CATIA V5軟件在客車車身數(shù)字化設(shè)計上的應(yīng)用

蔣勇，張潘

（金龍汽車（西安）有限公司，陜西 西安 710119）

前言

隨著現(xiàn)代 CAD軟件技術(shù)的發(fā)展，從事客車結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計人員早已淘汰了手工繪圖的圖板，全面轉(zhuǎn)向 CAD的二維繪圖時代，從而明顯降低設(shè)計成本，縮短設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，減少工作 強(qiáng)度，濃縮和提煉優(yōu)秀的設(shè)計經(jīng)驗，提高了產(chǎn)品的設(shè)計水平，因而二維 CAD得到了廣泛的應(yīng)用。但是二維 CAD在處理復(fù)雜的投影線生成、曲面造型、整車裝配分析、機(jī)構(gòu)運動關(guān)系分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等很多方面，有著先天性的不走。三維CAD即可解決二維CAD的這些方面的障礙。Catia軟件在曲面造型方面具有獨特的優(yōu)勢，因而廣泛應(yīng)用于航天、汽車等行業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計中。汽車產(chǎn)品設(shè)計中很大部分零部件是由一系列復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成的，這種連接既要滿足零件功能、結(jié)構(gòu)的要求，有要光滑過渡，達(dá)到平順、和諧的效果。CATIA軟件的曲面造型技術(shù)為這類零部件的設(shè)計提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，是汽車的設(shè)計更趨完美，設(shè)計周期越來越短，極大地提高了汽車開發(fā)效率。

1 車身三維數(shù)字化設(shè)計方法及流程

客車車身三維數(shù)字化設(shè)計是指運用三維設(shè)計軟件對客車車身包括前后圍、骨架、內(nèi)外蒙皮、風(fēng)窗、車門以及車身附件進(jìn)行三維數(shù)字化建模，是進(jìn)行工程分析和計算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)。

圖1 客車車身三維數(shù)字化設(shè)計流程

客車車身數(shù)字化一般流程為：首先在客車產(chǎn)品規(guī)范提出的產(chǎn)品參數(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡單的車身總布置設(shè)計，建立車身三視圖；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行車身前后圍及側(cè)圍造型設(shè)計，最后利用CATIA軟件的三維數(shù)字化建模功能進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)設(shè)計。具體流程如圖1所示。

（1）產(chǎn)品參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行車身總布置設(shè)計，確定車型的基本參數(shù)：總長、總寬、總高、軸距、輪距、離地間隙、接近角、離去角及車門形狀、位置等基本設(shè)計數(shù)據(jù)和車型的設(shè)計要求，勾勒出車身的外輪廓線，建立車身三視圖。

（2）車身外cas設(shè)計。通過繪制整車效果圖和車身總布置三視圖，進(jìn)行車身外cas設(shè)計。

（3）整車DTS設(shè)計。在三維造型曲面上確定各部件交接位置及覆蓋件邊界。

（4）骨架總成設(shè)計。在造型曲面及蒙皮總成提取骨架構(gòu)造線，進(jìn)行骨架總成設(shè)計。

（5）通過制定的內(nèi)飾方案及骨架總成的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)飾總成設(shè)計。在造型面和分解現(xiàn)的基礎(chǔ)上對車窗、車門、蒙皮以及其他附件等進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2 catia V5在車身設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 某車身三維曲面數(shù)字化建模

根據(jù)車身表面構(gòu)造曲線的擬合方式，在CATIA環(huán)境下建立如圖3所示的曲線模型，前圍的造型依賴于這些曲線，由構(gòu)造曲線可以掃略出前圍三維造型（圖2）。

圖2 前圍三維造型設(shè)計

在具體設(shè)計時，可以將每根構(gòu)造曲線切割成線段，以方便造型。主要造型面有三個曲面片組成，每部分從左到右曲率都是連續(xù)的，其中，1區(qū)即前風(fēng)擋玻璃上部造型面與頂蓋連續(xù)；2區(qū)包括前風(fēng)窗玻璃及外覆蓋件；3區(qū)包括車燈、左右燈板、前中門等部分。由于此結(jié)構(gòu)外形曲線與蒙皮都是一致的，在設(shè)計時，把此部分看成一個整體，之后再確定分封位置，進(jìn)而對風(fēng)窗玻璃、側(cè)窗進(jìn)行設(shè)計。

2.2 分縫線及覆蓋件邊界的確定

分縫線和覆蓋件邊界主要包括前風(fēng)窗玻璃、側(cè)風(fēng)窗玻璃和車門、車燈等分界，以前風(fēng)窗玻璃為例，首先在側(cè)圍與頂蓋的外形曲線投影到預(yù)先確定的一個平面上，該平面與前圍正對平面平行。為滿足造型需求，將側(cè)圍投影線向內(nèi)平移一定距離，將頂蓋投影曲線向下平移，根據(jù)造型確定前風(fēng)窗下邊界曲線，此時已經(jīng)形成一個封閉曲線，最后將平面內(nèi)的封閉曲線投影至前圍造型曲面上，通過切割邊得到了前風(fēng)窗與周邊覆蓋件的分界線了。

2.3 骨架總成設(shè)計

根據(jù)前圍曲面造型、側(cè)圍外蒙皮的位置進(jìn)行骨架總成設(shè)計。具體方法是從蒙皮上用提取命令，提取所要生成鋼管的引導(dǎo)線，然后由蒙皮向內(nèi)移動適當(dāng)?shù)木嚯x，生成立柱中心引導(dǎo)線，然后通過立柱斷面掃略而成立柱形狀，進(jìn)而來完成整個骨架總成。圖3所示為骨架總成。

圖3 車身骨架總成

2.4 內(nèi)外飾件及其余附近設(shè)計

在造型面和分界線的基礎(chǔ)上對各部件進(jìn)行設(shè)計。如根據(jù)骨架總成設(shè)計內(nèi)飾、風(fēng)道、前后頂燈，最后把六大片組成一個整體，如圖4所示。

圖4 車身造型

3 結(jié)束語

三維 CAD平臺為國內(nèi)客車企業(yè)提供了一個全新的設(shè)計平臺，采用全數(shù)字化設(shè)計，CATIA可以提供多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，總體設(shè)計人員只要將基本的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)放出去，設(shè)計組其他成員便可以開始工作，即可以協(xié)同工作，又不相互牽連。由于模型之間的相互連接性，使得上游設(shè)計結(jié)構(gòu)可以作為下游的參考，同時，上游對設(shè)計的改動通過刷新可以直接體現(xiàn)到下游設(shè)計中，這樣從技術(shù)上提供了并行設(shè)計環(huán)境，從而使得并行設(shè)計思想在客車車身數(shù)字化設(shè)計中得到實現(xiàn)，將極大地提高了設(shè)計效率，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，降低制造成本，提高企業(yè)競爭力。

[1] 周正濤.客車車身覆蓋件的設(shè)計與制造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[2] 谷正氣,樊碧吾.客車車身幾何建模的應(yīng)用研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報,1999.