淺談基於CATIA二次開發的單排四點接觸球軸承三維設計論文

淺談基於CATIA二次開發的單排四點接觸球軸承三維設計論文

　　一、概述

　　單排四點接觸球轉盤軸承是一種能夠同時承受較大軸向負荷、徑向負荷和傾覆力矩等綜合載荷，集支承、旋轉、傳動、固定等多種功能於一身的特殊結構的大型軸承。被廣泛用於起重運輸機械、採掘機、建築工程機械、港口機械、風力發電、醫療裝置、雷達和導彈發射架等大型迴轉裝置上。隨著計算機技術的不斷髮展，我國製造業數字化程序不斷推進，如何快速響應市場需求是設計開發的關鍵問題之一。許多主機廠家已經普遍採用三維軟體進行產品設計和效能評估，同時對配套的軸承生產廠家也提出了更高的要求，不僅要求其提供二維設計圖，還要提供軸承的三維模型圖；三維模型圖使軸承的各個元件及裝配後位置關係更加直觀，而且為後續的運動模擬及有限元分析等高階需求提供了前期建模工作，建立單排四點接觸球轉盤軸承的三維模型的意義在於此。

　　CATIA是法國達索公司的產品開發旗艦解決方案，提供了完備的設計能力：從產品的概念設計到最終產品的形成，以其精確可靠的解決方案提供了完整的2D、3D、引數化混合建模及資料管理手段。CATIA具有很強的開放性，利用CATIA提供的二次開發介面工具，可方便地對CATIA進行定製開發。

　　透過VB呼叫CATIA進行二次開發，對單排四點接觸球轉盤軸承的三維模型進行引數化設計，減少大量繁瑣的重複性工作，提高工作效率。本文對二次開發的整體情況進行了簡單的介紹。

　　二、總體設計方案

　　引數化設計是指引數化模型的尺寸用對應關係表示而不需要確定具體的數值。當變化一個引數時，將自動變化所有與它相關的尺寸，並遵循約束條件，即採用引數化模型，透過修改引數來修改和控制幾何形狀，自動實現產品的精確造型。

　　應用CATIA進行設計時，使用的是單一資料庫，這樣它具有真正意義上的全相關性，其中所有的模組之間完全相關，這就意味著任意一處的改變都將擴充套件到整個設計中，同時自動更新所有的工程文件，包括裝配體、設計圖紙，及製造資料。CATIA知識工程模組的公式工具可將圖形的尺寸、比重、體積等幾何資料以引數的方式表示，而這些引數間存在幾何關係和物理性質，利用這些關係可控制產品的特性，並可編輯引數的名稱、數值及公式。透過引數來控制模型的生產。

　　對於通用軸承來說，大多數情況下同一型別不同規格的軸承截面幾何形狀完全相同，而且大部分零件是旋轉體，而生成旋轉體的關鍵是旋轉體的截面輪廓。因此對通用軸承來說運用互動式方法建立零件的三維模型，然後透過引數驅動模型的方法，透過修改軸承零件尺寸來獲取不同規格的模型。

　　綜上所述，對單排四點接觸球轉盤軸承的三維模型進行引數化設計時，首先考慮到其與通用軸承共同特點而採取尺寸驅動模型的方法，然後在此基礎上需顧及其與通用軸承相比的特殊性採取透過控制CATIA應用程式物件完成最終軸承元件造型。

　　三、資料處理

　　本系統採用Microsoft Access做為外部資料庫，用於儲存標準型號設計引數以及一些標準化主引數，比如鋼球直徑。對於標準型號的軸承可直接檢索以獲取所需基本引數，而對於非標軸承，透過輸入介面的收集基本引數。

　　單排四點接觸球轉盤軸承整個設計過程中涉及很多引數，這些引數可以簡單分為兩類：通用性引數及特殊性引數。通用性引數比如軸承外形尺寸，軸承節圓中心徑，鋼球尺寸，鋼球個數等，而對特殊性引數比如套圈上孔的方位，孔的個數，孔的中心圓直徑、齒輪引數等。

　　四、基本模型建立

　　透過對大量單排四點接觸球轉盤軸承進行分析，可知該類軸承大多數是由外圈、內圈、鋼球、保持器、密封條、堵塞和錐銷這7個元件構成，所以需分別對這些元件透過互動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的連線設計

　　VB對CATIA的二次開發可利用Automation API，控制CATIA應用程式物件來進行幾何造型。Automation技術是建立在COM的技術規範，它是在OLE（Object linked andEmbedded）基礎上發展的新技術。其核心技術是在Windows系統的統一管理下協調不同的應用程式，構成複合文件。允許一個應用程式操作另一個應用程式。Automation技術並不是直接獲取及處理資料，而是間接地透過暴露的`物件和屬性，利用物件的方法和屬性來獲取、設定及處理資料。VB用作客戶程式，CATIA則作為伺服器程式。

　　熟悉CATIA的文件結構是程式設計的基礎，CATIA是以樹結構的形式將資料封裝成物件。在頂層是Application物件，Application物件下面是Documents、Cameras和Windows。獲得Application物件後就能對它的文件進行操作，文件包括零件（Part）、產品（Product）和工程圖（Drawing）等，Documents物件是這幾種物件的集合。Document是以上幾種文件中的一種，在Documents下面。在獲取Document物件後就能對其進行各種操作。Caemras物件是Document物件中儲存的文件視點集合，Caemra在Caemras下面。Caemras和Caemra物件的關係就像Documents和Document一樣。Windows物件是指所有開啟的視窗的集合，Window在Windows之下，兩者關係如同Documents和Document一樣。

　　六、模型最終生成

　　模型最終生成分為兩個部分，首先根據獲取引數從基本模型庫選取所需元件的合適的基本模型，並更新基本模型的尺寸引數，進而驅動模型重新生成。

　　七、結語

　　在系統開發時，模型特徵生成的先後順序以及基準點和基準面的選取是非常重要的，並且整個程式中需要實現錯誤處理，提示有誤的輸入引數或者錯誤的引數選取。以上因素都將影響到最終模型的生成。對於新型結構軸承的各元件來說，可重新建立基本模型，更改部分程式碼，整個系統維護是非常方便的。

　　利用VB開發的CATIA的引數化設計系統，能夠便捷、準確的生成直觀三維模型，並且根據引數的調整更新模型，避免繁瑣的重複性工作，可節省軸承設計人員在建立模型和裝配時花費的精力和時間，提高了工作效率。