吳文龍，金新燦

(北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京100044)

基于CATIA二次開發(fā)的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架參數(shù)化建模

吳文龍，金新燦

(北京交通大學(xué) 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，北京100044)

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對其參數(shù)化設(shè)計分側(cè)梁和橫梁兩個模塊進(jìn)行。以某型車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為基體，提取構(gòu)架的控制參數(shù)，基于這些參數(shù)，應(yīng)用VB環(huán)境下CATIA二次開發(fā)的自動化技術(shù)，搭建構(gòu)架的參數(shù)化建模平臺。平臺中參數(shù)可由人工輸入，構(gòu)架模型自動生成，縮短了設(shè)計階段的建模周期。

構(gòu)架;CATIA;二次開發(fā);參數(shù)化建模

高速列車科技創(chuàng)新國際論壇上，提出中國高速列車技術(shù)在“十二五”期間，將逐步實現(xiàn)“譜系化、智能化、綠色化”的目標(biāo)，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，我國將搭建譜系化高速列車設(shè)計制造一體化平臺，以實現(xiàn)面向多樣需求的高速列車的快速定制。構(gòu)架作為鐵道車輛重要的走行部分部件之一，承受和傳遞了車體與輪對之間的各種載荷，因此，實現(xiàn)其參數(shù)化建模具有重大意義。

以某型車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為原型，利用CATIA軟件的二次開發(fā)功能，結(jié)合編程語言VB實現(xiàn)構(gòu)架參數(shù)化模型的搭建，并且可實現(xiàn)人機(jī)交互的功能。CATIA軟件是當(dāng)今CAD領(lǐng)域曲面設(shè)計、實體造型、模具設(shè)計等方面的頂級軟件，在航空航天工業(yè)、汽車制造業(yè)等大量涉及到復(fù)雜外形設(shè)計的工作領(lǐng)域內(nèi)，CATIA展現(xiàn)了強(qiáng)大的功能［1］。

1 CATIA二次開發(fā)簡介

二次開發(fā)是對軟件的用戶化和專業(yè)化的有效手段，它可以使軟件更好地為用戶服務(wù)，這對提高工作效率和工作質(zhì)量有著不可低估的作用［2］。目前，CATIA二次開發(fā)的主要有Automation API(使用自動化應(yīng)用接口的宏)、Interactive User Defined Feature(交互式的用戶定義特征)和CAA V5的C++和java應(yīng)用接口3種方法?，F(xiàn)在使用最多的則是自動化對象編程(V5 Automation)和開放的基于構(gòu)件的應(yīng)用編程接口(CAA)［3-4］。

在文獻(xiàn)［5］中，作者通過對以上兩種開發(fā)方式的對比，發(fā)現(xiàn)使用CAA C++效率高，但入門困難。相對的，CAA Automaiton功能的限制多，但入門容易，建議在進(jìn)行開發(fā)工作時，盡可能使用CAA Automation，不足之處再輔以CAA C++。運用宏(Macro)對CATIA進(jìn)行二次開發(fā)時，使用 VBScript作為編輯工具，這是一種交互式的定制，可以記錄用戶的操作過程，自動生成代碼。由于構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，利用此方法可為開發(fā)者大量縮短開發(fā)周期，因此，本文利用了宏功能，結(jié)合Visual Basic 6.0編制界面和程序?qū)崿F(xiàn)CATIA的二次開發(fā)。其二次開發(fā)流程如圖1所示。

圖1 CATIA二次開發(fā)流程圖

2 構(gòu)架參數(shù)化描述

通過對構(gòu)架結(jié)構(gòu)的分析，主要分為橫梁和側(cè)梁兩大部分，其余部件均是安裝在這兩大部分上的。結(jié)合文獻(xiàn)［6］中的研究，主要從兩大模塊，即側(cè)梁和橫梁主體結(jié)構(gòu)來參數(shù)化整個構(gòu)架。其余安裝座等由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，且形式多變，參數(shù)化設(shè)計意義不大，因此，不對其進(jìn)行參數(shù)化建模。以某型車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為原型，對其參數(shù)化進(jìn)行描述。

