基于CATIA的轴承三维参数化标准件库的开发

朱 瑞，孟 光，李鸿光，朱 彦

(1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240;2.上海电力学院能源与机械工程学院，上海 200090)

轴承是机械传动设备中的重要零部件，它起到支撑机械旋转体，降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数的重要作用.随着我国制造业数字化进程的不断推进，如何以最快的速度响应市场需求，设计生产出符合市场需要的产品是产品设计开发的关键问题之一.建立轴承三维标准件库，一方面可以大大提高开发设计的效率，避免不同设计者的重复劳动，缩短产品开发周期;另一方面也可以提高轴承设计的标准化程度，提高其可定制性等［1，2］.

CATIA是法国达索(Dassault Aviation)公司开发的一套界面友好、功能强大、易于操作的世界主流CAD/CAM/CAE一体化软件，可以实现复杂的三维零件实体造型和装配.虽然CATIA具备标准件库功能，但是其格式是开发商自行定义的，通用性和更新性较差，且标准件存储的数据冗余，不易操作.因此，为了满足产品研发的需要，适应企业内部网络化、数字化、无纸化和个性化设计的迫切需求，创建满足企业使用的通用性CATIA三维标准件库是十分必要的［3，4］.本文通过对轴承标准件库的创建，可以实现一次建模和重复使用，以达到充分共享和高效利用公共资源的目的.

1 总体设计方案

基于CATIA的轴承三维参数化标准件库的设计主要包括:标准件轴承的三维实体模型的建模;轴承的特征参数数据库的建立;接口驱动与应用程序设计;用户界面设计.各模块之间的关系如图1所示.

图1 基于CATIA的轴承三维标准件库各模块间关系

2 二次开发接口与应用程序设计

2.1 CATIA二次开发接口

作为当今功能比较强大的CAD软件，CATIA提供了多种开放性接口，包括Automation编程接口和开放的基于构件的应用编程接口［5］.通过使用CATIA的Automation技术，CATIA可以与外部程序共享对象，Automation向VB提供编程接口，这样就可以编写程序调用CATIA，并控制CATIA完成标准件模型的尺寸更新，也就是新规格标准件模型的自动生成过程.本文利用CATIA二次开发的Automation接口进行轴承三维参数化标准件库的开发.CATIA的Automation描述如图2所示.

图2 CATIA Automation接口的构成

2.2 VB6.0和CATIA的链接

CATIA自动化接口在扩展名为TLB的文件中，在用VB进行二次开发调用CATIA的功能时，必须在VB编程环境中选择Project/Reference打开对象库功能，并引用相关的CATIA对象库.

实现VB和CATIA链接的具体代码如下:

定义CATIA对象

Dim CATIA As Object

On Error Resume Next

当CATIA已经开始运行时，脚本用GetObject方法连接到CATIA

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

If Err.Number ＜ ＞ 0 Then

如果 CATIA没有运行，脚本应先用CreateObject方法启动CATIA

SetCATIA = CreateObject("CATIA.Application")

CATIA.Visible=True

End If

On Error GoTo 0.

3 数据库与建模功能的设计与实现

3.1 轴承参数化标准件模板的创建

参数化设计是指通过修改尺寸来实现对图纸的修改的设计方法.在利用CATIA设计草图截面轮廓时，应先建立正确的全约束关系.由于该模型是派生其他外型相同或相似的轴承件的基础，为了避免在设计参数变化后出现形态异常的情况，先建立完整的约束关系是非常必要的，在设计时可通过位置关系或尺寸标注建立其约束条件.尺寸驱动是参数驱动的基础，尺寸约束是实现尺寸驱动的前提.利用CATIA建模时使用的参数尺寸包括描述零件的定位尺寸、特征尺寸，以及各元素之间的约束关系等.

