基于CATIA二次开发的转向架构架参数化建模

吴文龙，金新灿

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京100044)

基于CATIA二次开发的转向架构架参数化建模

吴文龙，金新灿

(北京交通大学 机械与电子控制工程学院，北京100044)

转向架构架结构复杂，对其参数化设计分侧梁和横梁两个模块进行。以某型车转向架构架为基体，提取构架的控制参数，基于这些参数，应用VB环境下CATIA二次开发的自动化技术，搭建构架的参数化建模平台。平台中参数可由人工输入，构架模型自动生成，缩短了设计阶段的建模周期。

构架;CATIA;二次开发;参数化建模

高速列车科技创新国际论坛上，提出中国高速列车技术在“十二五”期间，将逐步实现“谱系化、智能化、绿色化”的目标，为实现这一目标，我国将搭建谱系化高速列车设计制造一体化平台，以实现面向多样需求的高速列车的快速定制。构架作为铁道车辆重要的走行部分部件之一，承受和传递了车体与轮对之间的各种载荷，因此，实现其参数化建模具有重大意义。

以某型车转向架构架为原型，利用CATIA软件的二次开发功能，结合编程语言VB实现构架参数化模型的搭建，并且可实现人机交互的功能。CATIA软件是当今CAD领域曲面设计、实体造型、模具设计等方面的顶级软件，在航空航天工业、汽车制造业等大量涉及到复杂外形设计的工作领域内，CATIA展现了强大的功能［1］。

1 CATIA二次开发简介

二次开发是对软件的用户化和专业化的有效手段，它可以使软件更好地为用户服务，这对提高工作效率和工作质量有着不可低估的作用［2］。目前，CATIA二次开发的主要有Automation API(使用自动化应用接口的宏)、Interactive User Defined Feature(交互式的用户定义特征)和CAA V5的C++和java应用接口3种方法。现在使用最多的则是自动化对象编程(V5 Automation)和开放的基于构件的应用编程接口(CAA)［3-4］。

在文献［5］中，作者通过对以上两种开发方式的对比，发现使用CAA C++效率高，但入门困难。相对的，CAA Automaiton功能的限制多，但入门容易，建议在进行开发工作时，尽可能使用CAA Automation，不足之处再辅以CAA C++。运用宏(Macro)对CATIA进行二次开发时，使用 VBScript作为编辑工具，这是一种交互式的定制，可以记录用户的操作过程，自动生成代码。由于构架的结构形式复杂，利用此方法可为开发者大量缩短开发周期，因此，本文利用了宏功能，结合Visual Basic 6.0编制界面和程序实现CATIA的二次开发。其二次开发流程如图1所示。

图1 CATIA二次开发流程图

2 构架参数化描述

通过对构架结构的分析，主要分为横梁和侧梁两大部分，其余部件均是安装在这两大部分上的。结合文献［6］中的研究，主要从两大模块，即侧梁和横梁主体结构来参数化整个构架。其余安装座等由于结构形式复杂，且形式多变，参数化设计意义不大，因此，不对其进行参数化建模。以某型车转向架构架为原型，对其参数化进行描述。

2.1 侧梁模块参数的选取

构架侧梁模块结构相对复杂，侧梁模块中包含有侧梁主体、一系弹簧支撑、侧梁空气弹簧安装座、横侧梁连接处以及隔板等部分。下面，分别定义各部分参数。

(1)侧梁主体参数

根据构架结构的对称性，以构架侧梁的一半为参数控制模型，如图2所示。其控制参数主要选定各盖板长度尺寸、各盖板厚度、高度尺寸以及圆角尺寸等4方面关键几何参数。总计16个参数。

图2 1/2侧梁主体控制参数

(2)一系弹簧支撑处参数

根据该型车构架的结构形式，一系弹簧支撑处参数控制方案如图3所示。其控制参数主要有直径尺寸、长度尺寸、厚度尺寸以及圆角尺寸等几何参数。总计10个参数。

图3 一系弹簧支撑处控制参数

(3)侧梁空气弹簧安装座参数

在进行侧梁空气弹簧安装座设计时，提供了如图4所示的控制方案。其控制参数主要有直径尺寸(其中D9作为定位尺寸)、厚度尺寸、倒角尺寸、空气弹簧垫板横向尺寸K1以及垫板小孔位置距其边缘的尺寸K2(定位尺寸)，尺寸K2和D9共同作用确定了小孔的位置。总计9个参数。

图4 侧梁空气弹簧安装座控制参数

(4)横侧梁连接参数

该型车构架的横梁为圆管型截面横梁，因此只需要在侧梁腹板上开孔。开孔时参数控制方案如图5所示。其控制参数主要有直径尺寸D11，纵向定位尺寸C1，垂向定位尺寸C2。共计3个参数。

图5 横侧梁连接控制参数

(5)隔板参数

侧梁主体结构内设计了3种形式的隔板，如图6所示。隔板控制参数主要涉及有高度尺寸、宽度尺寸、定位尺寸、孔径尺寸、圆角尺寸以及厚度尺寸等关键几何参数。其中图6(a)中隔板总计7个参数，图6(b)中隔板总计9个参数，图6(c)总计10个参数。