2.1 側(cè)梁模塊參數(shù)的選取

構(gòu)架側(cè)梁模塊結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，側(cè)梁模塊中包含有側(cè)梁主體、一系彈簧支撐、側(cè)梁空氣彈簧安裝座、橫側(cè)梁連接處以及隔板等部分。下面，分別定義各部分參數(shù)。

(1)側(cè)梁主體參數(shù)

根據(jù)構(gòu)架結(jié)構(gòu)的對稱性，以構(gòu)架側(cè)梁的一半為參數(shù)控制模型，如圖2所示。其控制參數(shù)主要選定各蓋板長度尺寸、各蓋板厚度、高度尺寸以及圓角尺寸等4方面關(guān)鍵幾何參數(shù)?？傆?6個參數(shù)。

圖2 1/2側(cè)梁主體控制參數(shù)

(2)一系彈簧支撐處參數(shù)

根據(jù)該型車構(gòu)架的結(jié)構(gòu)形式，一系彈簧支撐處參數(shù)控制方案如圖3所示。其控制參數(shù)主要有直徑尺寸、長度尺寸、厚度尺寸以及圓角尺寸等幾何參數(shù)?？傆?0個參數(shù)。

圖3 一系彈簧支撐處控制參數(shù)

(3)側(cè)梁空氣彈簧安裝座參數(shù)

在進(jìn)行側(cè)梁空氣彈簧安裝座設(shè)計時，提供了如圖4所示的控制方案。其控制參數(shù)主要有直徑尺寸(其中D9作為定位尺寸)、厚度尺寸、倒角尺寸、空氣彈簧墊板橫向尺寸K1以及墊板小孔位置距其邊緣的尺寸K2(定位尺寸)，尺寸K2和D9共同作用確定了小孔的位置?？傆?個參數(shù)。

圖4 側(cè)梁空氣彈簧安裝座控制參數(shù)

(4)橫側(cè)梁連接參數(shù)

該型車構(gòu)架的橫梁為圓管型截面橫梁，因此只需要在側(cè)梁腹板上開孔。開孔時參數(shù)控制方案如圖5所示。其控制參數(shù)主要有直徑尺寸D11，縱向定位尺寸C1，垂向定位尺寸C2。共計3個參數(shù)。

圖5 橫側(cè)梁連接控制參數(shù)

(5)隔板參數(shù)

側(cè)梁主體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)計了3種形式的隔板，如圖6所示。隔板控制參數(shù)主要涉及有高度尺寸、寬度尺寸、定位尺寸、孔徑尺寸、圓角尺寸以及厚度尺寸等關(guān)鍵幾何參數(shù)。其中圖6(a)中隔板總計7個參數(shù)，圖6(b)中隔板總計9個參數(shù)，圖6(c)總計10個參數(shù)。

圖6 隔板控制參數(shù)

2.2 橫梁模塊參數(shù)的選取

橫梁模塊較側(cè)梁模塊來說結(jié)構(gòu)簡單，主要包括橫梁和縱向梁兩部分。下面，分別定義這兩部分參數(shù)。

(1)橫梁參數(shù)

橫梁截面為圓管形，如圖7所示。其控制參數(shù)有拉伸長度尺寸L3，圓截面外徑尺寸D12和圓管厚度尺寸T5。共計3個參數(shù)

圖7 橫梁控制參數(shù)

(2)箱形縱向梁參數(shù)

該型車構(gòu)架的縱向梁結(jié)構(gòu)如圖8所示。其控制參數(shù)主要根據(jù)裝配關(guān)系確定，相關(guān)的參數(shù)C1和D12，這兩個參數(shù)已有前面相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)約束給出。因此，箱型縱向梁的控制沒有獨立參數(shù)。

圖8 縱向梁控制參數(shù)

3 參數(shù)化建模功能的實現(xiàn)

3.1 VB程序訪問CATIA

本文采用人機(jī)交互界面的開發(fā)方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架零部件的自動生成。界面采用Visual Basic 6.0進(jìn)行開發(fā)，可由人工在所編制的界面上輸入?yún)?shù)，后臺自動運行CATIA，從而得到所需要的CAD模型。

在利用VB對其進(jìn)行聯(lián)合編程時，需要從VB的菜單中選擇“工程→引用”，打開工程引用對話框，選中所有以CATIA帶頭的類庫聲明，如圖9所示，按確定退出。

