劉宏新，周興宇，徐曉萌，郭麗峰

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱　150030)

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淺盆型立式種盤(pán)模型第三方程序驅(qū)動(dòng)系列化設(shè)計(jì)

劉宏新，周興宇，徐曉萌，郭麗峰

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，哈爾濱150030)

摘要：為了給零部件參數(shù)化及系列化設(shè)計(jì)提供便捷準(zhǔn)確的解決方案，研究了第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型的設(shè)計(jì)方法。以一種淺盆型立式排種盤(pán)為研究對(duì)象，在對(duì)其特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提取該排種盤(pán)直徑、折邊傾角和鉚釘孔中心距等特征參數(shù)，建立了參數(shù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并進(jìn)行了參數(shù)化建模。同時(shí)，運(yùn)用VB語(yǔ)言編寫(xiě)排種盤(pán)模型參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序，建立參數(shù)化模型與人機(jī)界面接口，實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面中通過(guò)修改排種盤(pán)驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)模型特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。仿真驅(qū)動(dòng)表明：該方法能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)零部件的參數(shù)化及系列化設(shè)計(jì)，為農(nóng)業(yè)裝備數(shù)字化資源庫(kù)中模型資源的創(chuàng)建及修改提供了一種方法。

關(guān)鍵詞：排種盤(pán)；CATIA；參數(shù)化模型；驅(qū)動(dòng)程序

0引言

參數(shù)化設(shè)計(jì)(Parametric Design)，其基本思想是以約束表達(dá)產(chǎn)品幾何模型的形狀特征，通過(guò)定義一組參數(shù)以控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)修改設(shè)計(jì)模型，并能方便地創(chuàng)建一系列形狀結(jié)構(gòu)相似的模型[1]。目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法主要有兩種，分別是表格驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法和基于程序設(shè)計(jì)方法[2]，而利用第三方程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化模型的設(shè)計(jì)方法目前并不多見(jiàn)。若在農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)中，將計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與CATIA參數(shù)化模型相結(jié)合，在零件參數(shù)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，編寫(xiě)模型參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序，建立參數(shù)化模型與驅(qū)動(dòng)程序接口，并創(chuàng)建友好的人機(jī)交互界面，則可在人機(jī)交互界面中直接輸入?yún)?shù)值，驅(qū)動(dòng)模型結(jié)構(gòu)拓?fù)?，獲得所需規(guī)格的零件模型，從而大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本。

第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型設(shè)計(jì)方法的難點(diǎn)主要有兩方面：一是驅(qū)動(dòng)參數(shù)的確定，實(shí)現(xiàn)以最少的驅(qū)動(dòng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)模型再生；二是第三方驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程序?qū)δＰ万?qū)動(dòng)參數(shù)的修改。

本文以淺盆型立式排種盤(pán)為研究對(duì)象，該排種盤(pán)可充分利用重力和離心力作為充填力[3-4]，提高高速作業(yè)狀態(tài)下排種器的充填能力；同時(shí)，為了適應(yīng)不同作業(yè)速度，進(jìn)而對(duì)排種盤(pán)進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)。本文通過(guò)對(duì)排種盤(pán)特征參數(shù)進(jìn)行提取分類，在CATIA環(huán)境下建立零件參數(shù)化模型，編寫(xiě)參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面中以最少驅(qū)動(dòng)參數(shù)生成排種盤(pán)系列新模型。

1參數(shù)化模型流程

第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型流程如圖1所示。

圖1　第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型流程

第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：零件參數(shù)化模型的創(chuàng)建和程序代碼的編寫(xiě)兩部分。第1部分，通過(guò)對(duì)零件結(jié)構(gòu)特征分析，提取零件參數(shù)，確定驅(qū)動(dòng)參數(shù)，建立參數(shù)間的關(guān)聯(lián)公式，并創(chuàng)建零件參數(shù)化模型；第2部分，建立友好的人機(jī)交互界面，編寫(xiě)參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序，并通過(guò)對(duì)CATIA的二次開(kāi)發(fā)[5-7]，建立參數(shù)化模型與驅(qū)動(dòng)程序間接口，實(shí)現(xiàn)第三方程序?qū)α慵?shù)化模型的驅(qū)動(dòng)。