图6 隔板控制参数

2.2 横梁模块参数的选取

横梁模块较侧梁模块来说结构简单，主要包括横梁和纵向梁两部分。下面，分别定义这两部分参数。

(1)横梁参数

横梁截面为圆管形，如图7所示。其控制参数有拉伸长度尺寸L3，圆截面外径尺寸D12和圆管厚度尺寸T5。共计3个参数

图7 横梁控制参数

(2)箱形纵向梁参数

该型车构架的纵向梁结构如图8所示。其控制参数主要根据装配关系确定，相关的参数C1和D12，这两个参数已有前面相关结构参数约束给出。因此，箱型纵向梁的控制没有独立参数。

图8 纵向梁控制参数

3 参数化建模功能的实现

3.1 VB程序访问CATIA

本文采用人机交互界面的开发方式实现转向架构架零部件的自动生成。界面采用Visual Basic 6.0进行开发，可由人工在所编制的界面上输入参数，后台自动运行CATIA，从而得到所需要的CAD模型。

在利用VB对其进行联合编程时，需要从VB的菜单中选择“工程→引用”，打开工程引用对话框，选中所有以CATIA带头的类库声明，如图9所示，按确定退出。

图9 选中所有以CATIA带头的类库声明

当用VB来编程时，需要通过COM接口访问到CATIA，可用如下代码来进行访问。

在对构架进行参数化建模时，利用CATIA中的宏录制功能，得到模型建立的代码，再根据需要修改代码，将宏脚本转换到VB程序中。

3.2 界面编制

构架参数化建模从两个模块进行，即侧梁模块和横梁模块。其参数化流程如图10所示。

图10 参数化建模流程图

在Visual Basic 6.0环境下，利用“TextBox”控件实现参数的输入，配上相应的模型图片，同时开发设置不同功能的按钮，编制处实现各功能的参数化建模界面。图11是编制的参数化建模主界面，图12～图16是侧梁模块建模各界面，图17～图18是横梁模块建模各界面。

图11 参数化建模主界面

图12 侧梁主体参数化建模界面

图13 一系弹簧支撑处参数化建模界面

图14 侧梁空气弹簧安装座参数化建模界面

图15 横侧梁连接参数化建模界面

3.3 模型创建

利用所编制的构架参数化建模系统，以现有构架参数为基体参数，输入各参数输入框中，单击每一步的“创建”按钮，当前模型创建完成后，单击“下一步”，可执行后续模型的生成。利用系统生成各类构架零件，将之装配起来，得到构架的侧梁模块模型如图19所示(图中隐藏了一块侧盖板，侧梁正中间有3块小隔板，其结构简单，不是由参数化建模生成)，横梁模块的模型如图20所示，总体装配如图21所示。

图16 隔板参数化建模界面

图17 横梁参数化建模界面

图18 箱形纵向梁参数化建模界面

图19 构架侧梁模块装配体模型

图20 构架横梁模块装配体模型

图21 构架总体装配模型

4 结束语

转向架构架结构复杂，但将其分解为侧梁和横梁两大模块来进行参数化设计可使得建模系统流程简明清晰，功能明确。最终利用CATIA Automation二次开发的方法，在VB环境下可自动生成构架的模型，且具有参数修改功能。从本文的研究来看，CATIA的二次开发功能可以实现构架的参数化建模，这样可以为转向架设计者节省大量时间，缩短设计周期，并为后续的仿真分析提供基础。同时，本文的研究也为我国搭建谱系化高速列车设计制造一体化平台做试探，具有一定的参考价值。

［1］ 杨德华，税清才，周喜军.基于CATIA软件对VBA的支持进行飞机翼面的造型设计［J］.航空计算技术，2002，32 (1):59-62.

［2］ 胡 挺，吴立军.CATIA二次开发技术基础［M］.北京:电子工业出版社，2006.

［3］ 邱 静，汤 峰.基于CATIA的快速设计［J］.新乡学院学报(自然科学版)，2012，29(5):441-443.

［4］ 何朝良，杜延娜，张超.基于CAA的CATIA二次开发初探［J］.自动化技术与应用，2006，25(9):37-40.

［5］ 龙 峰，樊留群.CATIA V5二次开发技术探讨［J］.淮阴工学院学报，2005，14(5):21-23.

［6］ 胡乙钦.机车车辆转向架构架参数化CAD系统研究［D］.成都:西南交通大学，2011.

WU Wenlong，JIN Xincan

(School of Mechanical and Electronic Control Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

The structure of bogie frame is complex，and needs to be divided into two modules，side beam and the beam of bogie frame，to parametric design.Taking a certain type of bogie frame as the base，the control parameters of frame are extracted.Based on these parameters，the parametric modeling platform of frame is established by making use of the API technique of CATIA.Parameters in the platform can be input by manual automates the generation of frame model and shortens the modeling cycle of design stage.

frame;CATIA;secondary development;parameterization modeling

Parametric Design of Bogie Frame Using API in CATIA

U260.331;U270.331

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.09

1008－7842(2015)01－0047－04

0—)男，硕士研究生(

2014－06－25)