基于CATIA二次开发的ITER杜瓦参数化设计研究

作者:金薇;张晔 刊名:机械工程与自动化 上传者:于佳

【摘要】杜瓦的设计水平直接影响着杜瓦的质量和性能。在设计装配中采用先进的生产方式和管理方式,才能提高杜瓦生产制造的技术水平。基于CATIA二次开发平台,应用参数化设计建模理论,开发用于杜瓦参数化设计和管理的平台,达到可依据用户需要进行ITER杜瓦的快速变参数设计。该方法对提高杜瓦的设计效率和质量有积极的意义。

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0引言随着机械行业的迅速发展,通过零部件的参数化设计,能够有效地缩短产品的设计和生产周期,提高产品竞争力,取得良好的经济效益[1]。总体上,外真空杜瓦主要由顶盖、上环体、下环体和基座4部分组成,其主要作用是为超导线圈提供真空环境和真空室内部辐射的第二道屏障。杜瓦零件尺寸差异较大,几何形状非常复杂,建立杜瓦模型时涉及到的参量很多,而且杜瓦的各组成部分中又有很多参量是相关的,单独修改某些参量时很可能会造成杜瓦结构的不合理,甚至最后无法装配到一起。因此,本文将基于装配层次关系建立装配树,建立从零件级到总成级不同层次的参数数据库,在此基础上进行变参数设计和装配,从而达到根据用户需要快速准确地生成各种尺寸杜瓦装配模型的目标。1杜瓦模型的建立为了使所开发的参数化设计软件能包含零部件模型的完整几何信息,我们在熟悉真空压力容器设计理论的基础上,参考原有模型,系统了解杜瓦各部分相关功能,比如壳体的挖孔补强、加强筋的布置、开槽等等。整个设计采用三维实体造型。图1给出了ITER杜瓦的结构示意图,对杜瓦的整体模型进行分解,拆分出顶盖、上环体、下环体、基座4部分。测量杜瓦各部分尺寸及参数,根据真空压力容器的设计装备工艺理论,考虑构造合理的建模过程和装配工艺。为了在CATIA中实现参数化设计与装配,参考原模型,首先在CATIA中对杜瓦进行了三维建模[2]。图1ITER杜瓦的结构示意图2杜瓦模型的装配参数化装配设计模块也应作相应的规划,它由顶盖模块、上环体模块、下环体模块和基座模块4个模块组成。杜瓦模型的装配层次如图2所示,每个装配模块都由若干零部件组成,每个模块都是一个子装配体,子装配体层次可以有嵌套。3参数化设计的关键技术在传统的CAD设计中,几何元素采用某个固定的尺寸值定义,每个元素在输入后都有确定的特征,不利于在设计的过程中对原有的设计内容进行多次反复修改,在很大程度上影响了设计的效率。参数化设计技术通过尺寸驱动的方法,使产品的模型随着部分尺寸的修改而自动修改,提高了设计的效率[3]。进行参数化设计首先需要一个图形设计和修改的软件环境,设计人员在此环境下可以通过尺寸驱动绘制出参数化图形,而修改任一尺寸参数,都将引起相关图形的变化。从应用上来说,参数化设计技术通常适用于相对稳定的、成熟的零部件和系列化产品行业。本文中采用参数化设计,只需要改变杜瓦的一些关键尺寸,就可以得到全新的系列化的设计结果。图2外真空杜瓦模型的装配层次关系3.1参数化设计的实现方法装配体的参数化设计主要有设计装配法和修改装配法两种。设计装配法是基于各零件之间的装配关系,确定其关联参数,实现单个零件的自动参数化设计,进而自动建立装配体。其局限性在于要重复图形的生成过程,程序的代码量多,不适用于装配关系非常复杂的模型。而修改装配法是在保证零部件的拓扑结构不变的情况下,把零部件的尺寸参数定义为尺寸变量,当给定不同的尺寸值时,可以得到一组结构相同而尺寸不同的零部件。其优点是不用重复图形的生成过程,程序的代码少,便于获得系列化的零部件模型。本文采用修改装配法,参数化零部件库的实现方法如下:在CATIA环境下,当用户通过用户界面选择参数值时(参数值由系统数据库获得),对已定义标准模型的尺寸进行修改,使其几何元素和拓扑信息发生变化,并引起关联尺寸的联动,生成符合要求的零部件模型[4]。3.2参数化设计程序的编制为简化程序的编制,CATIA提供了VBA(VisualBasicforApplication)技术进行二次开发。本次设计首先通过录制宏得到零部件生成过程所对应的VBA程序代码[5],通过调试,确保程序能够实

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