基于ICAPI的汽車零部件三維參數(shù)化設(shè)計研究

鄭金鐸,王濤,馬士禎,鞠錦建

(臨工集團濟南重機有限公司，山東濟南 250104)

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基于ICAPI的汽車零部件三維參數(shù)化設(shè)計研究

鄭金鐸,王濤,馬士禎,鞠錦建

(臨工集團濟南重機有限公司，山東濟南 250104)

摘要：基于CAXA實體設(shè)計二次開發(fā)應用程序接口(ICAPI)以及VC++6.0，針對汽車產(chǎn)品典型零部件結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計要求，通過三維參數(shù)化模型庫的構(gòu)建，實現(xiàn)了汽車產(chǎn)品典型零部件的三維參數(shù)化設(shè)計，降低了設(shè)計人員的勞動強度，提高了設(shè)計效率。

關(guān)鍵詞：ICAPI；二次開發(fā)；三維參數(shù)化設(shè)計

0引言

ICAPI(IronCAD Application Programming Interface,IronCAD應用程序接口)是CAXA實體設(shè)計為用戶提供的二次開發(fā)程序接口，用戶可以應用ICAPI創(chuàng)建基于CAXA實體設(shè)計二次開發(fā)的應用程序，通過ICAPI可編接口函數(shù)，用戶可以實現(xiàn)CAXA實體設(shè)計提供給最終用戶的幾乎所有功能。另外，用戶可以幾乎不受限制地訂制和改進一些額外功能，因此通過ICAPI的二次開發(fā)可以完成機械產(chǎn)品專用CAD(Computer Aided Design,計算機輔助設(shè)計)設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，以降低企業(yè)設(shè)計人員的勞動強度，提高設(shè)計效率。

CAXA實體設(shè)計為用戶提供了自定義參數(shù)化零件庫功能，任何用戶認為有重復利用需要的設(shè)計都可以作為一種設(shè)計元素在自定義參數(shù)化零件庫中保存起來，在需要的時候，可以方便地從設(shè)計元素庫拖到設(shè)計環(huán)境中，實現(xiàn)零部件的設(shè)計重用。設(shè)計元素可以是一個設(shè)計好的特征、零件、裝配、圖標或是一種特殊的圖案。圖1所示為用戶自定義的汽車典型零部件三維參數(shù)化模型庫。

1系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)

在CAXA實體設(shè)計提供的二次開發(fā)環(huán)境下，利用CAXA二次開發(fā)應用程序接口(ICAPI)實現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計。采用該方法，首先構(gòu)建零部件的三維模型，并定義其參數(shù)構(gòu)成和關(guān)聯(lián)約束，然后利用高級開發(fā)語言(文中利用VC++6.0)調(diào)用設(shè)計參數(shù)驅(qū)動零件三維模型。

系統(tǒng)構(gòu)建以汽車產(chǎn)品典型零部件為例展開討論，通過構(gòu)建汽車典型零部件的三維參數(shù)化驅(qū)動模型，實現(xiàn)汽車產(chǎn)品設(shè)計過程中典型零部件的參數(shù)驅(qū)動。

1.1CAXA實體設(shè)計三維參數(shù)建模的基本要求

三維參數(shù)化模型包括零件的幾何拓撲關(guān)系、尺寸參數(shù)等信息。建立零部件的三維參數(shù)化模型的關(guān)鍵是保證其能夠正確地完成參數(shù)化設(shè)計。建模時應遵循以下要求[1]：

(1)使用CAXA實體設(shè)計提供的參數(shù)化造型功能構(gòu)建的三維模型，應盡量減少特征數(shù)，以較好地支持參數(shù)化。

(2)如果三維參數(shù)化模型是一個部件(子裝配)，該模型不僅含有能夠驅(qū)動零件幾何形狀的尺寸參數(shù)，還應包括零件之間的裝配約束關(guān)系，這是為了保證在參數(shù)驅(qū)動時，子裝配零件之間具有相對正確的位置。

(3)直接用于驅(qū)動零部件幾何尺寸形狀的參數(shù)作為頂層參數(shù)，稱之為一級參數(shù)，封裝了零部件的幾何信息；在CAXA二維草圖截面上定義的參數(shù)稱之為二級參數(shù)，又稱為特征級造型參數(shù)。用一級參數(shù)的表達式來表示特征級造型參數(shù)，當改變零件的尺寸參數(shù)(一級參數(shù))時，可以驅(qū)動特征級造型參數(shù)改變，從而驅(qū)動零件的尺寸及形狀發(fā)生改變。各個參數(shù)之間關(guān)系如下：

f1(一級主參數(shù))→(二級主參數(shù))

f2(一級主參數(shù)，二級主參數(shù))→(一般參數(shù))

CAXA實體設(shè)計提供了多種構(gòu)建零件三維模型的功能，如智能圖素、三維球工具、編輯二維草圖截面等功能，利用這些功能，根據(jù)三維實體建模的基本要求可以方便地構(gòu)建零件的三維模型。在三維模型的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對其二維草圖和特征包圍盒施加約束和定義參數(shù)，可以對零件的三維模型進行尺寸驅(qū)動和位置驅(qū)動，并將建好的參數(shù)化模型存入CAXA實體設(shè)計提供的設(shè)計圖素庫(Catalogs)中，供設(shè)計人員在參數(shù)化設(shè)計時使用。典型零部件的三維參數(shù)模型及其參數(shù)構(gòu)成如圖2所示。

1.2CAXA實體設(shè)計二次開發(fā)的相關(guān)技術(shù)

