一种卫星模型自动配置紧固件的方法与流程

本发明涉及一种卫星模型自动配置紧固件的方法，适用于以catia三维设计软件设计的单机三维模型。

背景技术：

卫星单机通过紧固件(一般为螺钉、弹簧垫圈和平垫的组合)安装到卫星舱板上，单机的紧固件信息附加在单机总装mbd(modelbaseddefinition,基于模型的定义)模型(以下简称mbd模型)的属性信息中，并未在模型中生成紧固件的实体模型。采用这种处理方式，主要是卫星单机数量多，采用的紧固件类型也多，若人为创建紧固件模型并在单机模型上进行装配，耗时耗力。但是这种处理方式存在以下问题：

1)在单机模型审签阶段，无法直观的检查单机模型机械接口的设计是否正确，只能通过测量和查询紧固件手册才能验证模型机械接口是否符合要求。

2)在总装设计阶段，需要判断单机安装用的紧固件与结构埋件的匹配性(螺纹规格是否一致)是否干涉，若无紧固件模型，只能通过计算判断。

3)在卫星总装实施阶段，无法直观的指导总装操作人员进行紧固件装配，总装操作人员看到的总装模型无紧固件模型，只有附属的紧固件参数信息。

卫星单机三维模型中一般不配置紧固件，存在一定的隐患(如模型不完整、无法快速判断总装接口设计是否正确、无法快速判断所配紧固件是否正确等等)。为了保证总装模型的完整性，同时避免潜在的隐患，亟需在卫星单机三维模型中配置紧固件模型。典型卫星有数百台甚至上千台单机，紧固件数量和规格较多，若人为生成紧固件模型并完成装配，将严重影响工作效率。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种卫星模型自动配置紧固件的方法，以直观的检查单机模型机械接口的设计是否正确，判断单机安装用的紧固件与结构埋件的匹配性是否干涉，进而指导总装操作人员进行紧固件装配。

本发明的技术解决方案：

一种卫星模型自动配置紧固件的方法，具体步骤为：

(1)构建单机的数字样机模型：根据单机几何模型及单机接口数据信息，构建单机的数字样机模型，单机的数字样机模型包括单机安装接口数量、单机安装类型、单机接口的空间位置信息、单机耳片厚度、紧固件的规格及数量信息；

(2)根据单机的数字样机模型中的紧固件的规格信息，生成紧固件模型；

(3)根据单机的数字样机模型中的单机安装接口数量、单机安装类型、单机接口的空间位置信息及紧固件的规格及数量信息，将紧固件模型装配在单机的数字样机模型上；

(4)判断所装配紧固件模型与单机的数字样机模型是否干涉，若干涉，则自动更新单机的数字样机模型中的紧固件的规格信息，再重复进行步骤(2)、(3)、(4)，直至无干涉情况发生。

生成紧固件模型的方法为：紧固件包括螺钉、弹簧垫圈、平垫圈，螺钉的规格信息包括螺杆长度、螺钉头部最大高度、螺纹公称直径、螺钉头部最大直径、螺钉头部与螺杆过渡处倒圆最大半径、螺钉头部凹槽特征尺寸、螺钉头部凹槽深度，弹簧垫圈的规格信息包括内径、外径、厚度，平垫圈的规格信息包括内径、外径、厚度；

根据紧固件的规格信息创建螺钉、弹簧垫圈、平垫圈的公共模板模型，并配置公共模板模型中的特征参数，生成所需紧固件模型。

紧固件模型装配在单机的数字样机模型上的方法为：将生成的紧固件模型按照单机安装类型，装配到单机的数字样机模型中。

单机安装类型定义为：

a类安装：单机直接安装到卫星舱板，通过螺钉、弹簧垫圈、平垫圈固定；

b类安装：单机通过背穿的方式与卫星舱板连接，通过螺钉、弹簧垫圈、平垫圈固定。

装配到单机的数字样机模型中的方法为：根据单机安装接口数量、单机接口的空间位置信息，

针对a类安装，紧固件螺钉头部、弹簧垫圈、平垫圈三者的上部在同一面上，此平面与单机的数字样机模型的底面重合；

针对b类安装，紧固件螺钉头部、弹簧垫圈、平垫圈三者的上部在同一面上，此平面与埋块的安装面重合；

针对a类安装和b类安装，螺钉、弹簧垫圈、平垫圈轴心重合，然后，将紧固件在轴心方向向上平移，将其调整到最终的位置。

将紧固件在轴心方向平移的方法为：

(1)首先，向上平移平垫，平垫在轴心上的平移量是单机耳片的厚度；

(2)其次，向上平移弹簧垫圈，弹簧垫圈的平移量是单机耳片的厚度加平垫圈的厚度；

(3)最后，向上平移螺钉，螺钉的平移量是单机耳片厚度、平垫圈的厚度、弹簧垫圈厚度以及螺钉头部最大高度之和。

步骤(4)中自动更新单机的数字样机模型中的紧固件的规格信息的方法为：自动将单机的数字样机模型中的紧固件规格减少一个标号，即将螺钉、弹簧垫圈与平垫圈同时减少一个标号，以此类推，直至无干涉情况发生。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明在卫星总装设计阶段，就可以利用附加紧固件的布局模型对总装紧固件与结构埋件的横向和纵向两个维度进行快速干涉检查；在总装实施阶段，能够方便的指导操作人员按照总装模型装配相应的单机；

