王亞剛，徐萬紅

（沈陽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽110870）

0 引言

在汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的過程中，車型換代速度加快，對汽車制造領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)有了更高的要求，汽車零部件的設(shè)計在汽車制造的整個流程中作用更加廣泛和重要，更短的設(shè)計周期和更可靠的設(shè)計方法是快速發(fā)展的根本保障[1]。因此，面向設(shè)計環(huán)節(jié)開發(fā)具有針對性的定制化設(shè)計軟件具有一定的實際意義。目前實現(xiàn)三維設(shè)計軟件的定制化設(shè)計主要是指對基礎(chǔ)建模軟件進(jìn)行二次開發(fā)，以此來滿足不同企業(yè)和用戶的特定需求。

CATIA V5作為一款汽車產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的三維設(shè)計軟件，為用戶提供了多種二次開發(fā)方式，主要包括應(yīng)用編程接口和自動化對象編程即CAA 和Automation，采用Automation方式可以更好地縮短二次開發(fā)周期，提供簡單穩(wěn)定的開發(fā)流程[2]。但通過常規(guī)的二次開發(fā)流程得到的參數(shù)化設(shè)計軟件往往只能提供二維零件圖和尺寸參數(shù)之間的對照，這在一定程度上限制了二次開發(fā)技術(shù)在提高設(shè)計準(zhǔn)確性方面優(yōu)勢的發(fā)揮。針對該問題，本文提出了一種將基于Automation的二次開發(fā)方式與VRML技術(shù)相融合的設(shè)計方法，以三球銷式萬向節(jié)為例進(jìn)行了實際運用。通過將帶有標(biāo)注的三維零件模型與尺寸參數(shù)一同展現(xiàn)，可以為實際設(shè)計建模過程提供直觀化參考，有效提高了設(shè)計效率和準(zhǔn)確性。

1 創(chuàng)建三維模型

1.1 建模及標(biāo)注

三球銷式萬向節(jié)主要由滾針、三銷架、擋圈、卡簧、球環(huán)及三柱槽殼組成，各部分之間的參數(shù)關(guān)系如表1所示[3]。

結(jié)合上述參數(shù)關(guān)系，取三柱槽殼最大外徑Dk=100 mm，利用CATIA V5進(jìn)行各部分建模和三維標(biāo)注，其中擋圈和卡簧未單獨列出，歸入三銷架部分。首先在CATIA V5的零件設(shè)計模塊中完成零件主體，然后在三維標(biāo)注模塊中完成參數(shù)標(biāo)注。創(chuàng)建三銷架模型如圖1所示。

表1 三球銷式萬向節(jié)參數(shù)關(guān)系

各部分零件建模完成后，進(jìn)入CATIA V5的裝配設(shè)計模塊，對三球銷式萬向節(jié)進(jìn)行裝配并進(jìn)行干涉檢查，其裝配圖如圖2所示。

1.2 生成VRML運行文件

VRML即虛擬現(xiàn)實建模語言，全稱為Virtual Reality Modeling Language，是一種通過對三維模型和渲染圖形進(jìn)行描述來創(chuàng)建出虛擬場景的解釋性標(biāo)準(zhǔn)語言[4]。VRML運行文件的擴(kuò)展名為*.wrl，VRML 2.0文件必須包含文件頭，內(nèi)容為#VRML V2.0 utf8，該語句位于文件的第一行，其作用是對文件進(jìn)行定義和說明。除了利用編輯器進(jìn)行造型外，對于一些復(fù)雜三維模型還可以使用三維設(shè)計軟件生成，使用該方法可以較為便捷地將上述模型轉(zhuǎn)化為VRML運行文件，作為資源文件供后續(xù)調(diào)用。

圖1 三銷架模型

圖2 三球銷式萬向節(jié)裝配模型

2 創(chuàng)建界面

WPF 即Windows 呈現(xiàn)基礎(chǔ)，其全稱為Windows Presentation Foundation，是微軟推出的一套圖形設(shè)計平臺[5]。WPF很好地將界面交互設(shè)計和程序邏輯設(shè)計進(jìn)行了區(qū)分，各部分代碼更易梳理，使用對象描述語言XAML，實現(xiàn)開發(fā)工具的可視化編輯，加快了調(diào)試速度。在Microsoft Visual Studio 2019平臺中新建程序語言為VB的WPF應(yīng)用，根據(jù)功能需求完成交互界面設(shè)計。主界面如圖3所示。

