基于CATIA Automation实现的螺母参数化建模

2014-11-27武文轩

精密制造与自动化 2014年4期

武文轩

武文轩1、2

（1.上海交通大学机械与动力工程学院 200240；2.上海机床厂有限公司 200093）

介绍了CATIA Automation及其在标准件参数化建模中的应用，讨论了以VB为编程环境，利用Automation技术实现引用程序和CATIA间的通讯，实现螺母的参数化建模且模型附带重量、材料等重要信息的方法。提供了利用VB和CATIA进行快捷、灵活的螺母建模方法及在此过程中应注意的问题。

Automation CATIA 参数化 VB.NET 标准件

在实际应用中，各种设备大部分由基本的零件组装或装配而成,螺母作为标准件的主要种类之一使其成为广泛应用零件的重要组成部分，螺母的建模就成为机械设备仿真、分析及产品研发等环节的重要前提。

螺母虽种类繁多，但其优选、简化、标准的特点较符合参数化技术，从而解决了重复，繁琐的建模问题。采用参数化技术可以很好的解决实际尺寸变化及结构变化的零件系列化问题，并解决由此产生的重复建模问题，提高了工作效率。

利用CATIA提供的自动化（Automation）技术，基于VB.NET的开发环境，以CATIA V5 R18为软件平台，方便的进行螺母的参数化设计。其过程和目标如图1所示。

这种方法不仅提供了一种快速、有效的建模途径，并且为实际应用中出现的需要对模型进行修改的问题提供了一种行之有效的方法。这样既节约了时间，又避免了资源的浪费，有利于企业及国民经济的发展。

图1 参数化过程和目标

1 CATIA及其Automation技术原理

CATIA(Computer Aided Three Dimensi- onal Interactive Application)系统，即“计算机辅助三维交互式应用”系统。具有世界先进水平的、交互式的、多功能的、用于计算机辅助设计和制造的三维几何设计系统。它主要以“交互式”应用为主。

CATIA录制宏生成的VBScript代码稍作修改就可以放在VB环境下运行，避免了重新写代码的麻烦，降低了代码错误的几率且减少了修改代码的时间，从根本上提高了工作效率。因此采用Visual Basic.NET作为开发环境。

Automation技术是建立在COM基础之上，是一种允许一个“应用程序”操作另一个“应用程序”的技术。Automation技术并不是直接获取及处理数据，而是间接的通过暴露的对象和属性，利用对象的方法和属性来获取、设置及处理数据。在CATIA Automation中，所有数据都被封装成对象的形式，并形成树形结构，如图2所示。这样就可以通过根对象对其他的一些对象进行访问， Application对象是根对象，通过这个对象的Documents，Windows和SystemService等属性就可以访问CATIA所有对象。

CATIA的基本操作主要是通过几个API(Application Programming Interface)对CATIA进行文件操作，视图操作等。零件操作主要是进行CATIA实体建模，如草绘、约束、实体等操作。

要对CATIA进行操作，首先是要连接到他的COM接口，主要有GetObject和CreateObject两种方法。通过这两种方法，程序即可访问到CATIA，如果CATIA没有启动，则程序先启动CATIA，再对CATIA进行访问。

图2 Application对象树状图

Part是零件文档最上层的对象，如图3所示，通过它可以对参考系、草绘、实体特征等属性进行操作，实现CATIA的实体建模。如图3所示。

图3 建模的编程实现过程

2 参数化建模的实现方法

2.1 参数化设计

在CAD中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。目前，在CAD系统中常用的参数化设计方法有三种：变量几何法、几何推理法及基于特征的方法。在CATIA环境下进行参数化设计宜采用基于特征的方法。

参数化设计的功能是将隐式的实践转化为潜入整个设计过程的显示设计。设计者通过定义特征、公式等，从而产生参数、方程等，设计过程与用户定义的参数化顺序有关。参数化设计的特点[1]：

（1）约束，用一定的限制条件建立和规定各元素之间的几何约束和工程约束；

（2）驱动尺寸，在建立好约束的前提下修改某一尺寸，程序将自动检索和计算所要求的参数量，从而修改模型；

（3）数据相关，修改尺寸参数值与其相关的尺寸也随之改变。

在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系。将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图[2]。

参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。

2.2 模型建立及宏的录制

CATIA具有强大的三维建模功能，可以通过零件设计界面直接建模。建模的同时录制宏，且在建模之前首先建立参数，参数主要包括建模所需的尺寸、重量、材料及Partnumber等内容。在建模过程中参数值一般采用实体的精确数值，以避免在实际模型建立过程中因特征及尺寸等原因造成的干涉而无法生成正确的模型。

在建立实体模型时，利用草图编辑器中的尺寸约束及其几何拓扑约束建立尺寸及其相关关系，并且用CATIA自身具备的公式编辑功能建立几何尺寸与驱动尺寸参数之间的关系。模型完成之后，停止宏录制即可得到相应的程序。在代码录制完成之后，首先需运行一下，以确保程序代码的完整性及实体模型建立步骤和方法的正确性，运行无误之后把所需代码拷入VB.NET编辑器。

2.3 建立数据表

根据应用螺母的尺寸系列及重量、材料、表面处理方法等相关信息建立对应的EXCEL表格。表头内容为建模所需的尺寸名称、Partnumber及其他所需信息等，表的内容为所需模型的相关值。为了方便对模型情况的了解和查看，在表格中需加入ID信息。除此之外，在生成相关模型及检查时，可以根据ID修改程序内容，以获得相关的模型及信息。

程序运行无误后，可以添加及调用程序模块获得所需要的系列数据，实现自主决定修改保存路径。在获得所需模型的同时，还可以把模型插入到装配环境下。根据需要查看模型的零件、材料等重要信息。还可以根据需要适时的修改相关程序以获得所需信息。比如，把实际重量单位为千克改为磅，或者修改材料。同时，在需要获得单个模型时可以根据表格数据生成，也可以通过在“输入螺母设计参数”面板上各控件，完成螺母设计时所需的各种参数设置来获得。其实现过程及最终的界面如图4、5所示。