基于CATIA的汽车冲压模具零件库研究与实现

徐 雳 于 婧 翟元盛

[摘 要]针对目前国内汽车模具行业用的大型三维CAD软件自带零件库不足的问题,建立一种基于CATIA知识顾问技术的冲压模具零件库,设计基于知识的零件模型库,零件信息数据库,使用VB构建控制界面,以斜楔零件库为例验证该方案实际应用情况。

[关键词]零件库 参数化 知识顾问 二次开发 CATIA

[中图分类号]TP391[文献标识码]A [文章编号]1007-9416(2009)12-0069-03

为解决目前国内引进的一些大型三维CAD软件提供的标准件库资料不全,与国内的设计标准、规范存在差异,不能在企业设计工程中发挥有效作用的现状,提出了建立三维CAD软件零件库的需求。

CATIA系统已成为汽车模具行业的主流CAD平台,其零件库的开发已成为数字化产品定义和模具快速设计的关键。本文选用VB开发环境下的二次开发方法,将CATIA的库文件加入程序框架,引用类对象、函数等进行二次开发。VB使用脚本语言,界面友好可满足功能,且上手快,能够提高开发效率。

1 零件库的设计方案

经过分析建立冲压模具的零件库主要应具备零件智能设计功能,自动参数化建模,提供各种零件信息,同时界面友好,易于用户理解。根据上述功能要求,本文所开发的冲压模具零件库需进行三部分设计,冲压模具零件模型,零件信息管理数据库和用户交互界面。

设计过程:

(1)在CATIA V5平台上建立零件、非标准件及斜楔三维零件模型。

(2)提取零件设计与约束信息,在CATIA V5知识工程模块下编写零件的知识信息语句,实现零件的参数约束,设计规则检查,数据更新等智能设计功能,建立零件参数驱动基础。

(3)建立标准件、非标准件及斜楔零件库的特征参数数据库,用于在系统界面中显示零件的特征参数。

(4)以Visual Basic 6.0作为开发语言,结合CATIA V5软件的二次开发技术,对前面所建的零件模型在知识工程模块中进行参数化驱动。

(5)利用Visual Basic6.0分别定制标准件库、斜楔和非标准件零件库的用户界面;开发客户端冲压模具零件库系统,调用ACCESS数据库实现零件参数的选择,以上一步编写的程序驱动零件模型,并通过CATIA V5知识工程模块实现零件智能设计功能,最终完成冲压模具零件设计信息查询、浏览,零件参数化模型的下载或者重新生成功能。本文将以斜楔零件为例,零件库工作流程如图1。

所谓智能设计是利用CATIA知识功能模块,将从专家经验、各种标准、技术规范、数据获取知识建立规则和约束表示出来,形成推理,使设计者在外部程序中输入的零件参数在CATIA中生成新的零件模型。

2 零件模型的建立

本文运用参数化和知识的运用来实现零件库的功能。参数化设计过程限制图形几何元素之间的相互位置及连接关系,通过尺寸驱动方式解决问题。由尺寸约束建立的模型受到约束,改变相应的参数,生成新零件模型。同时CATIA提供了运用知识工程的参数化设计手段。知识工程可以把产品的设计知识用知识工程原理表达出来,组成一个产品知识库,指导设计人员完成产品创新。这两种技术的结合使用避免了设计中的重复劳动,又使得设计的精度提高。以下将以斜楔为例介绍零件模型建立过程。

(1)创建零件模型:根据冲压模具标准件手册,分别对斜楔块、滑块、上底座进行设计。在零件建模同时,选择CATIA的RECORDING MACRO功能,录制宏文件。用作VB中驱动零件生成的脚本。

三维零件参数化驱动部分代码如下:

If list1.list(0) = true Then

Dim documents1 As Documents

Set documents1 = catia.Documents

Dim partDocument1 As PartDocument

Set partDocument1 = documents1.Open("F:…模型图斜楔块.CATPart")

(2)设立用户参数:对一个图形,可能的约束十分复杂,且数量很大,但实际由用户控制的,即能够独立变化的参数一般只有几个,称之为主参数或主约束。建立用户参数与主参数对应,分析两者之间的关系,并建立公式(Formula)显式地表达,通过用户参数控制零件的三维模型。