(2)本发明在配置紧固件模型之后，在单机三维模型审签阶段，就可直观检查模型机械接口设计是否合理；

(3)通过本发明所提方法，即可实现紧固件模型在单机模型上的“一键装配”，无需人为创建紧固件模型并进行装配。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为紧固件生成及配置流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

卫星单机三维模型中一般不配置紧固件，存在一定的隐患(如模型不完整、无法快速判断总装接口设计是否正确、无法快速判断所配紧固件是否正确等等)。为了保证总装模型的完整性，同时避免潜在的隐患，亟需在卫星单机三维模型中配置紧固件模型。典型卫星有数百台甚至上千台单机，紧固件数量和规格较多，若人为生成紧固件模型并完成装配，将严重影响工作效率。所以需采用软件二次开发技术，既能实现紧固件模型的自动生成，又实现紧固件模型的自动配置。

具体方案包括：

(1)单机模型中直属件信息提取

单机mbd模型中，已经按照既定规则附加了总装信息，其中已包含了单机安装所用的紧固件信息，见表1。利用catia二次开发，读取紧固件信息。

表1单机总装mbd模型参数表

(2)紧固件模型自动生成

读取紧固件信息之后，就可以按照提取的信息在catia中生成紧固件模型。但在实际工作中，卫星上总装使用的紧固件规格较多，以某型螺钉为例，常用规格就有121种之多，针对每一规格均人为构建三维模型不切实际。在catia中，针对一类紧固件(如螺钉)可以只创建一个实体模型，然后以此模型作为模板，通过控制模型的参数，借助catia的kbe功能即可生成指定规格的一系列的实体模型。

(3)紧固件模型自动配置

通过catia软件的二次开发，实现紧固件模型在单机模型上的自动配置。

详细方案为：

一种卫星模型自动配置紧固件的方法，如图1所示，具体步骤为：

(1)构建单机的数字样机模型：根据单机几何模型及单机接口数据信息，构建单机的数字样机模型，单机的数字样机模型包括单机安装接口数量、单机安装类型、单机接口的空间位置信息、单机耳片厚度、紧固件的规格及数量信息；

(2)根据单机的数字样机模型中的紧固件的规格信息，生成紧固件模型，如图2所示。紧固件包括螺钉、弹簧垫圈、平垫圈，螺钉的规格信息包括螺杆长度、螺钉头部最大高度、螺纹公称直径、螺钉头部最大直径、螺钉头部与螺杆过渡处倒圆最大半径、螺钉头部凹槽特征尺寸、螺钉头部凹槽深度，弹簧垫圈的规格信息包括内径、外径、厚度，平垫圈的规格信息包括内径、外径、厚度；

利用三维软件二次开发技术，根据紧固件的规格信息创建螺钉、弹簧垫圈、平垫圈的公共模板模型，并配置公共模板模型中的特征参数，生成所需紧固件模型。

(3)根据单机的数字样机模型中的单机安装接口数量、单机安装类型、单机接口的空间位置信息及紧固件的规格及数量信息，将紧固件模型装配在单机的数字样机模型上，将生成的紧固件模型按照单机安装类型，装配到单机的数字样机模型中。

(4)判断所装配紧固件模型与单机的数字样机模型是否干涉，若干涉，则自动更新单机的数字样机模型中的紧固件的规格信息，再重复进行步骤(2)、(3)、(4)，直至无干涉情况发生。自动将单机的数字样机模型中的紧固件规格减少一个标号，即将螺钉、弹簧垫圈与平垫圈同时减少一个标号，以此类推，直至无干涉情况发生。

单机安装类型定义为：

a类安装：单机直接安装到卫星舱板，通过螺钉、弹簧垫圈、平垫圈固定；

b类安装：单机通过背穿的方式与卫星舱板连接，通过螺钉、弹簧垫圈、平垫圈固定。

装配到单机的数字样机模型中的方法为：根据单机安装接口数量、单机接口的空间位置信息，

针对a类安装，紧固件螺钉头部、弹簧垫圈、平垫圈三者的上部在同一面上，此平面与单机的数字样机模型的底面重合；

针对b类安装，紧固件螺钉头部、弹簧垫圈、平垫圈三者的上部在同一面上，此平面与埋块的安装面重合；

针对a类安装和b类安装，螺钉、弹簧垫圈、平垫圈轴心重合，然后，将紧固件在轴心方向向上平移，将其调整到最终的位置。

将紧固件在轴心方向平移的方法为：

(1)首先，向上平移平垫，平垫在轴心上的平移量是单机耳片的厚度；

(2)其次，向上平移弹簧垫圈，弹簧垫圈的平移量是单机耳片的厚度加平垫圈的厚度；

(3)最后，向上平移螺钉，螺钉的平移量是单机耳片厚度、平垫圈的厚度、弹簧垫圈厚度以及螺钉头部最大高度之和。

若紧固件模型与单机的数字样机模型发生干涉，有两种可能：外轮廓较大的平垫圈模型与单机的数字样机模型发生干涉，或螺钉模型与单机的数字样机模型发生干涉。

为加快判断速度，首先将所有已装配的平垫圈模型与螺钉模型生成一个整体(即在三维软件中，将组件模型生成一个整体的零件模型)，然后判断此整体的零件模型是否与数字样机模型发生干涉。

