基于CATIA的軸承三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)

朱 瑞，孟 光，李鴻光，朱 彥

(1.上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200240;2.上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院，上海 200090)

軸承是機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中的重要零部件，它起到支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低設(shè)備在傳動(dòng)過程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)的重要作用.隨著我國制造業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，如何以最快的速度響應(yīng)市場需求，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出符合市場需要的產(chǎn)品是產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的關(guān)鍵問題之一.建立軸承三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，一方面可以大大提高開發(fā)設(shè)計(jì)的效率，避免不同設(shè)計(jì)者的重復(fù)勞動(dòng)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期;另一方面也可以提高軸承設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，提高其可定制性等［1，2］.

CATIA是法國達(dá)索(Dassault Aviation)公司開發(fā)的一套界面友好、功能強(qiáng)大、易于操作的世界主流CAD/CAM/CAE一體化軟件，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型和裝配.雖然CATIA具備標(biāo)準(zhǔn)件庫功能，但是其格式是開發(fā)商自行定義的，通用性和更新性較差，且標(biāo)準(zhǔn)件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)冗余，不易操作.因此，為了滿足產(chǎn)品研發(fā)的需要，適應(yīng)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、無紙化和個(gè)性化設(shè)計(jì)的迫切需求，創(chuàng)建滿足企業(yè)使用的通用性CATIA三維標(biāo)準(zhǔn)件庫是十分必要的［3，4］.本文通過對(duì)軸承標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建，可以實(shí)現(xiàn)一次建模和重復(fù)使用，以達(dá)到充分共享和高效利用公共資源的目的.

1 總體設(shè)計(jì)方案

基于CATIA的軸承三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計(jì)主要包括:標(biāo)準(zhǔn)件軸承的三維實(shí)體模型的建模;軸承的特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立;接口驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序設(shè)計(jì);用戶界面設(shè)計(jì).各模塊之間的關(guān)系如圖1所示.

圖1 基于CATIA的軸承三維標(biāo)準(zhǔn)件庫各模塊間關(guān)系

2 二次開發(fā)接口與應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

2.1 CATIA二次開發(fā)接口

作為當(dāng)今功能比較強(qiáng)大的CAD軟件，CATIA提供了多種開放性接口，包括Automation編程接口和開放的基于構(gòu)件的應(yīng)用編程接口［5］.通過使用CATIA的Automation技術(shù)，CATIA可以與外部程序共享對(duì)象，Automation向VB提供編程接口，這樣就可以編寫程序調(diào)用CATIA，并控制CATIA完成標(biāo)準(zhǔn)件模型的尺寸更新，也就是新規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件模型的自動(dòng)生成過程.本文利用CATIA二次開發(fā)的Automation接口進(jìn)行軸承三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā).CATIA的Automation描述如圖2所示.

圖2 CATIA Automation接口的構(gòu)成

2.2 VB6.0和CATIA的鏈接

CATIA自動(dòng)化接口在擴(kuò)展名為TLB的文件中，在用VB進(jìn)行二次開發(fā)調(diào)用CATIA的功能時(shí)，必須在VB編程環(huán)境中選擇Project/Reference打開對(duì)象庫功能，并引用相關(guān)的CATIA對(duì)象庫.

實(shí)現(xiàn)VB和CATIA鏈接的具體代碼如下:

定義CATIA對(duì)象

Dim CATIA As Object

On Error Resume Next

當(dāng)CATIA已經(jīng)開始運(yùn)行時(shí)，腳本用GetObject方法連接到CATIA

Set CATIA = GetObject(，" CATIA.Application")

If Err.Number ＜ ＞ 0 Then

如果 CATIA沒有運(yùn)行，腳本應(yīng)先用CreateObject方法啟動(dòng)CATIA

SetCATIA = CreateObject("CATIA.Application")

CATIA.Visible=True

End If

On Error GoTo 0.

3 數(shù)據(jù)庫與建模功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 軸承參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件模板的創(chuàng)建

參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過修改尺寸來實(shí)現(xiàn)對(duì)圖紙的修改的設(shè)計(jì)方法.在利用CATIA設(shè)計(jì)草圖截面輪廓時(shí)，應(yīng)先建立正確的全約束關(guān)系.由于該模型是派生其他外型相同或相似的軸承件的基礎(chǔ)，為了避免在設(shè)計(jì)參數(shù)變化后出現(xiàn)形態(tài)異常的情況，先建立完整的約束關(guān)系是非常必要的，在設(shè)計(jì)時(shí)可通過位置關(guān)系或尺寸標(biāo)注建立其約束條件.尺寸驅(qū)動(dòng)是參數(shù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，尺寸約束是實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)的前提.利用CATIA建模時(shí)使用的參數(shù)尺寸包括描述零件的定位尺寸、特征尺寸，以及各元素之間的約束關(guān)系等.

本文以典型的深溝球軸承為例，利用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［6］的表6-2-52選擇軸承代號(hào)為6001的深溝球軸承，軸承標(biāo)記為:滾動(dòng)軸承6001 GB/T 276—1994.根據(jù)表6-2-52中查取的尺寸參數(shù)進(jìn)行建模，其中內(nèi)圈內(nèi)徑d=12mm，外圈外徑D=28mm，寬度 B=8mm，內(nèi)圈外徑 d2=17.4mm，外圈內(nèi)徑D2=23.8mm，圓角半徑 r=0.3mm，球徑 Dw=4.762mm，球數(shù)Z=8個(gè).CATIA中全約束繪制的參數(shù)化深溝球軸承模型見圖3.