(3)建立公式:利用公式控制设计对象结构和尺寸,能对企业产品设计进行规范化,并在今后的设计中重用。进入公式编辑区域,在参数列表中选择要进行约束的参数名,输入关系表达式。部分公式如下:

PartBodyPad.1Sketch.1Length.8Length=W1

PartBodyPad.1FirstLimitLength=h1

PartBodyPad.2Sketch.6Length.56Length=H1-h1

PartBodyPad.2Sketch.6Offset.119Offset=S1 PartBodyPad.2Sketch.6Angel.118Angel=a

(4)建立规则。在手动输入斜楔参数时,因为零件参数与数据库中存在的数据不同,要通过参数驱动生成新零件就要应用知识工程技术的规则。在CATIA V5知识顾问模块中采用产生式规则,建立斜楔零件的选择规则和装配规则,其作用是由规则和外部关联元素来驱动设计与装配。以类型选择规则为例,在特征树下新建字符串参数,选择多值类型名为“TYPE”,相应值为9种斜楔型号,以根据输入的参数值自动选择相应类型的参数。进入知识顾问模块,建立类型选择推理部分语句为:

if TYPE="B-UCMSC80-00" THEN PartBodyPad1.Sketch.1Lng.8Activity=true

PartBodyPad3.Activity=false

Else

PartBodyPad1.Sketch.1Lng.8Activity=false

PartBodyPad3.Activity=true

(5)建立检查。检查是用来表达各种企业规范的判断语句,通过判别模型中有关参数和特征的变化情况反映模型出现的异常。根据手册要求,建立滑块底面宽度S2必须比长度W2大,选择警告模式(Warning),当设计的参数不符合规则时,即“S2≤W2”时,弹出警告信息框“S2>W2 is wrong. please check”,提示设计者修改参数。

(6)装配零件。确定装配体中零件相对位置和方向的定位关系为主要装配规则;选择斜楔三部分的接触面,确定法线方向,这些规则将用于新参数驱动生成的斜楔模型保持正确的装配关系。手动装配斜楔块,滑块,上底座,得到斜楔三维模型图。

3 标准件数据库设计

使用数据库主要是实现对标准件分类和参数信息的分类管理。数据库文件采用Microsoft Access2000的数据文件。表内每种类型的信息只保存一次,这样使数据库更有效。本文中设计三个表格,分别为斜楔块,滑块和上底座用户参数,每一行代表一组参数信息。在零件设计系统中将通过窗体对象显示和调用这些参数。

4 零件库的建立

利用CATIA为用户提供的二次开发接口和开放式的内部命令集合建立零件库。在CATIA中建立基于知识工程的零件的零件图,通过VB环境编程得到一个可视化的具有交互性的系统,驱动CATIA生成零件图。

建立VB与CATIA的连接。通过VB访问CATIA是一种进程外脚本访问方式,外部程序通过COM接口来访问CATIA内部的对象。[2]VB将CATIA作为引用对象连接,在VB[工程]/[引用]选项中选择选择与CATIA相关的全部对象库。冲压模具标准件库通过ADO技术访问数据库,实现数据库的添加,查询,修改等功能。建立零件库内部代码,调用CATIA,完成零件库功能。当用户选择某种型号的斜楔模型输入新的数据时,通过参数驱动方式生成新的模型;当用户输入任意的参数值时通过知识工程的推理过程寻找相同或相近的模型,在此模型基础上再通过参数驱动生成新模型。

结语

本文利用VB将CATIA二次开发功能和ACCESS数据库结合起来,设计出了一种基于知识的汽车冲压模具零件库。以斜楔为例,通过智能驱动生成了零件模型,实现了系统功能。建立基于知识的冲压模具零件库有利于提高模具设计效率,交互性强,具有一定实际意义。

[参考文献]

[1] 刘冰,鲁墨武.基于CATIA的三维标准件库开发[J].沈阳航空工业学院报,2005,22(5):30-32.

[2] 胡挺,吴立军.CATIA二次开发技术基础[M].北京:电子工业出版社.2006.

[3] 郑可煌.实用冲压模具的设计手册[M].北京:宇航出版社.1990.

[4] 顾晓华,钟梁维.基于知识工程的参数化设计[J].机械设计与制造工程,2001(4):17-18.

[5] 王智明,杨旭,平海涛.知识工程及专家系统[M].北京:化学工业出版社.2006.