干涉判断的方法为，利用三维软件二次开发技术，将前述产生的零件模型与数字样机模型分别作为两个对象，对两个对象分别进行“接触”和“干涉”的计算，此处的“接触”是指的两个对象模型之间无缝隙，考虑到实际紧固件和单机的制造和装配误差，“接触”这种情况也是不允许存在的。

若干涉，则通过程序自动将单机的数字样机模型中的紧固件规格减少一个标号，如将螺钉由qj2582-93m4x12改为qj2582-93m3x10，相应的弹簧垫圈与平垫圈也减少一个标号。注意此处螺钉的规格变化不止是螺纹规格变化，螺钉的长度也减少了一个标号，原因是螺纹规格变小后，螺距也变小了，而紧固件有效旋合的标准是旋合的螺纹扣数需满足要求，螺距变小后，旋合的螺纹扣数一定的情况下，螺钉长度也相应减小。

实施例

(1)单机模型中直属件信息提取

紧固件信息主要包括紧固件套数、安装类型、紧固件规格和数量，其中紧固件套数信息存储在“qtyofmountinginterfaces”中，安装类型信息存储在“mountingi/ftype”中，读取上述两个参数即可。其中，单机安装类型决定了后续选择的紧固件种类。紧固件规格和数量存储在表1所示的其它参数中。表1的参数在catia模型中的体现形式均为“part”对象下面的混合元素子集(“hybridbodies”)，可通过图2所示的流程提取出这些信息。

(2)紧固件模型自动生成

a)参照紧固件手册，首先确定创建螺钉模型需要的特征参数，这些特征参数是建模的基础，在基础模型创建后，通过调整这些参数，可得到不同规格的螺钉模型。以qj2582-93螺钉(钛合金内六角圆柱头螺钉)为例，其特征参数有螺杆长度l、螺钉头部最大高度k_max、螺纹公称直径d、螺钉头部最大直径dk_max、螺钉头部与螺杆过渡处倒圆最大半径r_max、螺钉头部凹槽特征尺寸s、螺钉头部凹槽深度i。

b)在catia中进行参数化建模，创建螺钉的三维模型，在创建时，设置模型中尺寸与特征参数的驱动关系，生成的螺钉规格为qj2582-93m2×10。

c)接着，创建参数表。参数表用来给出同种类紧固件对应的不同规格的特征参数，是特征参数的汇总表。通过参数表的参数化变量来控制不同规格紧固件模型的参数。表2是螺钉qj2582-93的典型参数表，表中所列仅是qj2582-93螺钉的一部分规格。

表2螺钉qj2582-93参数表

d)最后，创建catalog标准件库。在catia中新建一个catalog文档，引入前述创建的参数表，并关联已创建好的紧固件模型。后续即可根据需求从库文件浏览器中调用指定规格的螺钉模型。

(3)紧固件模型自动配置

将生成的紧固件模型按照单机安装类型的约束，装配到单机mbd模型中。在catia中，单机模型为part类型，若在单机模型基础上配置紧固件，需先生成product，然后装配单机模型，再配置紧固件模型。

假设装配类型为a，且已生成螺钉、弹簧垫圈、平垫的模型，为了将紧固件装配到指定的位置，需提取单机mbd模型中的安装接口信息，此信息存储在单机模型中混合元素子集“drillingmap”下的“hybridshapes”对象中，其中存储了安装接口的x、y、z坐标值(坐标系原点为单机安装接口的r点)。提取安装接口信息后，使用setcomponents函数将紧固件先安装到每个安装孔处的默认位置。然后，将紧固件在轴心方向平移，将其调整到最终的位置：

a)首先，平移平垫，平垫在轴心上的平移量是单机耳片的厚度，该厚度可从单机总装模型中提取；

b)其次，平移弹簧垫圈，弹簧垫圈的平移量是单机耳片的厚度加平垫的厚度，后者从平垫的catalog模型中提取参数h即可；

最后，平移螺钉，螺钉的平移量是单机耳片厚度、平垫厚度、弹簧垫圈厚度以及螺钉头部厚度之和，从各个模型的参数中即可提取。

本发明在卫星总装设计阶段，就可以利用附加紧固件的布局模型对总装紧固件与结构埋件的横向和纵向两个维度进行快速干涉检查；在总装实施阶段，能够方便的指导操作人员按照总装模型装配相应的单机。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。