淺盆型立式種盤模型第三方程序驅(qū)動系列化設(shè)計(jì)

劉宏新，周興宇，徐曉萌，郭麗峰

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱　150030)

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淺盆型立式種盤模型第三方程序驅(qū)動系列化設(shè)計(jì)

劉宏新，周興宇，徐曉萌，郭麗峰

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱150030)

摘要：為了給零部件參數(shù)化及系列化設(shè)計(jì)提供便捷準(zhǔn)確的解決方案，研究了第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型的設(shè)計(jì)方法。以一種淺盆型立式排種盤為研究對象，在對其特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提取該排種盤直徑、折邊傾角和鉚釘孔中心距等特征參數(shù)，建立了參數(shù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并進(jìn)行了參數(shù)化建模。同時，運(yùn)用VB語言編寫排種盤模型參數(shù)驅(qū)動程序，建立參數(shù)化模型與人機(jī)界面接口，實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面中通過修改排種盤驅(qū)動參數(shù)對模型特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。仿真驅(qū)動表明：該方法能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)零部件的參數(shù)化及系列化設(shè)計(jì)，為農(nóng)業(yè)裝備數(shù)字化資源庫中模型資源的創(chuàng)建及修改提供了一種方法。

關(guān)鍵詞：排種盤；CATIA；參數(shù)化模型；驅(qū)動程序

0引言

參數(shù)化設(shè)計(jì)(Parametric Design)，其基本思想是以約束表達(dá)產(chǎn)品幾何模型的形狀特征，通過定義一組參數(shù)以控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來修改設(shè)計(jì)模型，并能方便地創(chuàng)建一系列形狀結(jié)構(gòu)相似的模型[1]。目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法主要有兩種，分別是表格驅(qū)動設(shè)計(jì)方法和基于程序設(shè)計(jì)方法[2]，而利用第三方程序驅(qū)動參數(shù)化模型的設(shè)計(jì)方法目前并不多見。若在農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)中，將計(jì)算機(jī)語言與CATIA參數(shù)化模型相結(jié)合，在零件參數(shù)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，編寫模型參數(shù)驅(qū)動程序，建立參數(shù)化模型與驅(qū)動程序接口，并創(chuàng)建友好的人機(jī)交互界面，則可在人機(jī)交互界面中直接輸入?yún)?shù)值，驅(qū)動模型結(jié)構(gòu)拓?fù)?，獲得所需規(guī)格的零件模型，從而大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本。

第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型設(shè)計(jì)方法的難點(diǎn)主要有兩方面：一是驅(qū)動參數(shù)的確定，實(shí)現(xiàn)以最少的驅(qū)動參數(shù)驅(qū)動模型再生；二是第三方驅(qū)動程序的編寫，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序?qū)δＰ万?qū)動參數(shù)的修改。

本文以淺盆型立式排種盤為研究對象，該排種盤可充分利用重力和離心力作為充填力[3-4]，提高高速作業(yè)狀態(tài)下排種器的充填能力；同時，為了適應(yīng)不同作業(yè)速度，進(jìn)而對排種盤進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)。本文通過對排種盤特征參數(shù)進(jìn)行提取分類，在CATIA環(huán)境下建立零件參數(shù)化模型，編寫參數(shù)驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面中以最少驅(qū)動參數(shù)生成排種盤系列新模型。

1參數(shù)化模型流程

第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型流程如圖1所示。

圖1　第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型流程

第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型的實(shí)現(xiàn)過程包括：零件參數(shù)化模型的創(chuàng)建和程序代碼的編寫兩部分。第1部分，通過對零件結(jié)構(gòu)特征分析，提取零件參數(shù)，確定驅(qū)動參數(shù)，建立參數(shù)間的關(guān)聯(lián)公式，并創(chuàng)建零件參數(shù)化模型；第2部分，建立友好的人機(jī)交互界面，編寫參數(shù)驅(qū)動程序，并通過對CATIA的二次開發(fā)[5-7]，建立參數(shù)化模型與驅(qū)動程序間接口，實(shí)現(xiàn)第三方程序?qū)α慵?shù)化模型的驅(qū)動。

2程序驅(qū)動參數(shù)化模型實(shí)現(xiàn)

2.1零件結(jié)構(gòu)特征分析

淺盆型立式排種盤三維模型如圖2所示。排種盤內(nèi)壁呈淺盆狀，排種盤中間為采用平鍵傳遞動力的軸孔，軸孔周圍均勻布置有鉚釘孔，用于保證排種盤的穩(wěn)定性，在盆狀排種盤側(cè)壁上沿圓周方向均勻布置充種型孔。

圖2　淺盆型立式排種盤三維模型

通過對淺盆型立式排種盤的結(jié)構(gòu)特征分析可知，決定排種盤結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)有排種盤直徑、排種盤折邊傾角、鉚釘孔中心距、型孔個數(shù)和型孔尺寸[8-9]，如圖3所示。對于同一作物，其排種盤型孔的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，型孔尺寸需要進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，而型孔個數(shù)、鉚釘孔中心距均隨排種盤直徑的變化而變化。因此，該系列排種盤的結(jié)構(gòu)特征由排種盤直徑和折邊傾角來決定。

