CATIA V5功能建模技術在汽車零件結構設計中的應用

2016-11-08  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

目前,汽車上業(yè)主要是通過設計數(shù)據(jù),構造零、部件CAD模型和模具CAD模型,再通過數(shù)控加工制造模具,進而再進行零件生產(chǎn)的設計制造流程。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,全球采購已經(jīng)初具雛形,一般都是汽車整車企業(yè)汽車研究機構對汽車進行總布置設計,以及對汽車的關鍵尺寸及外形進行設計,之后將數(shù)據(jù)通過實時協(xié)同功能傳遞給汽車零部件制造企業(yè)進行詳細的結構設計、模具設計最終完成制造并供貨。但是隨著供應鏈的的復雜化,以及產(chǎn)品更新的頻繁化,一些傳統(tǒng)的三維設計方法在產(chǎn)品設計以及后期產(chǎn)品變更方面顯得相當困難。該現(xiàn)狀促成了CATIA V5功能建模在汽車行業(yè)的廣泛使用。

功能建模技術在汽車領域主要應用是:1)汽車車身及底盤部件的結構設計;2)零件的動定模設計。

1 功能建模前的準備工作

CATIA軟件在造型風格、車身等方而具有獨特的長處,使用自動化的多表而曲率與切矢管理,可幫助用戶快速進行風格造型和曲面造型。目前一些著名汽車制造商如Renault、Toyota、Kar2man、Volvo、Chrysler等已經(jīng)100%的切換為CATIA設計,并且被各國的汽車零、部件供應商所認可。CATIA事實上已成為汽車行業(yè)CAD軟件標準。本實例中,我們通過CATIA的逆向工程(reverse engine)及正向造型完成了外形曲面的設計。

2 CATIAV5功能建模在汽車零部件的結構設計中的應用

下面通過一個汽車方向盤轉向柱罩的結構設計,說明功能建模的開發(fā)過程。

圖1 汽車方向盤轉向柱罩的結構設計

2.1 對主機廠提供的外形曲而進行校驗并完成基礎實體的創(chuàng)建

如圖2所示,我們從主機廠獲得汽車方向盤轉向柱罩的外形曲面(圖2中黃色的面)和相關的一些裝配曲面,確認后開始進行設計,首先進行一個基礎實體的創(chuàng)建,要保證這個基礎實體能將汽車方向盤轉向柱罩全部包容(圖2的半透明區(qū)域)。

圖2 汽車方向盤轉向柱罩的外形曲面

2.2 對基礎實體進行裁剪

利用汽車方向盤轉向柱罩外形曲面對基礎實體進行裁剪,并根據(jù)需要倒角。最后完成的的外形輪廓如圖3所示。

圖3 汽車方向盤外形輪廓

2.3 對汽車方向盤轉向柱罩的結構件進行設計

首先我們根據(jù)需要,對這個實體模型進行抽殼。之后根據(jù)數(shù)據(jù)設計好汽車的點火鑰匙孔、應急燈控制手柄安裝孔、轉向燈控制手柄安裝孔等功能部件,并利用功能建模獨有的“保護區(qū)域”命令進行保護區(qū)域的設計。在設置好“保護區(qū)域”后,任何后續(xù)的修改都不能對其特征產(chǎn)生破壞,因此也稱避空區(qū)域。通過裁剪命令、外推等操作,自動地生成壁厚均勻的安裝座。最后的效果如圖4所示(紅色半透明區(qū)域即是保護區(qū)域)。

圖4 保護區(qū)域的設計效果

2.4 根據(jù)模具設計、制造及強度要求進行一些結構件的設計

首先通過分模面對這個腔體進行分割,在設計加強筋后設計一個公母卡扣用來裝配過程中的固定。

在功能建模過程中,我們只需要一個命令就可以根據(jù)一個草圖完成整個結構的加強筋設計,并利用draft選項設計一個拔模角(如圖5);在倒角指令中,利用角中的選項:intersection with core完成加強筋與腔體內(nèi)壁的全部倒角(如圖6)。

圖5 設計拔模角

圖6 加強筋與腔體內(nèi)壁的全部倒角

最后利用CATIA強大的知識工程能力調用一個預先使用powercopy形成的公母卡扣標準件,通過指定幾個基本的定位及尺寸參數(shù)后完成卡扣的設計(如圖7),指令簡單、簡潔。完成結構的設計。

圖7 卡扣設計

3 功能建模在產(chǎn)品變更中的使用

在產(chǎn)品的設計末期以及產(chǎn)品的使用過程中往往暴露一些設計的缺陷,或者更換某些部件常常會導致一些產(chǎn)品變更。得益于CATIA的全參數(shù)化設計,在產(chǎn)品的設計變更中,通過功能建模完成的產(chǎn)品往往只需要經(jīng)過簡單的替換等操作,將原來的一些產(chǎn)品要素進行更新即可完成要求。而在傳統(tǒng)的設計過程中,由于參數(shù)的不完全傳遞或者其他的一些因素導致參數(shù)丟失,在變更過程中往往要進行大量的工作才能實現(xiàn),有時侯甚至不得不重新設計,浪費了大量的人力和時間,延長了產(chǎn)品的上市時間,給公司帶來很大的損失。

下面通過我們前面的實例對變更的響應來了解功能建模的優(yōu)勢所在。

圖8 產(chǎn)品設計變更

根據(jù)分析,從傳統(tǒng)的設計思路來看必將面臨著很人的困難,首先是外形的變化必將影響到所以與此相關的子特征;而楔形塊位置的變化又牽涉到加強筋的牽移等等。而我們通過功能建模功能,只需將產(chǎn)生這些特征的原始特征進行replace替換更新便可以實現(xiàn)特征的傳遞。

圖9 實現(xiàn)特征傳遞

4 結語

功能建模技術已經(jīng)廣泛應用于汽車零部件、電子、電器、消費品等基于模具制造的產(chǎn)品設計行業(yè)。功能建模方法能夠提高設計師的靈活性及效率,使設計師可以將精力集中于要如何設計,而非如何建模。由于不受建模順序影響因此建模穩(wěn)定,不易出錯。因此,在產(chǎn)品的結構設計模具設計行業(yè)均有廣泛的應用前景。

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