本文以典型的深沟球轴承为例，利用机械设计手册［6］的表6-2-52选择轴承代号为6001的深沟球轴承，轴承标记为:滚动轴承6001 GB/T 276—1994.根据表6-2-52中查取的尺寸参数进行建模，其中内圈内径d=12mm，外圈外径D=28mm，宽度 B=8mm，内圈外径 d2=17.4mm，外圈内径D2=23.8mm，圆角半径 r=0.3mm，球径 Dw=4.762mm，球数Z=8个.CATIA中全约束绘制的参数化深沟球轴承模型见图3.

图3 参数化深沟球轴承的建模

3.2 轴承标准件特征参数数据库的设计

数据库是整个系统的关键，轴承的三维标准件库中引入了数据库的思想，用Access创建标准件数据库后端，用嵌入和链接的方式将复杂多样的数据内置于数据库中，建立一个关系型数据库;在后端进行数据库的维护和更新工作.利用VB数据库的访问功能，制作友好的用户界面(即数据库的前端)，使用人员的基本操作都在前端进行，从而有效地将数据管理和常规使用这两类工作区分开，以确保数据的独立性和安全性.

在建立标准件特征参数数据库的同时，应首先分析零件手册中有关标准件的数据，利用Access为每一种标准件建立数据库，每一个数据库由数据表组成，以存放不同形式的标准件数据库.在数据库建成后，可以在应用程序中通过数据控件与特定的数据表连接起来.利用用户输入的主参数作为索引，用Find方法即可读出对应的参数.深沟球轴承数据库的设计格式如表1所示.

表1 深沟球轴承数据库设计格式

3.3 自动建模功能的实现

调用标准件库的关键步骤大致可以分为数据的拾取和标准件模型的动态驱动两部分，也就是系统为用户选择一种标准件，并利用数据库里的尺寸参数，驱动零件尺寸使零件自动改变大小，从而达到自动生成相同形状不同尺寸的各种零件的过程.在程序中使用ADO访问数据库，从数据库中读取尺寸参数，返回数据集并由参数驱动零件模型.上述程序代码如下:

定义要改变的尺寸参数

Dim L As Length

获取模型库中的模型文件

Dim partdocument1 As PartDocument

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

用ADO控件访问数据库来获取标准件的尺寸数据

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

Adodc1.RecordSource="select× from 深沟球轴承where轴承代号="＆List1.Text＆""

Adodc1.Refresh

定义一个当前活动文件

Dim partdocument2 As PartDocument

Set partdocument2=CATIA.ActiveDocument

将定义参数与模型尺寸参数连接

Dim parameters1 As Parameters

Set parameters1 = partdocument2.Part.Parameters

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

将数据库中获取的数据赋予零件

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

通过CATIA的Update(更新)功能重新生成文件

partdocument2.Part.Update.

4 结语

本文以面向对象编程语言VB对CATIA进行了二次开发，建立了轴承的参数化三维标准件库工具，实现了用户对于轴承标准件尺寸数据库的管理.轴承的参数化三维标准件库通过程序获取数据库数据，采用模板文件作为驱动源，驱动已有模型文件在新的尺寸条件下重新生成模型.本文为机械传动零件设计中大量轴承的快速、准确查询与使用，以及轴承的数据管理提供了一条有效的途径，大大提高了机械设计的效率，缩短了设计周期，也为使用CATIA开发其他的标准件库和控件提供了思路.

［1］ 石义民，王波.CATIA V5环境下的零件参数化建模方法［J］.汽车工程师，2011(11):28-31.

［2］ 李建.基于CATIA的三维参数化零件特征库的创建与使用［J］.成都大学学报:自然科学版，2011，30(1):58-61.

［3］ 赵立营，黄翔.基于CATIA的三维标准件库的研究与实现［J］.电气技术与自动化，2003(3):54-56.

［4］ 魏华峰，郝泳涛.基于CATIA平台三维通用机械零件库系统的开发［J］.机械设计与制造，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.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2004:2 233-2 398.