(a)　主視圖　　　　　　　　　(b)　剖視圖

2.2零件參數(shù)化模型的建立

2.2.1零件特征參數(shù)提取

一個零件往往包含有多個參數(shù)，為了對各參數(shù)進(jìn)行區(qū)分，確定參數(shù)間關(guān)系，便于零件參數(shù)化模型的建立及參數(shù)的修改，需要對參數(shù)的類別、名稱[10]及關(guān)聯(lián)公式進(jìn)行合理的制定?，F(xiàn)以淺盆型立式排種盤為研究對象，在對其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，逐一提取零件特征參數(shù)，并建立排種盤關(guān)鍵參數(shù)表，如表1所示。

表1　排種盤關(guān)鍵參數(shù)表

1)參數(shù)類別。

(1)主驅(qū)動參數(shù)。實(shí)現(xiàn)零件拓?fù)潢P(guān)系和尺寸變化的核心參數(shù)，通常為確定零部件尺寸的主要依據(jù)；其他絕大多數(shù)參數(shù)通過公式與其直接或間接關(guān)聯(lián)，屬于驅(qū)動參數(shù)。

(2)特征驅(qū)動參數(shù)。主驅(qū)動參數(shù)的補(bǔ)充，當(dāng)零件的某些特征參數(shù)無法與主驅(qū)動參數(shù)間建立關(guān)聯(lián)公式時，可引入特征驅(qū)動參數(shù)，通過修改特征驅(qū)動參數(shù)實(shí)現(xiàn)對零件模型局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)調(diào)整，屬于驅(qū)動參數(shù)。

(3)第1層關(guān)聯(lián)參數(shù)。間接驅(qū)動、控制零件模型形狀的一類參數(shù)，一般通過公式與主驅(qū)動參數(shù)或特征驅(qū)動參數(shù)直接關(guān)聯(lián)，屬于被驅(qū)動參數(shù)。

2)參數(shù)名稱。為了區(qū)分各參數(shù)，便于關(guān)聯(lián)公式的編寫，對參數(shù)的命名采用“通用名+專屬類別名+特性代號”的方式。通用名為零件名漢語拼音首字母，專屬類別名為零件特征名漢語拼音首字母全稱或縮寫，特性代號通常為參數(shù)英文單位名稱的首字母，如：排種盤直徑的參數(shù)名稱為pzp-zj-D。

3)關(guān)聯(lián)公式。表示兩個或多個參數(shù)之間數(shù)量關(guān)系的式子，即一個參數(shù)如何由其他參數(shù)計(jì)算而來[11]，通過關(guān)聯(lián)公式，可對各參數(shù)進(jìn)行約束。

2.2.2零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

1)軟件環(huán)境設(shè)置。為了使零件參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中的參數(shù)及關(guān)聯(lián)公式等信息能夠在結(jié)構(gòu)樹上顯示，方便參數(shù)的查閱與修改，在進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)前，先進(jìn)入CATIA軟件選項(xiàng)中，分別激活“知識工程”選項(xiàng)卡下的“帶值”“帶公式”兩個選項(xiàng)和“顯示”選項(xiàng)卡下的“在結(jié)構(gòu)樹中顯示”區(qū)域中的所有選項(xiàng)。

2)驅(qū)動參數(shù)設(shè)定。利用“知識工程”工具條中的“公式”命令f(x)，新建一個名稱為“pzp-zj-D”的長度類型參數(shù)，將其作為主驅(qū)動參數(shù)，并設(shè)定其初始值為200mm；再次新建一個名稱為“pzp-qj-A”的角度類型參數(shù)，將其作為特征驅(qū)動參數(shù)，并設(shè)定其初始值為23°，所創(chuàng)建的驅(qū)動參數(shù)會被添加到結(jié)構(gòu)樹上的參數(shù)節(jié)點(diǎn)下。

3)關(guān)聯(lián)公式的建立是在排種盤生成旋轉(zhuǎn)體特征的草圖編輯工作臺中，右鍵單擊半徑尺寸，選擇“長度.1對象”下的“編輯公式”選項(xiàng)，在公式編輯器中設(shè)定公式：“零件幾何體旋轉(zhuǎn)體.1草圖.1長度.1長度= pzp-zj-D/2”，完成模型尺寸與主參數(shù)的關(guān)聯(lián)。為保證排種盤的尺寸約束關(guān)系，對于滿足零件設(shè)計(jì)的其他特征同樣需要公式來關(guān)聯(lián)尺寸，設(shè)定方法同上。

2.3人機(jī)界面設(shè)計(jì)及模型驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)

2.3.1程序運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型的程序運(yùn)行流程如圖4所示。其重點(diǎn)在于程序與參數(shù)化模型接口的建立和程序?qū)δＰ万?qū)動參數(shù)修改的實(shí)現(xiàn)。