CAXA實體設(shè)計為用戶提供的二次開發(fā)應用程序接口(ICAPI)，使得用戶可以根據(jù)自己的需要訪問系統(tǒng)的各項功能和底層數(shù)據(jù)，并利用第三方工具來擴展功能，達到用戶程序與CAXA實體設(shè)計的無縫集成。利用VC++6.0，基于COM組件的集成方案直接利用ICAPI提供的大量接口和函數(shù)進行用戶程序的編寫，是一種比較有效的二次開發(fā)方式。

ICAPI在設(shè)計時努力使二次開發(fā)用戶在調(diào)用一個API函數(shù)后，CAXA實體設(shè)計始終保持數(shù)據(jù)的正確狀態(tài)。如果二次開發(fā)用戶調(diào)用一個API后成功返回，CAXA實體設(shè)計則始終保持一個正確的狀態(tài)，即便是因為設(shè)計模型還沒有結(jié)束而停留在一個中間狀態(tài)，CAXA實體設(shè)計也始終處于一個正確狀態(tài)，這樣CAXA實體設(shè)計就不會出現(xiàn)異常。如果API調(diào)用失敗，CAX實體設(shè)計會清楚它產(chǎn)生的內(nèi)部數(shù)據(jù)，以保持一個正確的狀態(tài)[2]。

圖3所示為ICAPI對象總圖，每一個對象都支持一個或多個接口。在每個獨立的接口中都集成了一套強大的功能。這些接口包含了一組用來操作、查詢和創(chuàng)建它們包含的對象的函數(shù)。要詳細了解這些接口和接口函數(shù)的功能，可以參閱CAXA的ICAPI幫助文件。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)利用CAXA實體設(shè)計所提供的二次開發(fā)接口ICAPI，采用Visual C++6.0作為開發(fā)工具，在CAXA實體設(shè)計環(huán)境下，實現(xiàn)了專用機械產(chǎn)品三維參數(shù)化快速設(shè)計，下面以汽車懸架系統(tǒng)典型零部件為例來討論系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。

2.1零部件設(shè)計流程及實現(xiàn)方式

汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計的流程圖如圖4所示。

把基于ICAPI編寫的典型零部件應用程序加載在該零部件三維模型上，并將其三維模型保存在設(shè)計元素庫中，這樣將模型拖入設(shè)計環(huán)境時會自動彈出該零部件的設(shè)計向?qū)?，在人機交互式設(shè)計向?qū)Ы缑嫔习凑找笠来屋斎朐O(shè)計驅(qū)動參數(shù)后，單擊確定，即可完成該零部件的設(shè)計。

2.2典型零部件設(shè)計功能實現(xiàn)

例如汽車懸架系統(tǒng)中鋼板彈簧屬于比較典型的零件，在進行其設(shè)計時，設(shè)計人員將其從設(shè)計元素庫中拖到CAXA實體設(shè)計環(huán)境下，加載在該模型上的應用程序被激活，系統(tǒng)自動彈出設(shè)計向?qū)υ捒?，設(shè)計人員根據(jù)對話框的內(nèi)容，依次輸入設(shè)計參數(shù)，單擊確定，便可完成汽車懸架系統(tǒng)中鋼板彈簧的設(shè)計，如圖5所示。設(shè)計完成之后的計算結(jié)果顯示界面如圖6所示，圖7是設(shè)計完成的三維模型。

如果進行部件(子裝配)總成的設(shè)計，在進行參數(shù)驅(qū)動、完成三維造型的同時，內(nèi)部零件之間也必須保證相對位置正確，這就需要在參數(shù)化模型設(shè)計時，要考慮零件之間的裝配約束關(guān)系，這一點很重要，它將直接影響到參數(shù)驅(qū)動完成后的模型是否正確，所以在進行參數(shù)化造型時必須考慮。

圖5鋼板彈簧設(shè)計向?qū)D6計算結(jié)果

3結(jié)束語

以Visual C++6.0作為開發(fā)工具，在CAXA實體設(shè)計環(huán)境下，實現(xiàn)了專用機械產(chǎn)品三維參數(shù)化快速設(shè)計。應用該系統(tǒng)進行專用機械產(chǎn)品設(shè)計時，能有效降低設(shè)計人員的重復勞動，提高設(shè)計效率。但是在系統(tǒng)的具體實現(xiàn)時，不僅局限于汽車產(chǎn)品，可以推廣到其他機械產(chǎn)品領(lǐng)域，以后還可以考慮系統(tǒng)與知識庫及模型數(shù)據(jù)庫的鏈接，把行業(yè)標準、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等加入到模型中去，使之更好地服務于設(shè)計人員。

參考文獻:

【1】靳江艷，方憶湘，劉恩福.CAXA實體設(shè)計環(huán)境下的蝶閥產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計[J].河北科技大學學報,2007,28(3):230-233.

【2】朱雅達.CAXA實體設(shè)計的二次開發(fā)[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2002(8):51-52.

Study of Automobile Parts 3D Parametric Design Based on ICAPI

ZHENG Jinduo,WANG Tao,MA Shizhen,JU Jinjian

(Lingong Group Jinan Heavy Machinery Co.,Ltd.,Jinan Shandong 250104,China)

Keywords:IronCAD Application Programming Interface (ICAPI); Secondary development;3D parametric design

Abstract:Based on the CAXA solid design secondary development application interface (ICAPI) and VC++6.0, according to the structure characteristics and design requirements of the typical parts of automotive products, the 3D parametric design for typical parts of automobile products was realized by which the labor intensity could be reduced and the design efficiency could be improved.

收稿日期：2015-12-15

作者簡介：鄭金鐸(1981—)，男，碩士研究生，工程師，研究方向為汽車工程、機械CAD/CAM。E-mail：zhengjinduo@163.com。

中圖分類號:TP391.72

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1986(2016)03-043-03