基于CATIA建立机电零件标准件库

李 强,吴维金,施实建

(1.成都希盟泰克科技发展有限公司,四川 成都 610041;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

CATIA V5的设备与系统设计模块是一个面向对象的软件系统,它可以使设计者根据已有的库模型很容易地进行机电设备布置及管系设计,并可对模型进行空间分析检测、智能报表统计、二/三维结果输出等,为水电行业厂房与机电设计提供一个高效的设计手段。CATIA V5虽然有自己的标准件库功能,但其格式是开发商自己定义的通用格式而且还不全面,不能有效地与我国的企业标准结合起来。而不同行业和企业都拥有自己制定的一些标准,如水电行业机电零件使用的标准 GBT12459、GBT9115.1等,对机电零件尺寸规格等有具体的规定,如公称直径、公称压力、零件编号、端部样式、材料等,因此需要建立一套符合本专业实际需要的机电零件标准件库。

2 CATIA机电库环境介绍

CATIA机电库环境由机电各专业资源文件构成,如管路(包含连接管路的设备和管路零件)、通风等专业。其中各专业资源包括模型库、设计规则库、标准库、规格库等,它们分别由 CATALOG库资源管理文件管理,如 PipingParts.catalog、Piping-DesignRules.catalog、PipingStandards.catalog、PipingSpecifications.catalog等。用户可以根据设计需求从零件库中选取标准件安放,同一零件可重复使用,从而提高工作效率。例如在水力机械管路设计中,CATIA V5为管路设计提供了完整的工具用于创建、修改和分析管路设计,并可以进行建档和管理。机电各专业的设备与系统设计非常复杂,在设计中使用的设备模型、管路零件等是通过建立专业库来实现的。而 CATIA调用设备与零件并不只是简单地根据库结构来调用模型,在 CATIA机电库环境中带有各专业的字典文件,它记录了各专业标准零件的“类”,如“法兰”就是一个零件的“类”,将带有“类”的库零件及专业设备都放到机电环境系统中,用户可直接通过类浏览器或规则调用设备与零件,使设计更加高效、智能化。

机电库环境系统数据结构见图1,管路零件类结构见图2,通风零件类结构见图3。

3 建立管路零件标准件库

3.1 利用参数和设计表建立标准件

由于在机电专业管线系统设计中,标准件、通用件的尺寸可以通过查表获得,在 CATIA V 5中可应用表格驱动几何图形实现这一功能。应用表格驱动几何图形,首先应将与零件尺寸有关的标准数据以表格的形式存放在相应的文件中,并建立表中数据与三维模型特征参数的关系,通过选择表中不同记录达到改变几何尺寸获得所需零件的模型。在CATIA的参数化设计中,可以使用的图表格式有两种,一种是 TXT文本格式,一种是 EXCEL格式。用户在调用标准件时,只需选择标准件型号,CATIA将会根据设计表获取该型号具体尺寸参数,达到修改尺寸、改变形状的目的。CATIA标准件所带的设计表见图4。

图1 机电库环境系统数据结构

图2 管路零件类结构

图3 通风零件类结构

另外,也有一类管路零件标准件的尺寸参数没有固定值,而是在设计过程中根据实际情况确定,如弯管的角度,用户可以在零件设计的过程中将这类参数定义为“Override Parameters”,即设计人员将模型调出后可以重写的参数(见图5)。

3.2 添加标准件属性

由于在水电行业中管路标准件不做生产设计,不需要对单个零件出制造加工图,因此可根据需求将标准件大量的几何体细节的表达省去,取而代之的是丰富的属性参数信息,包括关键的几何参数信息(管长、管壁厚等)和非几何参数信息(标准件名称、零件编号、材料、单件重量等)。零件属性参数具有数据量小、方便查询与计算、可用于统计输出等特点。

在 CATIA V 5中,管路标准件的属性参数通过管路零件字典文件管理。在客户化机电环境时,用户使用特征字典编辑器编辑该字典文件,可以定义各种标准件的“类”,为零件的“类”添加各种属性参数、定义命名规则、颜色规则等(见图6)。在创建管路标准件时,用户需要为模型选定一个“类”,模型将根据字典文件获取该“类”的属性参数等(见图7)。

3.3 建立标准件规则

在 CATIA V 5中,管路标准件规则可以分为两类,即客户化环境中的设计规则和模型内部的设计规则。

图4 CATIA标准件所带的设计表

图5 用户输入参数窗口

图6 CATIA标准件属性信息

图7 字典文件对模型属性的管理

图8 材料厚度规则

客户化环境中的设计规则是管路零件模型通用的设计规则,由 TXT或 EXCEL格式的文档记录设计规则,并由 catalog规则库进行管理。如图 8中的材料厚度规则,M inSize和 MaxSize列是管道的尺寸范围,MaterialCategory是管道的材料号,系统根据尺寸范围和材料号得出管道厚度。如一根尺寸规格为 800mm的不锈钢管道,根据图 8可得到1.9mm的厚度尺寸。

模型内部的设计规则是通过 CATIA知识工程模块提供的 Rules功能编写程序代码,能够有条件地改变尺寸的值,有条件地激活或隐藏特征等等,如图 9中的弯管。

可将以下弯管转角半径规则加入零件规则以控制其尺寸:

ThroatRadius和 BendRadius参数分别表示用户输入的喉径与中心曲率半径,经过调试上述语句能够根据 ThroatRadius与 BendRadius参数值分三种情况计算弯管转角半径。

图9 应用知识工程模块建立的弯管

3.4 导入 Catalog库编辑器

CATIA标准件模型是通过 CATALOG库文件管理的,Catalog由章节(Chapter)、系列(Families)组成标准件库的数据结构,用户将带设计表的标准件模型导入到 CATALOG所对应的系列中,标准件模型将根据设计表中数据解析成为不同型号的单个模型。Catalog中的每个系列分别包含了该系列的引用 (Reference)、关键字(Keywords)、预览 (Preview)等信息,其中,引用列表中记录了每个模型的引用位置信息,在 CATALOG库编辑器的“Keywords”关键字列表中,显示了标准件模型解析后生成的各零件型号名称、规格、材料等固有属性(见图10)。在 CATALOG库编辑器的“Preview”预览窗口中,显示了标准件模型解析后各型号模型的预览(见图11)。

图10 CATALOG中的属性信息

图11 CATALOG中的几何图形预览

4 结束语

本文介绍了基于 CATIA V 5软件在预定义的机电库环境系统中,应用三维可视化建模工具与知识工程模块建立带属性及设计规则的三维标准件的方法。机电库环境系统的建立,实现了数据共享,为解决机电专业中大量标准件的建立与使用提供了一条有效的途径,可较大地提高设计效率。

[1]CATIA V 5 R19帮助文档.

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