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基于CATIA二次开发的零组件智能装配技术
2017-05-10 20:47:59  作者:朱立峰 胥光申 张守京   来源:互联网
  •   CATIA是法国达索飞机公司开发的集成了CAD,CAM和CAE的软件,凭借其强大的曲面设计功能在制造业的各领域得到了广泛的应用,目前已成为航空工业首选的设计软件。传统的计算机辅助设计(CAD)三维软件的模型装配 ...

  CATIA是法国达索飞机公司开发的集成了CAD,CAM和CAE的软件,凭借其强大的曲面设计功能在制造业的各领域得到了广泛的应用,目前已成为航空工业首选的设计软件。传统的计算机辅助设计(CAD)三维软件的模型装配是由几何元素的约束来实现。用户需要调入零部件,在安装零件和基体零件上分别拾取约束的几何元素,进行一一对应安装。要实现两个零部件之间完全的约束至少要定义两对约束,但是约束这些几何元素过于繁琐,元素的拾取也较为困难,需频繁对界面进行缩放。装配的零部件越多,装配的操作次数也就越多,并且操作烦琐,重复性高,大大降低了装配的效率。目前国内外学者对CATIA自动装配技术方面进行了研究。其中,姚竞争。等研究了CATIA虚拟装配仿真技术;母德强等提出了基于CATIA平台的Framework组件的装配方法,有效的提高了系列化产品的复用;潘志毅利用装配特征定义并对装配约束编码来实现自动装配。这些装配技术仍旧依靠手动添加约束。陈功等。提出了标准件的“批装配”方法,取得较好的快速装配效果,但该方法需用户选择多个装配几何元素。以上研究未能真正实现有效的智能装配,还不能够满足设计中的大量装配工作的需要。

  本文结合CATIA软件的特点,对零组件智能装配技术进行了研究。提出了应用CATIA的Publication功能模块并结合VB(Visual Basic)对CATIA进行了二次开发。通过对模型装配元素进行发布,查找装配特征,创建装配基准和参考元素以及自动建立装配约束,实现在CATIA环境下同批号零组件的智能装配。

  1 以发布形式创建装配特征

  将参与装配的零部件视为刚体,不考虑装配路径以及装配过程中的摩擦力、碰撞等因素对装配的影响。利用CATIA的发布功能”模块将模型参与装配的元素发布在结构树中。对标准件不同匹配类型的装配元素以不同的名称表示,根据发布的自定义名称的装配元素判断特征约束类型,发布元素与约束类型关系如表1所示。

  表1发布元素与约束类型关系

  

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  2 CATIA二次开发

  CATIA的二次开发有多种方法。本文利用VB为开发工具圳对CATIA进行二次开发。在V5Automation中,所有数据都被封装成对象的形式并形成树形结构。通过根对象Application的Documents,Windows和Systemservice等属性便可访问CATIA的所有对象。在VB中对CATIA进行工程引用,采用GetObject和CreateObject方法实现VB和CATIA的连接。通过建立交互界面连接并访问CATIA,在CATIA装配环境进行虚拟智能装配,具体实现方法如图1所示。

  

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  图1 智能装配过程的创建流程

  3 智能装配的实现

  3.1 查找相同直径孔特征

  在进行螺栓、螺母和螺钉等标准件批量装配时,为方便用户便于操作和查看,设计并开发了相同直径的孔及其参数显示的交互界面。用户通过选择输入要装配的孔的参数,可自动寻找符合条件的孔特征,同时将该孔的尺寸、数量等数据显示在交互界面中,辅助用户确定对孔迸行批装配,如图2所示。

  

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  图2 孔装配交互界面

  该算法代码如下:

  1)浏览实体特征。用户输入要装配的孑L的参数并开始查找,系统通过浏览整个零件实体特征,寻找零件文档巾参数匹配的孔特征。其中,在CATIA环境下创建实体元素集合用于特征元素的存储和搜索,利用函数方法为oPart.Bodies.Item(i)。分别浏览实体中的每个特征,若有多个实体,则分别进行搜索。

  2)查找孔特征。找出零件文档上所有的孔特征,并分别检查孔的直径大小。设检查孔的大小为L,装配输人的孔直径的参数为D。通过将D的值赋予L,即LValue=D,通过循环语句找出所有孔直径为D的孔特征。

  3)创建约束。查找出所有符合条件的孑L特征后,利用的函数方法CreateRefElemts Holes(i)为每个孔特征创建参考特征以便添加约束。在系统程序中,通过循环语句可为每个孑L特征创建参考特征。

  3.2 创建参考元素

  在产品文档中将零部件文档作为组件插人CATIA装配环境中,为孔特征创建参考元素,传人的参数为变体类型。

  1)创建孔的中心点。利用函数方法AddNewPointCoord(HoleCenterArr(0),HoleCenterArr(1),HoleCenterArr(2)),为每个待装配孔特征创建参考中心点。

  2)获取孔的方向并创建孔方向的参考线。用函数方法AddNewDirectionByCoord(HoleDirArr(0),HoleDirArr(1),HoleDirArr(2)),来获取孔特征的参考方向。利用函数方法AddNewLinePtDir(refPt.HoleDir,X,Y,False)创建孔方向的参考线,即装配基准,如图3所示。

  

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  图3 孔特征的参考线

  4 建立装配约束

  在CATIA V5的Automation中,约束管理对象Constraints提供了3个方法:AddMonoEhCst,AddBiEhCst和AddTriEhCst,分别用于创建1个,2个和3个元素之间的约束。3个方法都是通过程序创建装配特征元素之间的约束关系,使用的函数类似。

  

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  根据孔的数量实例化插入的组件,获取基体中放置参考元素的几何图形集,并计算孔的数量。分别定义各组件的参考元素变量,利用上述约束管理对象Constraints方法,创建固定约束,函数方法为CreateReferenceFromName(“”)。根据孑L的数量建立循环,利用函数方法Publications.Item(i)获取各组件上的参考元素。为相应的孔和螺栓添加方向约束和位置约束,即Set oConstraint=oConstraints.AddBiEltCst(catCstTypeOn,refPt,refCoodPt)。

  5 实例验证

  利用本文方法,通过VB对CATIA的二次开发以及结合CATIA参数化建模建立了零组件智能装配平台。以固定板装配为例,用户通过交互界面输入要装配的孔特征直径,选择并插入相应规格的标准件。根据装配一致性原则,标准件被发布的装配特征与装配基体的约束特征自动匹配,即可完成对相同直径孔的标准件的智能装配。装配界面及最后装配成型结果如图4所示。

  

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  图4 螺母与螺栓的装配

  6 结语

  本文利用Visual Basic开发工具结合CATIA的Publication功能对CATIA装配进行二次开发,并以固定板标准件装配为例,验证了方法的可行性。该方法有效地避免了传统的手动拾取装配约束的烦琐操作,实现了同批号零组件的批量装配,提高了装配大量零件的准确率,缩短了产品设计开发周期。本文是基于程序语义控制的零组件装配,便于后期的管理和更新。同其它研究相比,该方法更简单易行,实用性更强。该研究成果已在国内某企业得到应用,取得了较好的应用效果。目前只是针对标准件进行了智能装配的试验和应用,下一步将对非标准件的快速装配进行研究,以实现整个产品零部件的智能装配。



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