型選定一個“類”,模型將根據字典文件獲取該“類”的屬性參數等(見圖7)。

3.3 建立標準件規則

在 CATIA V 5中,管路標準件規則可以分為兩類,即客戶化環境中的設計規則和模型內部的設計規則。

圖4 CATIA標準件所帶的設計表

圖5 用戶輸入參數窗口

圖6 CATIA標準件屬性信息

圖7 字典文件對模型屬性的管理

圖8 材料厚度規則

客戶化環境中的設計規則是管路零件模型通用的設計規則,由 TXT或 EXCEL格式的文檔記錄設計規則,并由 catalog規則庫進行管理。如圖 8中的材料厚度規則,M inSize和 MaxSize列是管道的尺寸范圍,MaterialCategory是管道的材料號,系統根據尺寸范圍和材料號得出管道厚度。如一根尺寸規格為 800mm的不銹鋼管道,根據圖 8可得到1.9mm的厚度尺寸。

模型內部的設計規則是通過 CATIA知識工程模塊提供的 Rules功能編寫程序代碼,能夠有條件地改變尺寸的值,有條件地激活或隱藏特征等等,如圖 9中的彎管。

可將以下彎管轉角半徑規則加入零件規則以控制其尺寸:

ThroatRadius和 BendRadius參數分別表示用戶輸入的喉徑與中心曲率半徑,經過調試上述語句能夠根據 ThroatRadius與 BendRadius參數值分三種情況計算彎管轉角半徑。

圖9 應用知識工程模塊建立的彎管

3.4 導入 Catalog庫編輯器

CATIA標準件模型是通過 CATALOG庫文件管理的,Catalog由章節(Chapter)、系列(Families)組成標準件庫的數據結構,用戶將帶設計表的標準件模型導入到 CATALOG所對應的系列中,標準件模型將根據設計表中數據解析成為不同型號的單個模型。Catalog中的每個系列分別包含了該系列的引用 (Reference)、關鍵字(Keywords)、預覽 (Preview)等信息,其中,引用列表中記錄了每個模型的引用位置信息,在 CATALOG庫編輯器的“Keywords”關鍵字列表中,顯示了標準件模型解析后生成的各零件型號名稱、規格、材料等固有屬性(見圖10)。在 CATALOG庫編輯器的“Preview”預覽窗口中,顯示了標準件模型解析后各型號模型的預覽(見圖11)。

圖10 CATALOG中的屬性信息

圖11 CATALOG中的幾何圖形預覽

4 結束語

本文介紹了基于 CATIA V 5軟件在預定義的機電庫環境系統中,應用三維可視化建模工具與知識工程模塊建立帶屬性及設計規則的三維標準件的方法。機電庫環境系統的建立,實現了數據共享,為解決機電專業中大量標準件的建立與使用提供了一條有效的途徑,可較大地提高設計效率。

[1]CATIA V 5 R19幫助文檔.

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