基于CATIA知识工程的舱门参数化设计及产品库建立

闫青龙，范春海，杨贝贝，李 培

(江苏常隆客车有限公司，江苏 江阴 214400)

目前通过三维软件设计使得舱门结构能够更加直观表现，但是传统的三维设计需要根据不同的舱门结构对其一一建模，一套整车舱门设计下来费时费力，不符合现代化设计观念，亟需一种全新的设计方法。参数化建模方法因此应运而生，运用建模软件中的知识工程模块的特有功能，完成舱门数模构建，并对其进行参数化编辑；根据不同的结构对舱门规格进行分类汇总，并存入CATIA产品库中等待调用[1]。舱门设计时只需根据相关设计要求从舱门产品库中调用已有模块，并对其参数进行修改即可完成所需舱门的设计工作。本文重点论述一种基于CATIA知识工程的客车舱门参数化设计与产品库建立的方法，使舱门设计过程简易化，极大提升设计效率，缩短整车开发周期[2]。

1 曲型结构的舱门模型构建

1.1 舱门规格尺寸分析

客车舱门的外门板一般选用3 mm厚5052牌号铝板，根据设计需要在门板开出锁具安装孔及灯具安装孔，根据车舱用途不同，有些还需要开散热格栅[3]。外门铝板的加强梁一般由30 mm×20 mm×1.5 mm的矩形铝管拼焊而成；其铰链安装预埋板一般设置于舱门上侧，并根据铰链规格确定焊接位置；其气弹簧的上安装支架位于舱门两侧，并焊接于铝型材加强梁之上。

其中，外门板尺寸会根据造型以及实际设计需要而改变，一般为矩形，具体尺寸受空间周边条件的限定；锁具安装孔规格尺寸为固定值，安装位置根据侧围骨架锁止件位置设定。构建门板实体模型时需预设尺寸，然后再根据设计数据进行修改。为方便定位，气弹簧上安装支架外侧与铝型材加强纵梁外侧保持对齐，距离门板两侧90 mm(该参数根据不同车型更改),其中心孔距离舱门上端尺寸为80 mm。铰链安装预埋板与铝型材加强梁相连接，距离舱门上端尺寸由铰链规格确定，一般焊接在骨架内侧[4]。

1.2 舱门结构设计参数化

为使舱门结构建模直观化、可编辑化，借助CATIA知识工程模块对舱门进行结构化设计并编辑其参数，创建参数公式将结构尺寸与参数相关联，以此来驱动舱门实体结构的特征。本文以某12 m客车驾驶员下舱门为例，分别对舱门外门板、铝型材、气弹簧上安装支架、铰链安装埋板进行分步实体模型构建以及参数编辑，并将其作为舱门模板保存到CATIA产品库中。

1.2.1 舱门外弧面输入

舱门外弧面由整车造型面设定，不同车型外弧面不同，因此需将外弧面作为变量参数设定，需创建不同曲线，通过创成式拉伸命令实现曲面创建。在草图中创建造型外曲线，并对其曲率参数进行编辑，通过拉伸命令创建造型面，将该面作为舱门外弧面。后续所有造型线均需投影到该面以完成舱门外弧面的设计，同时将草图保存，后续根据不同车型输入造型外曲线曲率参数对其进行替换[5]。

1.2.2 创建舱门参数与三维特征

1) 进入CATIA知识工程模块创建相关参数，门板长度为645 mm，门板宽度为770 mm，门板厚度为3 mm，同时进入零件设计模块对门板进行实体建模，建立草图约束尺寸并与前期所创建参数进行关联，将草图投影到舱门外弧面(造型外表面)，对投影线进行加厚处理，同时创建参数门板厚度为3 mm，厚度与所设参数关联。至此门板相关参数及模型创建完毕。

2) 创建锁孔位置。一般为三角锁，锁孔规格一致，直接创建锁孔草图并对其位置进行约束，同时创建锁孔与门板两侧边距及锁孔与门板下侧边距等参数，将约束尺寸与所创建参数关联，锁孔位置及规格创建完成。

3) 创建舱门铝骨架型材规格，创建型材截面规格参数，并创建草图截面，对型材边距进行设置，将尺寸约束与所创建参数关联。铝骨架型材创建完成[6]。

4) 不同舱门中气弹簧上支架虽形状规格不同，但设计原理相同。为方便后期产品库搭建，对现有支架进行分析，最终设计出一种通用气弹簧安装支架，舱门设计时只需改变其上下位置即可，建立支架草图，并对其位置进行约束，创建约束参数气弹簧上支架中心孔与门板上侧距离为80 mm。

5) 创建铰链安装预埋板，并预先根据铰链安装孔进行钻孔攻丝处理。考虑舱门所用铰链不同，所需预埋板尺寸不同，为方便后期更改，对预埋板尺寸进行参数化约束。在预埋板上预设螺纹孔，一般为2个，并对螺纹孔大小及位置进行参数化创建。

最终完成客车舱门实体参数建模与三维特征创建[7]，如图1所示。

图1 舱门参数设定与三维模型创建

1.3 创建参数设计表

对结构参数以EXCEL表格的方式进行管理[8]。单一模型的导入无法形成产品库，需要根据设计对结构参数进行编辑，创建多组实体模型来组建产品库，如图2所示。在表格中添加新列表，在列的首行输入“PartNumber”，在该列下方写入产品代号(使用英文小写字母依次排列)，参照第一组数据对剩余数据进行编辑，在CAD二维图纸中构建整车舱门零件草图，并测量其尺寸，将测量值作为已知参数填入对应表格中，依次完成整车舱门参数编辑，最后将表格以默认属性保存，参数设计表的创建完成。后续可根据不同车型对表格数据进行更改，重新保存即可完成新舱门参数创建工作。

图2 参数设计表编辑

2 创建舱门产品库及调用

完成以上准备工作即可创建舱门产品库。进入catalog模块,打开目录编辑器进入编辑界面，点击添加零件系列，按照提示步骤点击选择文档，选择前期所保存的实体模型文件，点击确定，将所构建的舱门实体模型导入产品库中，如图3所示。后续按照此方式导入不同类型舱门，逐渐扩大产品库中舱门类型与规格。对导入模型数据进行分类整理，为后续零件调用提供方便[9-10]。

图3 产品库模型预览

使用CATIA产品库建立客车新舱门实体模型，可采用两种方法：一种是直接从产品库调用相同规格模型，在结构树中对模型参数进行修改；另一种将客车舱门参数输入表格中保存，直接调用生成所需新舱门实体模型[11]。这两种方法改变了以往新建舱门实体模型的方式，不用再单独建立舱门的三维模型，只需直接编辑舱门参数就可生成所需新舱门实体模型，给设计工作带来很大的方便。

如图4所示，进入CATIA 装配模块，选择工具点击目录浏览器，选择舱门类型a、b、c等，根据设计需要对所选类型中的门板长度、宽度等参数进行编辑修改，修改完成后实现对产品库的调用，生成所需舱门实体模型。舱门实体模型作为单独模型与产品库隔离，可以在该零件实体模型的基础上对其进行结构更改、增加格栅等操作，当模型建立完成后另存为模型数据使用，不会对产品库造成影响[12]，或者将其导入产品库中，方便下次调用。

图4 产品库调用

3 结束语

CATIA知识工程模块的应用，将舱门整体结构模块化、参数化，并对不同规格舱门进行分类保存，存入产品库使用，当需要进行新舱门设计时，只需从产品库中选择，并通过修改相关参数即可达到设计要求，替代传统的建模方式，大大提升了工作效率。