◎宋海楠

一、基于CATIA 的裝配工裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.數(shù)據(jù)集規(guī)模的控制。

基于CATIA 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)就是要盡可能全面的收集各類(lèi)裝配工裝的參數(shù)信息，包括尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀等，然后將這些數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)集的形式，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。但是數(shù)據(jù)集規(guī)模過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致CATIA 系統(tǒng)出現(xiàn)反饋延時(shí)的情況。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)數(shù)據(jù)集的規(guī)模達(dá)到了最大容量的50%后，延時(shí)問(wèn)題就比較明顯，此時(shí)需要將數(shù)據(jù)集一分為二，保證數(shù)據(jù)檢索、調(diào)用的效率，提高CATIA 系統(tǒng)響應(yīng)速度。需要注意的是，同一裝配工裝的數(shù)據(jù)，不得分配到兩個(gè)數(shù)據(jù)集中，避免出現(xiàn)工裝數(shù)據(jù)不完整的情況。

2.數(shù)據(jù)集的分類(lèi)。

除了要控制數(shù)據(jù)集的規(guī)模外，還要在數(shù)據(jù)集內(nèi)部進(jìn)行細(xì)化分類(lèi)。根據(jù)數(shù)據(jù)集中包含信息的不同，至少可以分成三類(lèi)，分別是：（1）DRAW 數(shù)據(jù)集。主要是工裝圖紙信息，包括形狀、尺寸等。為了保證工裝圖紙信息的完整性、清晰度，在現(xiàn)有的DRAWE數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，還要使用SPACE 數(shù)據(jù)集進(jìn)行層疊，通過(guò)數(shù)據(jù)補(bǔ)充得到更加全面和細(xì)致的工裝數(shù)據(jù)。（2）SPACE 數(shù)據(jù)集。包括各類(lèi)工裝組件的全尺寸數(shù)據(jù)和三維坐標(biāo)，但是利用該數(shù)據(jù)集中的各類(lèi)參數(shù)，并不能直接得到工裝圖紙，多數(shù)情況下需要配合DRAW 數(shù)據(jù)集才能發(fā)揮作用。（3）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。包含了較多結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的裝配工裝圖紙，不需要層疊，能夠獨(dú)立生成各類(lèi)工裝組件的圖紙。

3.坐標(biāo)系的設(shè)置。

可以支持二維坐標(biāo)系和三維坐標(biāo)系。對(duì)于一些簡(jiǎn)易的、規(guī)則的工裝組件，可以使用二維坐標(biāo)系；但是對(duì)于復(fù)雜的、精度要求較高的工裝組件，為了保證設(shè)計(jì)和制作精度，需要獲取三維坐標(biāo)然后制作立體模型。另外，根據(jù)工裝組件坐標(biāo)用途的不同，坐標(biāo)系也可以分成兩種類(lèi)型，一種是標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。也稱(chēng)為主坐標(biāo)系，指以坐標(biāo)軸*AXS1表示的標(biāo)準(zhǔn)飛機(jī)坐標(biāo)系。還有一種是輔助坐標(biāo)系，所有輔助坐標(biāo)系都應(yīng)有相應(yīng)的標(biāo)記符，在正式發(fā)放的工裝數(shù)據(jù)集中不應(yīng)出現(xiàn)不必要的輔助坐標(biāo)系。

4.三維模型的創(chuàng)建。

在獲取了目標(biāo)工裝組件的三維坐標(biāo)后，可以基于CATIA 系統(tǒng)創(chuàng)建三維模型。首次創(chuàng)建三維模型時(shí)，可以先勾勒出大體的外部輪廓，然后通過(guò)調(diào)用相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)，逐漸補(bǔ)充工裝模型的細(xì)節(jié)。尤其要注意螺栓、銷(xiāo)釘?shù)裙碳?，以及模型過(guò)渡區(qū)位置，必須要保證模型設(shè)計(jì)的精度。采用CATIA 系統(tǒng)自帶的一些輔助檢測(cè)工具，例如利用圓角測(cè)量?jī)x對(duì)工裝組件圓角的角度進(jìn)行精確測(cè)量，確保三維模型的圓角角度與使用要求一致。得到工裝組件的三維模型后，保留一份備份文件。

