農(nóng)業(yè)機(jī)械裝置通常機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜,傳動路線較長,鈑金零件、焊接結(jié)構(gòu)件使用較多,大量使用各類專用零部件和標(biāo)準(zhǔn)零件,其設(shè)計制造自成體系,所以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的開發(fā)與設(shè)計必須針對以上特點(diǎn)進(jìn)行。同時,農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品還必須滿足日益提高的功能需求,結(jié)構(gòu)要小巧緊湊,運(yùn)動要輕便靈活,工作效率要高,能耗要低,還要便于維護(hù)和保養(yǎng)。這些都必須采用先進(jìn)的設(shè)計思想和高效的設(shè)計方法來實現(xiàn)。
三維數(shù)字化設(shè)計方法為農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)提供了有效手段。CATIA是一種功能強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計三維軟件,廣泛應(yīng)用于飛行器、車輛、船舶等各類機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計中。CATIA本身帶有符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件庫,但其并非全部符合我國的國家標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),為滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品系列化研制的需要,提出了一種基于參數(shù)化設(shè)計的農(nóng)業(yè)機(jī)械的三維標(biāo)準(zhǔn)零件庫創(chuàng)建方法,在實際使用中可快速建立各類農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件,通過標(biāo)準(zhǔn)零件庫的調(diào)用,提高了整機(jī)的設(shè)計效率,縮短設(shè)計周期。
1 農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件庫的系統(tǒng)構(gòu)成和調(diào)用網(wǎng)絡(luò)
為方便高效創(chuàng)建和使用農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫,首先根據(jù)農(nóng)機(jī)零件的功能進(jìn)行分類,構(gòu)建如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)零件庫系統(tǒng)。
圖1 農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件庫
農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件庫的創(chuàng)建和調(diào)用網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。
圖2 農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件庫的創(chuàng)建和調(diào)用網(wǎng)絡(luò)
2 農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件庫的創(chuàng)建實例
在CATIA V5環(huán)境中,建立農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫的基本方法是:
(1)構(gòu)建農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件的三維模型;
(2)利用CATIA中的Formula工具,對三維模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置,以實現(xiàn)尺寸驅(qū)動;
(3)利用CATIA中的Design Table工具,對照農(nóng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)零件國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)表文件的創(chuàng)建,使用Excel軟件對數(shù)據(jù)表文件進(jìn)行維護(hù);
(4)創(chuàng)建Catalog文件,利用添加零件系列功能,將已建立好的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)零件文件導(dǎo)入,建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫文件。
下面以農(nóng)機(jī)產(chǎn)品中的GB/T 8-1988 C級方頭螺栓為例介紹標(biāo)準(zhǔn)零件庫的創(chuàng)建方法和使用方法。
2.1 尺寸驅(qū)動的零件參數(shù)化造型
方頭螺栓的幾何特征如圖3所示,其形狀由d、6、看、s(e參考)、r和l六個特征參數(shù)決定,按GB/T 8-1988規(guī)定,摘錄部分螺栓尺寸參數(shù)數(shù)值系列如表1所示,用這些尺寸即可驅(qū)動生成螺栓的三維模型。
圖3 方頭螺栓工程圖
表1 方頭螺栓尺寸系列表
建立方頭螺栓的三維模型母板,利用Formula功能創(chuàng)建6個對應(yīng)的尺寸參數(shù),用表1中的任意一組值對參數(shù)進(jìn)行賦值(如M10×60),然后利用創(chuàng)建的尺寸參數(shù)對照應(yīng)三維模型的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)系設(shè)置,即設(shè)置相應(yīng)的公式,約束模型的幾何形狀。修改相應(yīng)的參數(shù),三維模型會隨之發(fā)生相應(yīng)變化,實現(xiàn)了模型的尺寸驅(qū)動,如圖4所示。
圖4 尺寸驅(qū)動下的方頭螺栓三維模型母板
2.2 創(chuàng)建設(shè)計表實現(xiàn)零件系列化
使用Design Table工具,點(diǎn)選“使用當(dāng)前的參數(shù)值創(chuàng)建設(shè)計表”,在隨后的對話框中過濾出用戶自建的6個尺寸特征參數(shù),新建Excel數(shù)據(jù)表文件,以ftls_table_M10來命名,工作臺中以M10系列表與之對應(yīng)。點(diǎn)擊“編輯表”按鈕,利用Excel軟件打開剛才創(chuàng)建的數(shù)據(jù)表文件,按國標(biāo)規(guī)定添加公稱直徑為10,長度從40~100的多條記錄,形成方頭螺栓M10的尺寸系列表,如圖5所示。完成后保存模型文件,以GBT8-1988-M10.CATPrt命名。
圖5 方頭螺栓M10尺寸系列表
2.3 零件庫的生成與預(yù)覽
用相同方法創(chuàng)建方頭螺栓M12、M14、M16等對應(yīng)的三維參數(shù)化模型,用統(tǒng)一形式進(jìn)行命名。在CATIA中新建Catalog Document文件,在插入菜單中選擇“添加零件系列”命令,在“零件系列定義”對話框中點(diǎn)擊“選擇文檔”按鈕,選擇已保存的GBT8-1988-M10.CATPrt文件,并在名稱一欄中輸入“M10”,點(diǎn)擊“確定”,在左側(cè)的樹中顯示已經(jīng)建立了對應(yīng)的零件索引,完成了公稱直徑為M10的方頭螺栓的長度系列的數(shù)據(jù)導(dǎo)入,同時可在右側(cè)窗口中預(yù)覽到對應(yīng)的零件。用同樣方法添加M12、M14等零件索引,最后保存文件,命名為GBT8-1988-ftls.catalog,生成了方頭螺栓的零件庫。如圖6所示。
圖6 方頭螺栓的零件庫
2.4 標(biāo)準(zhǔn)零件庫的使用
在進(jìn)行裝配設(shè)計過程中,通過“工具”菜單中的“目錄瀏覽器”命令,在對話框中打開建好的方頭螺栓零件庫文件,即可在目錄瀏覽器窗口瀏覽零件庫中的零件。在圖形目錄列表中選取相應(yīng)公稱直徑和長度的螺栓,雙擊即可生成對應(yīng)的零件,并加入到當(dāng)前的裝配體中,如圖7所示。
圖7 目錄瀏覽器瀏覽和使用標(biāo)準(zhǔn)零件庫
3 結(jié)束語
本文根據(jù)農(nóng)機(jī)研發(fā)需要,按CIMS要求,在CATIA中完成了農(nóng)機(jī)零部件的三維參數(shù)化定義,使用Catalog工具創(chuàng)建了零件數(shù)據(jù)庫,.使用電子表格進(jìn)行零件庫管理,為農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的研制及系列產(chǎn)品的開發(fā)提供數(shù)字模型基礎(chǔ)。
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