2.3.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

1)軟件環(huán)境設(shè)置。啟動VB6.0，新建一個“標(biāo)準(zhǔn)EXE”的工程，在菜單欄中選擇“工程”中的“引用”選項(xiàng)，在“引用”對話框中選擇所有以CATIA開頭的類庫聲明[12]。

2)界面創(chuàng)建。在窗體上添加圖片框、標(biāo)簽、文本框和命令按鈕，并修改它們的屬性，創(chuàng)建如圖5所示的人機(jī)交互界面。

通過編程訪問CATIA對方的方法有很多，此處采用進(jìn)程外訪問，即將CATIA作為一個OLE(Object Linking Embedding)自動化服務(wù)器，當(dāng)外部程序通過COM接口來訪問CATIA內(nèi)部對象時，若CATIA沒有啟動，需實(shí)現(xiàn)CATIA的啟動。其代碼接口如下：

……………

Dim CATIA AsObject

On Error Resume Next

Set CATIA =GetObject("CATIA.Application")

If Err.Number <> 0 Then

SetCATIA=CreateObject("CATIA.Application")

CATIA.Visible = True

End If

On Error GoTo 0

……………

在該段程序中，首先聲明一個對象變量，并添加一段控制錯誤代碼，若CATIA已啟動時，使用GetObject函數(shù)直接與CATIA建立連接， CATIA未啟動，則用CreateObject啟動CATIA。

圖4　程序運(yùn)行流程

圖5　人機(jī)交互界面

3)參數(shù)化模型的引用及驅(qū)動。在人機(jī)交互界面中實(shí)現(xiàn)對模型參數(shù)的修改及對模型的驅(qū)動，可將部分宏程序復(fù)制到程序中進(jìn)行修改，或?qū)Τ绦蛑苯舆M(jìn)行編譯。實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的關(guān)鍵程序代碼如下：

……………

'……………………文本框獲取焦點(diǎn)

Text1.SetFocus

Text2.SetFocus

'……………………文本框?yàn)榭諘r提示錯誤并重輸

Do While Text1.Text = ""

Text2.Text = ""

MsgBox "wrong"

Exit Sub

Loop

……

'……………………打開零件模型

Set documents1 = CATIA.Documents

Set PartDocument1=Documents1.Open(App.Path

"pzpseedplate.CATPart")

'……………………將輸入數(shù)值賦予零件模型

Set PartDocument1 = CATIA.ActiveDocument

SetPart1 = PartDocument1. Part

Setparameters1 = Part1.Parameters

parameters1.Item("pzp-zj-D").Value =

Val(Text1.Text)

parameters1.Item("pzp-zj-A").Value =

Val(Text2.Text)

Part1.Update

……………

3仿真驅(qū)動

為了驗(yàn)證第三方程序驅(qū)動CATIA參數(shù)化模型設(shè)計(jì)方法的可行性，在圖5所示的人機(jī)交互界面的兩個文本框中分別輸入(160/23)、(220/23)、(280/23)、(160/35)、(220/35)和(280/35)6組不同的數(shù)值，運(yùn)行程序，在CATIA中會相應(yīng)的生成相應(yīng)尺寸的零件模型，如表2所示。

表2　排種盤模型表

4結(jié)論

1)以淺盆型立式排種盤直徑作為主驅(qū)動參數(shù)，折邊傾角作為特征驅(qū)動參數(shù)，建立了參數(shù)間關(guān)聯(lián)公式，能快速準(zhǔn)確地生成一系列不同直徑、折邊傾角、鉚釘孔中心距和型孔個數(shù)的排種盤模型。

2)利用VB語言編寫模型參數(shù)驅(qū)動程序和訪問CATIA的腳本程序，建立模型資源與驅(qū)動程序接口，可通過友好的人機(jī)交互界面對排種盤模型驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)對排種盤模型特征結(jié)構(gòu)的控制。

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Third-party Applications Driven Series Design For Model of Vertical Shallow Basin Type Seed Plate

Liu Hongxin，Zhou Xingyu，Xu Xiaomeng，Guo Lifeng

(College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Abstract：n order to provide rapid and effective solution for parameterization and serialization design of components, research drive CATIA parameterization model through third-party applications. In a vertical shallow basin type seed plate as an object of study, based on its characteristic structure analysis, extracting the characteristic parameters about diameter, flange angle and center distance of seed plate, built incidence formula and parametric model. Using VB language to write driver of model parameters, and establish the interface between parameterized model and program, realize through modify drive parameters in the man-machine interface to control the structure of the model. The simulation driving show that the technology can achieve rapid and accurate parts parametric and serialization design, and provides a method for the create and modify the model of agricultural equipment digital resource repository.

Key words：seed plate; CATIA; parametric modeling; driver

文章編號：1003-188X(2016)01-0076-05

中圖分類號：S223.2;TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：劉宏新(1971-)，男，黑龍江穆棱人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，(E-mail)Lcc98@neau.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51275086)

收稿日期：2015-03-11