淺談基于CATIA二次開發(fā)的單排四點(diǎn)接觸球軸承三維設(shè)計論文
一、概述
單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承是一種能夠同時承受較大軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷和傾覆力矩等綜合載荷，集支承、旋轉(zhuǎn)、傳動、固定等多種功能于一身的特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承。被廣泛用于起重運(yùn)輸機(jī)械、采掘機(jī)、建筑工程機(jī)械、港口機(jī)械、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療設(shè)備、雷達(dá)和導(dǎo)彈發(fā)射架等大型回轉(zhuǎn)裝置上。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國制造業(yè)數(shù)字化進(jìn)程不斷推進(jìn)，如何快速響應(yīng)市場需求是設(shè)計開發(fā)的關(guān)鍵問題之一。許多主機(jī)廠家已經(jīng)普遍采用三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和性能評估，同時對配套的軸承生產(chǎn)廠家也提出了更高的要求，不僅要求其提供二維設(shè)計圖，還要提供軸承的三維模型圖；三維模型圖使軸承的各個組件及裝配后位置關(guān)系更加直觀，而且為后續(xù)的運(yùn)動仿真及有限元分析等高級需求提供了前期建模工作，建立單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承的三維模型的意義在于此。
CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案，提供了完備的設(shè)計能力：從產(chǎn)品的概念設(shè)計到最終產(chǎn)品的形成，以其精確可靠的解決方案提供了完整的2D、3D、參數(shù)化混合建模及數(shù)據(jù)管理手段。CATIA具有很強(qiáng)的開放性，利用CATIA提供的二次開發(fā)接口工具，可方便地對CATIA進(jìn)行定制開發(fā)。
通過VB調(diào)用CATIA進(jìn)行二次開發(fā)，對單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承的三維模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，減少大量繁瑣的重復(fù)性工作，提高工作效率。本文對二次開發(fā)的整體情況進(jìn)行了簡單的介紹。
二、總體設(shè)計方案
參數(shù)化設(shè)計是指參數(shù)化模型的尺寸用對應(yīng)關(guān)系表示而不需要確定具體的數(shù)值。當(dāng)變化一個參數(shù)時，將自動變化所有與它相關(guān)的尺寸，并遵循約束條件，即采用參數(shù)化模型，通過修改參數(shù)來修改和控制幾何形狀，自動實現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。
應(yīng)用CATIA進(jìn)行設(shè)計時，使用的是單一數(shù)據(jù)庫，這樣它具有真正意義上的全相關(guān)性，其中所有的模塊之間完全相關(guān)，這就意味著任意一處的改變都將擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，及制造數(shù)據(jù)。CATIA知識工程模塊的公式工具可將圖形的尺寸、比重、體積等幾何數(shù)據(jù)以參數(shù)的方式表示，而這些參數(shù)間存在幾何關(guān)系和物理性質(zhì)，利用這些關(guān)系可控制產(chǎn)品的特性，并可編輯參數(shù)的名稱、數(shù)值及公式。通過參數(shù)來控制模型的生產(chǎn)。
對于通用軸承來說，大多數(shù)情況下同一類型不同規(guī)格的軸承截面幾何形狀完全相同，而且大部分零件是旋轉(zhuǎn)體，而生成旋轉(zhuǎn)體的關(guān)鍵是旋轉(zhuǎn)體的截面輪廓。因此對通用軸承來說運(yùn)用交互式方法創(chuàng)建零件的三維模型，然后通過參數(shù)驅(qū)動模型的方法，通過修改軸承零件尺寸來獲取不同規(guī)格的模型。
綜上所述，對單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承的三維模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計時，首先考慮到其與通用軸承共同特點(diǎn)而采取尺寸驅(qū)動模型的方法，然后在此基礎(chǔ)上需顧及其與通用軸承相比的特殊性采取通過控制CATIA應(yīng)用程序?qū)ο笸瓿勺罱K軸承組件造型。