圖3 參數(shù)化深溝球軸承的建模

3.2 軸承標(biāo)準(zhǔn)件特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，軸承的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫中引入了數(shù)據(jù)庫的思想，用Access創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫后端，用嵌入和鏈接的方式將復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫中，建立一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫;在后端進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和更新工作.利用VB數(shù)據(jù)庫的訪問功能，制作友好的用戶界面(即數(shù)據(jù)庫的前端)，使用人員的基本操作都在前端進(jìn)行，從而有效地將數(shù)據(jù)管理和常規(guī)使用這兩類工作區(qū)分開，以確保數(shù)據(jù)的獨(dú)立性和安全性.

在建立標(biāo)準(zhǔn)件特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫的同時(shí)，應(yīng)首先分析零件手冊(cè)中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的數(shù)據(jù)，利用Access為每一種標(biāo)準(zhǔn)件建立數(shù)據(jù)庫，每一個(gè)數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)表組成，以存放不同形式的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫.在數(shù)據(jù)庫建成后，可以在應(yīng)用程序中通過數(shù)據(jù)控件與特定的數(shù)據(jù)表連接起來.利用用戶輸入的主參數(shù)作為索引，用Find方法即可讀出對(duì)應(yīng)的參數(shù).深溝球軸承數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)格式如表1所示.

表1 深溝球軸承數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)格式

3.3 自動(dòng)建模功能的實(shí)現(xiàn)

調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫的關(guān)鍵步驟大致可以分為數(shù)據(jù)的拾取和標(biāo)準(zhǔn)件模型的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩部分，也就是系統(tǒng)為用戶選擇一種標(biāo)準(zhǔn)件，并利用數(shù)據(jù)庫里的尺寸參數(shù)，驅(qū)動(dòng)零件尺寸使零件自動(dòng)改變大小，從而達(dá)到自動(dòng)生成相同形狀不同尺寸的各種零件的過程.在程序中使用ADO訪問數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫中讀取尺寸參數(shù)，返回?cái)?shù)據(jù)集并由參數(shù)驅(qū)動(dòng)零件模型.上述程序代碼如下:

定義要改變的尺寸參數(shù)

Dim L As Length

獲取模型庫中的模型文件

Dim partdocument1 As PartDocument

Set partdocument1=CATIA.Documents.Open("D:Modelearing1.CATPart")

用ADO控件訪問數(shù)據(jù)庫來獲取標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸數(shù)據(jù)

Adodc1.ConnectionString =" Provider =Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=" ＆ App.Path ＆ "db1.mdb;Persist Security Info=False"

Adodc1.RecordSource="select× from 深溝球軸承where軸承代號(hào)="＆List1.Text＆""

Adodc1.Refresh

定義一個(gè)當(dāng)前活動(dòng)文件

Dim partdocument2 As PartDocument

Set partdocument2=CATIA.ActiveDocument

將定義參數(shù)與模型尺寸參數(shù)連接

Dim parameters1 As Parameters

Set parameters1 = partdocument2.Part.Parameters

Set L=parameters1.Item("PartBodySketch.1Offset.5Offset")

將數(shù)據(jù)庫中獲取的數(shù)據(jù)賦予零件

L.Value=Adodc1.Recordset.Fields(4)/2

通過CATIA的Update(更新)功能重新生成文件

partdocument2.Part.Update.

4 結(jié)語

本文以面向?qū)ο缶幊陶Z言VB對(duì)CATIA進(jìn)行了二次開發(fā)，建立了軸承的參數(shù)化三維標(biāo)準(zhǔn)件庫工具，實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)于軸承標(biāo)準(zhǔn)件尺寸數(shù)據(jù)庫的管理.軸承的參數(shù)化三維標(biāo)準(zhǔn)件庫通過程序獲取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，采用模板文件作為驅(qū)動(dòng)源，驅(qū)動(dòng)已有模型文件在新的尺寸條件下重新生成模型.本文為機(jī)械傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)中大量軸承的快速、準(zhǔn)確查詢與使用，以及軸承的數(shù)據(jù)管理提供了一條有效的途徑，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，也為使用CATIA開發(fā)其他的標(biāo)準(zhǔn)件庫和控件提供了思路.

［1］ 石義民，王波.CATIA V5環(huán)境下的零件參數(shù)化建模方法［J］.汽車工程師，2011(11):28-31.

［2］ 李建.基于CATIA的三維參數(shù)化零件特征庫的創(chuàng)建與使用［J］.成都大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，30(1):58-61.

［3］ 趙立營，黃翔.基于CATIA的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電氣技術(shù)與自動(dòng)化，2003(3):54-56.

［4］ 魏華峰，郝泳濤.基于CATIA平臺(tái)三維通用機(jī)械零件庫系統(tǒng)的開發(fā)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(9):85-87.

［5］ LU Yong，LI Yingguang，LIAO Wenhe.Research of application modes of parts library system ［J］.Computer Supported Cooperative Work in Design III，2007(2):335-346.

［6］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:2 233-2 398.