2程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化模型實(shí)現(xiàn)

2.1零件結(jié)構(gòu)特征分析

淺盆型立式排種盤(pán)三維模型如圖2所示。排種盤(pán)內(nèi)壁呈淺盆狀，排種盤(pán)中間為采用平鍵傳遞動(dòng)力的軸孔，軸孔周圍均勻布置有鉚釘孔，用于保證排種盤(pán)的穩(wěn)定性，在盆狀排種盤(pán)側(cè)壁上沿圓周方向均勻布置充種型孔。

圖2　淺盆型立式排種盤(pán)三維模型

通過(guò)對(duì)淺盆型立式排種盤(pán)的結(jié)構(gòu)特征分析可知，決定排種盤(pán)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)有排種盤(pán)直徑、排種盤(pán)折邊傾角、鉚釘孔中心距、型孔個(gè)數(shù)和型孔尺寸[8-9]，如圖3所示。對(duì)于同一作物，其排種盤(pán)型孔的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，型孔尺寸需要進(jìn)行專門(mén)的設(shè)計(jì)，而型孔個(gè)數(shù)、鉚釘孔中心距均隨排種盤(pán)直徑的變化而變化。因此，該系列排種盤(pán)的結(jié)構(gòu)特征由排種盤(pán)直徑和折邊傾角來(lái)決定。

(a)　主視圖　　　　　　　　　(b)　剖視圖

2.2零件參數(shù)化模型的建立

2.2.1零件特征參數(shù)提取

一個(gè)零件往往包含有多個(gè)參數(shù)，為了對(duì)各參數(shù)進(jìn)行區(qū)分，確定參數(shù)間關(guān)系，便于零件參數(shù)化模型的建立及參數(shù)的修改，需要對(duì)參數(shù)的類別、名稱[10]及關(guān)聯(lián)公式進(jìn)行合理的制定。現(xiàn)以淺盆型立式排種盤(pán)為研究對(duì)象，在對(duì)其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，逐一提取零件特征參數(shù)，并建立排種盤(pán)關(guān)鍵參數(shù)表，如表1所示。

表1　排種盤(pán)關(guān)鍵參數(shù)表

1)參數(shù)類別。

(1)主驅(qū)動(dòng)參數(shù)。實(shí)現(xiàn)零件拓?fù)潢P(guān)系和尺寸變化的核心參數(shù)，通常為確定零部件尺寸的主要依據(jù)；其他絕大多數(shù)參數(shù)通過(guò)公式與其直接或間接關(guān)聯(lián)，屬于驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

(2)特征驅(qū)動(dòng)參數(shù)。主驅(qū)動(dòng)參數(shù)的補(bǔ)充，當(dāng)零件的某些特征參數(shù)無(wú)法與主驅(qū)動(dòng)參數(shù)間建立關(guān)聯(lián)公式時(shí)，可引入特征驅(qū)動(dòng)參數(shù)，通過(guò)修改特征驅(qū)動(dòng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件模型局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)調(diào)整，屬于驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

(3)第1層關(guān)聯(lián)參數(shù)。間接驅(qū)動(dòng)、控制零件模型形狀的一類參數(shù)，一般通過(guò)公式與主驅(qū)動(dòng)參數(shù)或特征驅(qū)動(dòng)參數(shù)直接關(guān)聯(lián)，屬于被驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

2)參數(shù)名稱。為了區(qū)分各參數(shù)，便于關(guān)聯(lián)公式的編寫(xiě)，對(duì)參數(shù)的命名采用“通用名+專屬類別名+特性代號(hào)”的方式。通用名為零件名漢語(yǔ)拼音首字母，專屬類別名為零件特征名漢語(yǔ)拼音首字母全稱或縮寫(xiě)，特性代號(hào)通常為參數(shù)英文單位名稱的首字母，如：排種盤(pán)直徑的參數(shù)名稱為pzp-zj-D。