三、數(shù)據(jù)處理
本系統(tǒng)采用Microsoft Access做為外部數(shù)據(jù)庫，用于存儲標(biāo)準(zhǔn)型號設(shè)計參數(shù)以及一些標(biāo)準(zhǔn)化主參數(shù)，比如鋼球直徑。對于標(biāo)準(zhǔn)型號的軸承可直接檢索以獲取所需基本參數(shù)，而對于非標(biāo)軸承，通過輸入界面的收集基本參數(shù)。
單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承整個設(shè)計過程中涉及很多參數(shù)，這些參數(shù)可以簡單分為兩類：通用性參數(shù)及特殊性參數(shù)。通用性參數(shù)比如軸承外形尺寸，軸承節(jié)圓中心徑，鋼球尺寸，鋼球個數(shù)等，而對特殊性參數(shù)比如套圈上孔的方位，孔的個數(shù)，孔的中心圓直徑、齒輪參數(shù)等。
四、基本模型建立
通過對大量單排四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤軸承進(jìn)行分析，可知該類軸承大多數(shù)是由外圈、內(nèi)圈、鋼球、保持器、密封條、堵塞和錐銷這7個組件構(gòu)成，所以需分別對這些組件通過交互的方式建立基本模型，下面以外圈為例來說明基本模型的建立過程。
五、VB與CATIA的連接設(shè)計
VB對CATIA的二次開發(fā)可利用Automation API，控制CATIA應(yīng)用程序?qū)ο髞磉M(jìn)行幾何造型。Automation技術(shù)是建立在COM的技術(shù)規(guī)范，它是在OLE（Object linked andEmbedded）基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)。其核心技術(shù)是在Windows系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下協(xié)調(diào)不同的應(yīng)用程序，構(gòu)成復(fù)合文檔。允許一個應(yīng)用程序操作另一個應(yīng)用程序。Automation技術(shù)并不是直接獲取及處理數(shù)據(jù)，而是間接地通過暴露的`對象和屬性，利用對象的方法和屬性來獲取、設(shè)置及處理數(shù)據(jù)。VB用作客戶程序，CATIA則作為服務(wù)器程序。
熟悉CATIA的文檔結(jié)構(gòu)是編程的基礎(chǔ)，CATIA是以樹結(jié)構(gòu)的形式將數(shù)據(jù)封裝成對象。在頂層是Application對象，Application對象下面是Documents、Cameras和Windows。獲得Application對象后就能對它的文檔進(jìn)行操作，文檔包括零件（Part）、產(chǎn)品（Product）和工程圖（Drawing）等，Documents對象是這幾種對象的集合。Document是以上幾種文檔中的一種，在Documents下面。在獲取Document對象后就能對其進(jìn)行各種操作。Caemras對象是Document對象中存儲的文檔視點(diǎn)集合，Caemra在Caemras下面。Caemras和Caemra對象的關(guān)系就像Documents和Document一樣。Windows對象是指所有打開的窗口的集合，Window在Windows之下，兩者關(guān)系如同Documents和Document一樣。
六、模型最終生成
模型最終生成分為兩個部分，首先根據(jù)獲取參數(shù)從基本模型庫選取所需組件的合適的基本模型，并更新基本模型的尺寸參數(shù)，進(jìn)而驅(qū)動模型重新生成。
七、結(jié)語
在系統(tǒng)開發(fā)時，模型特征生成的先后順序以及基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面的選取是非常重要的，并且整個程序中需要實現(xiàn)錯誤處理，提示有誤的輸入?yún)?shù)或者錯誤的參數(shù)選取。以上因素都將影響到最終模型的生成。對于新型結(jié)構(gòu)軸承的各組件來說，可重新建立基本模型，更改部分代碼，整個系統(tǒng)維護(hù)是非常方便的。
利用VB開發(fā)的CATIA的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，能夠便捷、準(zhǔn)確的生成直觀三維模型，并且根據(jù)參數(shù)的調(diào)整更新模型，避免繁瑣的重復(fù)性工作，可節(jié)省軸承設(shè)計人員在建立模型和裝配時花費(fèi)的精力和時間，提高了工作效率。
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