5.數(shù)字預(yù)裝配。

以三維模型為參照，進(jìn)行數(shù)字預(yù)裝配，可以初步得到工裝組件的試件。利用各類(lèi)儀器、工具等，對(duì)試件的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，確保試件完全符合裝配工裝的使用要求。如果試件存在一些不足，則需要重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，直到不存在問(wèn)題。數(shù)字預(yù)裝配環(huán)節(jié)需要關(guān)注的兩個(gè)要點(diǎn)是：（1）利用層疊功能進(jìn)行裝配工裝零部件或裝配工裝與工程零件的模擬裝配；（2）利用干涉分析功能進(jìn)行裝配工裝零、部件自身及裝配工裝與飛機(jī)零件之間的干涉分析，解決干涉及不協(xié)調(diào)問(wèn)題。

二、裝配工裝數(shù)字化制造技術(shù)

1.數(shù)字化安裝原理。

物體在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)可以分解為：沿Z 軸方向位移、沿X 軸方向位移、沿Y 軸方向位移、繞Z 軸旋轉(zhuǎn)、繞X 軸旋轉(zhuǎn)以及繞Y 軸旋轉(zhuǎn)，這就是物體在三維空間的6 個(gè)自由度?？刂屏吮粶y(cè)物體的這6 個(gè)自由度，就可以確定該被測(cè)物體在空間的位置。光學(xué)工具點(diǎn)（OTP）是由工裝設(shè)計(jì)員給定的用于確定裝配工裝型面關(guān)鍵特性的控制點(diǎn)，工人利用跟蹤儀通過(guò)測(cè)量OTP 的坐標(biāo)值來(lái)確定裝配工裝型面的關(guān)鍵特性，達(dá)到制造、安裝和檢測(cè)裝配工裝的目的，實(shí)現(xiàn)無(wú)實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)工裝的裝配工裝安裝。

2.數(shù)字化安全流程。

（1）確定定位面。在需要定位的平面上設(shè)置3 個(gè)OTP。OTP 中心到平面的距離為0.31 英寸，OTP 目標(biāo)間的最小距離為1.5英寸。

（2）確定定位孔。用于確定小于2 英寸見(jiàn)方的定位面及其上的定位孔的位置，具體做法是：首先在定位面的對(duì)稱(chēng)中心點(diǎn)處制出定位孔，然后在定位孔的軸線上設(shè)置2 個(gè)OTP。OTP1 與定位面的垂直距離為0.31 英寸，OTP2 與定位面的垂直距離為1英寸。

（3）交點(diǎn)孔軸線。用于確定交點(diǎn)孔的軸線及端面位置。具體做法是：在交點(diǎn)孔軸線上設(shè)置2 個(gè)OTP，即OTP1 與OTP2。交點(diǎn)孔直徑大于0.50 英寸時(shí)，OTP1 與OTP2 的距離最好為12 英寸；直徑小于0.50 英寸時(shí)，OTP1 與OTP2 的距離最好為6 英寸。

三、基于CATIA 裝配工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用效果

相比于傳統(tǒng)的工裝設(shè)計(jì)與制造，在運(yùn)用了CATIA 系統(tǒng)后，體現(xiàn)出了以下優(yōu)勢(shì)：（1）工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)極大的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與制造流程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)-制造的一體化。從前期采集工裝組件的各項(xiàng)參數(shù)，再到最終得到產(chǎn)品，整個(gè)周期被極大的縮短，體現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)效益。（2）工裝組件的精確度明顯提到，返修率大幅度較低。其一是因?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)可以保證參數(shù)更加精準(zhǔn)，其二是CATIA 系統(tǒng)具有三維模型的參數(shù)自檢功能。形成了雙重保障，最大程度上解決了因?yàn)榫炔蛔愣敌薜膯?wèn)題。（3）功能被極大的擴(kuò)展。基于CATIA 系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，除了在工裝組件的設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)發(fā)揮應(yīng)有的作用外，在模擬運(yùn)行、后期維護(hù)等方面，也展現(xiàn)出了較為強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)：CATIA 是一款可以支持通過(guò)建立數(shù)字模型來(lái)設(shè)計(jì)和模擬工業(yè)產(chǎn)品的軟件，為下一步產(chǎn)品的制作、安裝、維護(hù)提供了參考。近年來(lái)，CATIA 在數(shù)字化工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用廣泛，除了可以支持設(shè)計(jì)人員靈活調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)、直觀掌握設(shè)計(jì)成果外，還能夠自動(dòng)完成仿真實(shí)驗(yàn)。技術(shù)人員可以根據(jù)仿真結(jié)果，找到裝配工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，進(jìn)而在不斷的修改、優(yōu)化中，使設(shè)計(jì)方案趨于完善。最后借助于該數(shù)字化設(shè)計(jì)方案，完成產(chǎn)品的加工、制造，從而用較低的成本、較快的速度，得到了高精度的產(chǎn)品。