3)關(guān)聯(lián)公式。表示兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)之間數(shù)量關(guān)系的式子，即一個(gè)參數(shù)如何由其他參數(shù)計(jì)算而來(lái)[11]，通過(guò)關(guān)聯(lián)公式，可對(duì)各參數(shù)進(jìn)行約束。

2.2.2零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

1)軟件環(huán)境設(shè)置。為了使零件參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的參數(shù)及關(guān)聯(lián)公式等信息能夠在結(jié)構(gòu)樹(shù)上顯示，方便參數(shù)的查閱與修改，在進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)前，先進(jìn)入CATIA軟件選項(xiàng)中，分別激活“知識(shí)工程”選項(xiàng)卡下的“帶值”“帶公式”兩個(gè)選項(xiàng)和“顯示”選項(xiàng)卡下的“在結(jié)構(gòu)樹(shù)中顯示”區(qū)域中的所有選項(xiàng)。

2)驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)定。利用“知識(shí)工程”工具條中的“公式”命令f(x)，新建一個(gè)名稱為“pzp-zj-D”的長(zhǎng)度類型參數(shù)，將其作為主驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并設(shè)定其初始值為200mm；再次新建一個(gè)名稱為“pzp-qj-A”的角度類型參數(shù)，將其作為特征驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并設(shè)定其初始值為23°，所創(chuàng)建的驅(qū)動(dòng)參數(shù)會(huì)被添加到結(jié)構(gòu)樹(shù)上的參數(shù)節(jié)點(diǎn)下。

3)關(guān)聯(lián)公式的建立是在排種盤(pán)生成旋轉(zhuǎn)體特征的草圖編輯工作臺(tái)中，右鍵單擊半徑尺寸，選擇“長(zhǎng)度.1對(duì)象”下的“編輯公式”選項(xiàng)，在公式編輯器中設(shè)定公式：“零件幾何體旋轉(zhuǎn)體.1草圖.1長(zhǎng)度.1長(zhǎng)度= pzp-zj-D/2”，完成模型尺寸與主參數(shù)的關(guān)聯(lián)。為保證排種盤(pán)的尺寸約束關(guān)系，對(duì)于滿足零件設(shè)計(jì)的其他特征同樣需要公式來(lái)關(guān)聯(lián)尺寸，設(shè)定方法同上。

2.3人機(jī)界面設(shè)計(jì)及模型驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

2.3.1程序運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型的程序運(yùn)行流程如圖4所示。其重點(diǎn)在于程序與參數(shù)化模型接口的建立和程序?qū)δＰ万?qū)動(dòng)參數(shù)修改的實(shí)現(xiàn)。

2.3.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

1)軟件環(huán)境設(shè)置。啟動(dòng)VB6.0，新建一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)EXE”的工程，在菜單欄中選擇“工程”中的“引用”選項(xiàng)，在“引用”對(duì)話框中選擇所有以CATIA開(kāi)頭的類庫(kù)聲明[12]。

2)界面創(chuàng)建。在窗體上添加圖片框、標(biāo)簽、文本框和命令按鈕，并修改它們的屬性，創(chuàng)建如圖5所示的人機(jī)交互界面。

通過(guò)編程訪問(wèn)CATIA對(duì)方的方法有很多，此處采用進(jìn)程外訪問(wèn)，即將CATIA作為一個(gè)OLE(Object Linking Embedding)自動(dòng)化服務(wù)器，當(dāng)外部程序通過(guò)COM接口來(lái)訪問(wèn)CATIA內(nèi)部對(duì)象時(shí)，若CATIA沒(méi)有啟動(dòng)，需實(shí)現(xiàn)CATIA的啟動(dòng)。其代碼接口如下：

……………

Dim CATIA AsObject

On Error Resume Next

Set CATIA =GetObject("CATIA.Application")

If Err.Number <> 0 Then

SetCATIA=CreateObject("CATIA.Application")