圖3 主界面

1）界面主體。用于展示窗口的基本信息，也用于存放窗口的基本功能，包括圖標(biāo)、標(biāo)題、分隔線、落款、最小化按鈕、退出按鈕等。

2）功能選擇區(qū)。以橫向選項卡的形式提供三球銷式萬向節(jié)建模與裝配和選項兩個項目之間的切換，根據(jù)需求選擇不同的項目來查看對應(yīng)頁面。

3）零件功能選擇區(qū)。此區(qū)域設(shè)計為縱向選項卡，縱向排列的項目更有流程性，從上到下共有5個項目。

4）模型展示區(qū)。此區(qū)包含于每個零件項目及裝配項目的頁面內(nèi)，居中，主體為瀏覽器，結(jié)合BS Contact瀏覽插件，提供三維模型的瀏覽、旋轉(zhuǎn)、縮放等交互操作。

5）參數(shù)輸入?yún)^(qū)。此區(qū)包含于每個零件項目及裝配項目的頁面內(nèi)，居右，由尺寸提示標(biāo)簽、尺寸輸入框和尺寸生成按鈕構(gòu)成。

6）零件建模與裝配。由開始建模命令按鈕和開始裝配命令按鈕構(gòu)成，包含于對應(yīng)項目內(nèi)。

選項項目中包含了使用該平臺時可用的快捷功能，包括尺寸關(guān)系展示和文件管理。窗口作為主界面的主體框架，具有多個屬性，通過編輯語句可以修改參數(shù)，從而改變視覺效果和完成交互動作。主界面窗口的部分XAML語言代碼如下：

3 功能實現(xiàn)與驗證

3.1 建模相關(guān)功能

模型的相關(guān)參數(shù)通過讀取文本框內(nèi)容確定，故要求只有當(dāng)全部文本框的內(nèi)容都是數(shù)字時，才能激活命令按鈕，否則會導(dǎo)致程序出錯崩潰。模型的相關(guān)參數(shù)計算命令由相應(yīng)按鈕的點擊事件觸發(fā)，本質(zhì)上是根據(jù)參數(shù)間的數(shù)學(xué)關(guān)系改變文本框的值。建模命令由建模按鈕的點擊事件觸發(fā)，開始建模后程序?qū)⑴cCATIA V5建立通訊。要將程序與CATIA V5聯(lián)系起來，首先要為程序添加CATIA V5的相關(guān)引用，然后將CATIA V5的原生建模代碼進(jìn)行適配性修改并加入相關(guān)參數(shù)。以球環(huán)模型為例，其部分建模代碼如下：

3.2 裝配相關(guān)功能

在建模完成的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行模型裝配。為保證程序穩(wěn)定運行，在發(fā)出裝配命令前應(yīng)對各零件模型進(jìn)行存在性檢查，若檢查通過，則可進(jìn)行裝配，否則命令按鈕無法激活，此功能通過多個復(fù)選框的選擇與否來實現(xiàn)。

3.3 功能驗證

經(jīng)驗證，程序可按設(shè)計正常顯示界面，按需求完整實現(xiàn)功能，取三柱槽殼最大外徑Dk=90 mm，生成的三球銷式萬向節(jié)裝配模型如圖4所示。

4 結(jié)語

為了改善基于CATIA二次開發(fā)的設(shè)計平臺存在的尺寸關(guān)系與零件模型對照不夠直觀、設(shè)計過程與建模過程不夠緊密等問題，本文結(jié)合WPF軟件設(shè)計平臺，將VRML技術(shù)與CATIA二次開發(fā)相融合，提出了一種新的設(shè)計方法，此方法聯(lián)系了界面設(shè)計與功能實現(xiàn)，將設(shè)計數(shù)據(jù)直觀化展現(xiàn)，實現(xiàn)了建模過程中數(shù)據(jù)與模型的緊密結(jié)合，進(jìn)而提高了設(shè)計準(zhǔn)確性與效率。以此設(shè)計方法開發(fā)并驗證了三球銷式萬向節(jié)參數(shù)化設(shè)計軟件，該軟件除了能夠?qū)崿F(xiàn)零件三維模型的實時瀏覽與對照、零件設(shè)計、零件建模、裝配及其它所需功能外，還具有友好的人機(jī)交互界面，提供了更好的綜合使用體驗。

圖4 驗證裝配圖