CATIA参数化设计和零件库的建立在直升机设计中的应用

黄志青

摘 要：直升机的零部件设计需要反复修改设计参数，在常规实体造型中，构造的几何模型具有确定的形状和尺寸，不能单一地修改某个参数而得到新模型，而且修改模型形成的大量过程中文件也增加了工作量。文章以直升机主减速器过载传感器支架为例，依据CATIA P3 V5R18商业软件，先进行参数化建模，然后将参数化的模型作为零件母版创建零件库。参数化的模型可以大量减少修改设计参数所耗费的时间，同时零件库的创建也简化了设计，提高了效率。

关键词：直升机;CATIA;参数化设计;零件库

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）07-094-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.046

直升機具有不依赖跑道垂直起降、空中悬停、前后左右飞行、超低空飞行等优点，是军民两用型高科技工业产品，对社会进步发展发挥了重要作用。直升机是由成千上万个零部件组成的复杂庞大系统，在这些零部件的设计过程中，常规的实体造型所构造的几何形体具有确定的形状和尺寸[1]，即使想要修改一个尺寸参数，也只能重新构造几何形体。此外，每修改一次方案保存一个文件，形成的大量过程中文件也导致查找时极其不便。这些设计过程中重复而繁琐的步骤耗费了大量的时间成本。

CATIA是法国达索公司开发的提供PLM应用软件，因其具有模块功能强大、工作模式转换灵活、设计手段丰富简捷等特点[2]，在航空航天[3]、汽车[4]和船舶[5]等高精尖行业具有广泛用途。文章通过CATIA P3 V5R18商业软件首先对直升机零部件进行参数化建模，然后以参数化的模型为零件母版进行零件库的创建，创建的零件库可以大幅减轻工程人员的工作量，缩短产品的研发周期。

1 建立零件库

模型的参数化是建库的前提，故采用CATIA P3 V5R18对零件进行参数化建模。进行参数化建模的途径有两种：一是利用CATIA的公式、设计表功能，建立以设计表中尺寸参数驱动的参数化模型;二是利用CATIA提供的二次开发接口，使用VB语言建立参数化模型。最后，将参数化模型导入目录浏览器保存为.catalog文件即完成库的建立。

直升机上传感器众多，大部分传感器都有专用的装机支架。文章以直升机上的主减速器过载传感器支架为对象，采用第一种方法进行参数化建模，并最终创建库文件。创建库文件的零件系列应满足形状结构相同而具体尺寸不同的特点，因此对于直升机上的零部件来说，不论是非标准件还是标准件，都能通过模型的参数化和库的建立来缩短产品的研发周期。

1.1 建立母版模型

先创建零件的三维模型，如图1所示，该模型作为同类型零件（形状结构相同、具体尺寸不同）的母版，同类型的其他零件可通过CATIA的尺寸参数驱动来生成。在创建母版的过程中需首先绘制草图，草图中的尺寸必须全部约束，不能存在未约束和过度约束的情况。如果创建的模型不能通过一次绘制草图来生成，则每个草图都需要全部约束，且同样不能存在未约束和过度约束的情况。

1.2 创建变量

创建变量以草图中所约束的尺寸为对象，创建变量的目的是为后续公式和设计表的创建做准备，如图2所示。

点击“知识工程”中的“公式”图标，在弹出的对话框中将过滤器类型选择为长度，此时显示出的参数就是草图中的所有尺寸约束。单击选中某个参数，修改该参数名称，修改后的参数名称可作为最后设计表中的参数名称，因此修改后的参数名称应具有唯一、易辨认的特点。

1.3 创建公式

创建公式的目的是为了建立草图中约束与约束之间的数量关系，可以使2个及以上的变量仅由设计表中的1个参数来控制，简化设计表，如图3所示。

点击“知识工程”中的“公式”图标，将过滤器类型选择为长度，双击某个变量参数（或选中某个变量参数后再点击右下角的“添加公式”按钮）进入公式编辑对话框，此时选中的变量参数将作为被控制对象，由其他参数通过公式来控制值的大小。在弹出的窗口中将中间一列参数的成员选择为“长度”，此时右边一列出现的长度的成员就是草图中的长度约束，双击选中后表示为把值“赋值”给被控制对象。结构树里面出现“关系”一栏后，表示公式创建成功。

1.4 创建设计表

创建设计表是以草图中的约束为对象，目的是使草图中的约束数值大小由设计者确定。

首先，在合适的路径下新建EXCEL表格，表格内的第一个单元格必须是“PartNumber”。然后在第一列/行输入想要通过设计表来确定的参数名称（必须与创建的变量名称一致）并用英文小括号带上单位，在第二列/行输入数值，结束后保存。点击“知识工程”中的“设计表”图标，选择“从预先存在的文件中创建设计表”，点击确定后选择刚保存的设计表，如图4所示，然后将两列参数中具有相同名称的参数关联起来（将表中的参数和模型的参数关联起来）。结束后点击应用并确定，至此完成设计表的创建。创建好后，结构树的关系树下面会出现所创建的设计表。

完成设计表的创建后，表示模型的参数化已完成。相比于常规实体造型构造几何形体来说，参数化模型具有方便、快捷的特点，设计者只需在设计表中增加一行/列并输入对应的数值，然后在CATIA窗口中选中该行/列再点击刷新按钮，新的模型即可生成。若是想输出可加工的二维工程图纸，也仅需在预先创建好的工程图母版中点击刷新按钮，新零件的二维工程图纸即可生成。这种仅需输入参数即可得到最终三维零件图和二维工程图的方法，可以大大降低工程人员的时间成本。

1.5 建立零件库

打开CATIA P3 V5R18，选择“开始→基础结构→目录编辑器”，编辑好章节名称后，选择“插入→添加零件系列”，选择刚创建保存的参数化模型后点击确定，此时便把该零件系列添加到目录库内。点击“预览”可看到该模型的结构，点击“创成式数据”可看到该模型是由设计表控制的。把该文件保存后，完成零件库的建立。

完成库的建立，即把同类型的零件系列以一个文件的形式保存。相比于常规实体造型构造几何形体来说，库的建立极大减少了该零件系列在设计周期生成的过程中文件数量，同时也相当于把所有的该零件系列“存档”，便于使用。

1.6 使用零件库

选择“开始→机械设计→装配设计”，设计装配体需要调用该零件系列时，选择“工具→目录浏览器”，打开刚保存的零件库文件后选择想要的零件，双击零件即可插入到装配体中，至此达到使用目的，如图5所示。

2 结语

直升机是由成千上万个零件组成的庞大系统，设计环节需耗费大量的时间。文章以直升机主减速器过载传感器支架为例，通过CATIA P3 V5R18商业软件采用参数化建模和零件库的建立缩短了研发周期，同时该零件系列的库的建立，极大减少了设计中的过程文件，提高了设计效率，减少了工程人员的工作量。

参考文献

[1] 赵高林，张建平.CATIA参数化设计在汽车座椅设计中的应用[J].大众文艺，2011（22）：88.

[2] 李晶，杜锋，肖富阳.基于CATIA软件对一种夹套传热式配料罐筒体进行仿真与分析[J].神州，2012（36）：21-22.

[3] 梁振刚，程学朋.基于CATIA的飞机结构件参数化设计[J].成组技术与生产现代化，2012（2）：58-60.

[4] 武振锋，袁玄成，马宁波.基于CATIA的轿车后保险杠外板曲面设计与质量分析[J].汽车技术，2012（9）：57-60.

[5] 朱晓军，王鹏，彭飞.船体外形的CATIA建模方法[J].船海工程，2013，42（2）：13-15.