CATIA.Visible = True

End If

On Error GoTo 0

……………

在該段程序中，首先聲明一個(gè)對(duì)象變量，并添加一段控制錯(cuò)誤代碼，若CATIA已啟動(dòng)時(shí)，使用GetObject函數(shù)直接與CATIA建立連接， CATIA未啟動(dòng)，則用CreateObject啟動(dòng)CATIA。

圖4　程序運(yùn)行流程

圖5　人機(jī)交互界面

3)參數(shù)化模型的引用及驅(qū)動(dòng)。在人機(jī)交互界面中實(shí)現(xiàn)對(duì)模型參數(shù)的修改及對(duì)模型的驅(qū)動(dòng)，可將部分宏程序復(fù)制到程序中進(jìn)行修改，或?qū)Τ绦蛑苯舆M(jìn)行編譯。實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵程序代碼如下：

……………

'……………………文本框獲取焦點(diǎn)

Text1.SetFocus

Text2.SetFocus

'……………………文本框?yàn)榭諘r(shí)提示錯(cuò)誤并重輸

Do While Text1.Text = ""

Text2.Text = ""

MsgBox "wrong"

Exit Sub

Loop

……

'……………………打開(kāi)零件模型

Set documents1 = CATIA.Documents

Set PartDocument1=Documents1.Open(App.Path

"pzpseedplate.CATPart")

'……………………將輸入數(shù)值賦予零件模型

Set PartDocument1 = CATIA.ActiveDocument

SetPart1 = PartDocument1. Part

Setparameters1 = Part1.Parameters

parameters1.Item("pzp-zj-D").Value =

Val(Text1.Text)

parameters1.Item("pzp-zj-A").Value =

Val(Text2.Text)

Part1.Update

……………

3仿真驅(qū)動(dòng)

為了驗(yàn)證第三方程序驅(qū)動(dòng)CATIA參數(shù)化模型設(shè)計(jì)方法的可行性，在圖5所示的人機(jī)交互界面的兩個(gè)文本框中分別輸入(160/23)、(220/23)、(280/23)、(160/35)、(220/35)和(280/35)6組不同的數(shù)值，運(yùn)行程序，在CATIA中會(huì)相應(yīng)的生成相應(yīng)尺寸的零件模型，如表2所示。

表2　排種盤(pán)模型表

4結(jié)論

1)以淺盆型立式排種盤(pán)直徑作為主驅(qū)動(dòng)參數(shù)，折邊傾角作為特征驅(qū)動(dòng)參數(shù)，建立了參數(shù)間關(guān)聯(lián)公式，能快速準(zhǔn)確地生成一系列不同直徑、折邊傾角、鉚釘孔中心距和型孔個(gè)數(shù)的排種盤(pán)模型。

2)利用VB語(yǔ)言編寫(xiě)模型參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序和訪問(wèn)CATIA的腳本程序，建立模型資源與驅(qū)動(dòng)程序接口，可通過(guò)友好的人機(jī)交互界面對(duì)排種盤(pán)模型驅(qū)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)排種盤(pán)模型特征結(jié)構(gòu)的控制。

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Third-party Applications Driven Series Design For Model of Vertical Shallow Basin Type Seed Plate

Liu Hongxin，Zhou Xingyu，Xu Xiaomeng，Guo Lifeng

(College of Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Abstract：n order to provide rapid and effective solution for parameterization and serialization design of components, research drive CATIA parameterization model through third-party applications. In a vertical shallow basin type seed plate as an object of study, based on its characteristic structure analysis, extracting the characteristic parameters about diameter, flange angle and center distance of seed plate, built incidence formula and parametric model. Using VB language to write driver of model parameters, and establish the interface between parameterized model and program, realize through modify drive parameters in the man-machine interface to control the structure of the model. The simulation driving show that the technology can achieve rapid and accurate parts parametric and serialization design, and provides a method for the create and modify the model of agricultural equipment digital resource repository.

Key words：seed plate; CATIA; parametric modeling; driver

文章編號(hào)：1003-188X(2016)01-0076-05

中圖分類號(hào)：S223.2;TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：劉宏新(1971-)，男，黑龍江穆棱人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，(E-mail)Lcc98@neau.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51275086)

收稿日期：2015-03-11