圖9 選中所有以CATIA帶頭的類庫聲明

當(dāng)用VB來編程時，需要通過COM接口訪問到CATIA，可用如下代碼來進(jìn)行訪問。

在對構(gòu)架進(jìn)行參數(shù)化建模時，利用CATIA中的宏錄制功能，得到模型建立的代碼，再根據(jù)需要修改代碼，將宏腳本轉(zhuǎn)換到VB程序中。

3.2 界面編制

構(gòu)架參數(shù)化建模從兩個模塊進(jìn)行，即側(cè)梁模塊和橫梁模塊。其參數(shù)化流程如圖10所示。

圖10 參數(shù)化建模流程圖

在Visual Basic 6.0環(huán)境下，利用“TextBox”控件實現(xiàn)參數(shù)的輸入，配上相應(yīng)的模型圖片，同時開發(fā)設(shè)置不同功能的按鈕，編制處實現(xiàn)各功能的參數(shù)化建模界面。圖11是編制的參數(shù)化建模主界面，圖12～圖16是側(cè)梁模塊建模各界面，圖17～圖18是橫梁模塊建模各界面。

圖11 參數(shù)化建模主界面

圖12 側(cè)梁主體參數(shù)化建模界面

圖13 一系彈簧支撐處參數(shù)化建模界面

圖14 側(cè)梁空氣彈簧安裝座參數(shù)化建模界面

圖15 橫側(cè)梁連接參數(shù)化建模界面

3.3 模型創(chuàng)建

利用所編制的構(gòu)架參數(shù)化建模系統(tǒng)，以現(xiàn)有構(gòu)架參數(shù)為基體參數(shù)，輸入各參數(shù)輸入框中，單擊每一步的“創(chuàng)建”按鈕，當(dāng)前模型創(chuàng)建完成后，單擊“下一步”，可執(zhí)行后續(xù)模型的生成。利用系統(tǒng)生成各類構(gòu)架零件，將之裝配起來，得到構(gòu)架的側(cè)梁模塊模型如圖19所示(圖中隱藏了一塊側(cè)蓋板，側(cè)梁正中間有3塊小隔板，其結(jié)構(gòu)簡單，不是由參數(shù)化建模生成)，橫梁模塊的模型如圖20所示，總體裝配如圖21所示。

圖16 隔板參數(shù)化建模界面

圖17 橫梁參數(shù)化建模界面

圖18 箱形縱向梁參數(shù)化建模界面

圖19 構(gòu)架側(cè)梁模塊裝配體模型

圖20 構(gòu)架橫梁模塊裝配體模型

圖21 構(gòu)架總體裝配模型

4 結(jié)束語

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但將其分解為側(cè)梁和橫梁兩大模塊來進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計可使得建模系統(tǒng)流程簡明清晰，功能明確。最終利用CATIA Automation二次開發(fā)的方法，在VB環(huán)境下可自動生成構(gòu)架的模型，且具有參數(shù)修改功能。從本文的研究來看，CATIA的二次開發(fā)功能可以實現(xiàn)構(gòu)架的參數(shù)化建模，這樣可以為轉(zhuǎn)向架設(shè)計者節(jié)省大量時間，縮短設(shè)計周期，并為后續(xù)的仿真分析提供基礎(chǔ)。同時，本文的研究也為我國搭建譜系化高速列車設(shè)計制造一體化平臺做試探，具有一定的參考價值。

［1］ 楊德華，稅清才，周喜軍.基于CATIA軟件對VBA的支持進(jìn)行飛機(jī)翼面的造型設(shè)計［J］.航空計算技術(shù)，2002，32 (1):59-62.

［2］ 胡 挺，吳立軍.CATIA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［3］ 邱 靜，湯 峰.基于CATIA的快速設(shè)計［J］.新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，29(5):441-443.

［4］ 何朝良，杜延娜，張超.基于CAA的CATIA二次開發(fā)初探［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2006，25(9):37-40.

［5］ 龍 峰，樊留群.CATIA V5二次開發(fā)技術(shù)探討［J］.淮陰工學(xué)院學(xué)報，2005，14(5):21-23.

［6］ 胡乙欽.機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架參數(shù)化CAD系統(tǒng)研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，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，碩士研究生(

2014－06－25)