基于CATIA/CAA 的O 型密封圈的二次开发★

康 浩， 袁让兵， 范敬松， 钟相强

（1.安徽天航机电有限公司， 安徽 芜湖 241000； 2.安徽工程大学机械工程学院， 安徽 芜湖 241000）

引言

伴随着国家经济和科技实力的快速发展，我国的航空产业进入了飞速提升期。密封圈是航空业必不可少的一个配件，拥有结构紧凑、制造简单、便于拆卸安装、密封效果好等特点[1]。其中，O 型密封圈（以下简称“O 型圈”）是一种有圆形截面的环形橡胶圈，在工作状态下依靠其弹性形变起密封作用，用于密封气体或者液体[2]。

密封圈有不同的种类、材料和大小，因此快速设计不同的O 型圈非常重要。研究CAA 二次开发技术，对O 型圈进行功能开发，能够使操作者通过便捷的操作实现O 型圈的参数化建模。

1 O 型圈参数和收缩率

O 型圈的结构简单，主要参数为内壁直径和截面直径。由于O 型圈大多为橡胶制品，考虑到在制造过程中的温度变化，将O 型圈的收缩率也作为其主要参数。O 型圈的尺寸参数如图1 所示。

图1 O 型圈剖面尺寸图

O 型圈材料一般为橡胶，而橡胶在高温高压的环境下为黏稠流体，因此考虑不同的温度、压力及模具型腔面等因素的影响，固化之后材料的尺寸会有一定程度的收缩。经过大量实验表明，部分常用材料收缩率及常取值见表1。

表1 O 型圈材料收缩率 %

综上，O 型圈的参数有内壁半径R、截面半径r和收缩率Y。

2 O 型圈参数化设计方法

在CATIA 中将O 型圈参数化驱动的方法主要有尺寸驱动法和程序驱动法两种[3]，两者各有优势。前者入门较易，只需熟练CATIA 操作即可，缺点是在进行重复性操作时更加繁琐；后者操作简单只需根据需求自行编写代码，在CATIA 中加载菜单和对话框即可，缺点是入门较难。

2.1 尺寸驱动法

尺寸驱动法是在CATIA 环境下直接驱动参数的方法[4-5]。在CATIA 内部设定参数，按照正确的几何约束和尺寸约束设定参数关系，仅修改特征树上的参数变量值，就能得到和模板结构相同、仅尺寸有所变化的O 型圈。用这种方法在设计尺寸有变化而结构不变的O 型圈族时效率得到极大的提升。尺寸驱动法的操作流程如图2 所示。

图2 尺寸驱动法流程

2.2 程序驱动法

程序驱动法是通过编程将CATIA 中所用到的API 接口导入到程序语言中，通过程序代码来直接驱动参数变量，完成所要修改的模型[6]。使用程序驱动法，可以通过调用API 来直接建立模型，只需要在对话框窗口中输入参数的值，即可直接驱动模型。程序驱动法的操作流程如图3 所示。

图3 程序驱动法流程

3 基于CATIA/CAA 的O 型圈参数化

O 型圈参数化，首先需要进入CATIA 内部，使用尺寸驱动法设置参数，再通过CAA C++使用程序驱动法进行快捷驱动。将两种驱动方法混合使用可以使参数化的过程更加简便，逻辑上更具连贯性。

CAA C++ 是CATIA 的一整套C++ 函数库，该函数库在CATIA 运行时得以加载。CAA 的实现，是通过提供的快速应用研发环境RADE 和不同的API接口程序来完成的[7]。通过二次开发完成的插件和CATIA 之间拥有紧密的关系，可以完成几乎所有的CATIA 的功能开发及使用。

3.1 CATIA 的访问

在VS 中访问CATIA 需要先新建一个workspace，在workspace 中添加locate prerequisite workspace，找到相应的B19 文件并加载，加载完就可以获得CATIA 的工作空间。cnext.exe 是CATIA 自带的文件，通过VS 运行这个程序来启动CATIA。在VS 中的窗口选项中通过open runtime window 可弹出命令框，在命令框中输入CNEXT 回车即可打开CATIA。

3.2 CATIA 菜单和工具条的开发

菜单和工具条作为一个人机交互的媒介，是二次开发中必不可少的。菜单是CATIA 里一类功能的集成，通过点击菜单可快速寻找到相应功能[8]。工具条是菜单的子集，为了方便用户快速找到功能进行快捷操作，一般会将常用的功能放在工具栏里，工具栏中通常都是图形按钮。

CATIA 的菜单和工具栏的生成需要使用CATIAfrGeneralWksAddin 接口来完成。对于菜单名称和工具条名称，通常使用以下方法进行自定义按钮名称。

连接到Addin.CATNls 中，修改代码为：

MyToolbar.Title="O 型圈工具条"；

CAAPMSMnu.Title="O 型圈参数化"；

CATAssemMnu.Title="O 型圈参数化"。

生成的菜单与工具条如图4 所示。

图4 CATIA 菜单和工具条开发

3.3 O 型圈参数化界面的开发

界面设计对于使用者来说十分重要，一个好的界面可以让使用者在操作时效率得到极大提升。在VS 中制作界面是通过CATCAADialogbuilder 来完成的[9]。CATCAADialogbuilder 使用网格化布局，只需要在设计过程中把需要的控件拖入对话框即可生成相应界面。每个模块之间都有不同网格线进行区分，做到良好的人机交互体验[10]。通过控件可以把界面的功能分成不同的区域，再通过网格线将模块在控件中划分成便于操作和查看的小窗口。

O 型圈的参数输入，在界面的CATDlgComb 组件上，使用者可直接在该组件上输入参数以驱动O型圈。输入参数之后，会将参数值赋予参数化模型，并通过CATIA 内部程序快速生成满足尺寸要求的三维模型。开发出的界面如图5 所示。

图5 O 型圈界面开发

4 O 型圈二次开发实例

打开CATIA 软件，O 型圈参数化菜单会被加载，点击工具条上的O 型圈参数化图标，会弹出O型圈修改参数对话框，输入O 型圈的相关参数，点击确定即可完成模型参数化驱动，保存即可生成一个新的O 型圈零件。O 型圈参数化实例如图6 所示。

图6 O 型圈参数化实例

5 结论

使用CATIA/CAA 对O 型圈进行二次开发，能够实现添加自定义菜单、工具条和按钮图标，绘制自定义对话框，并通过回调机制生成对界面功能的响应，通过输入参数直接驱动模板生成一个新的O 型圈副本，并在CATIA 主窗口中显示等。使用CATIA/CAA 开发对于用户的个性化来说，可以实现不同的便捷功能，以此来大幅提高效率，利于用户的使用和集成。