商用车零件库万向传动装置参数化建模论文.docx
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商用车零件库万向传动装置参数化建模论文
摘要
近年来,随着国内汽车工业的快速发展,汽车行业竞争日趋加剧。
为了提高新产品的设计效率,降低生产成本,各企业进行设计软件的二次开发。
本文所做的工作正是对CATIA进行二次开发,主要目标就是开发出基于CATIA的商用车万向传动装置零件库。
该零件库利用VB和CATIA完成对商用车万向传动装置零部件的开发。
首先,本文对当前国内外的CAD二次开发的现状进行了讨论,并对本课题研究的目的和意义进行了说明,并简要的描述了本文内容的基本架构。
然后,探讨了CATIA的二次开发方法及步骤。
接着,本文分析了商用车零部件库的设计方法,最后利用VB语言对CATIA进行二次开发,建立了具有可视化界面。
关键词:
参数化;二次开发;CATIA
Abstract
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofthedomesticautoindustry,competitionofautomobileindustryisbecomingincreasinglyintensified.Inordertoimprovethedesignefficiencyandgetlowerproductioncosts,mostmanufacturerschosetomakeasecondarydevelopment,havebeendonesomeworkonthedevelopmentofthePartslibrary,andaspeopleknowmoreabouttheimportance,moreandmorecompanieswilljoininthesecondarydevelopmentofdesignsoftware.ThisworkisdonetomakeasecondarydevelopmentofCAITIA,andthemaingoalistodevelopathree-dimensionalCATIA-basedpropellershaftsanduniversaljointslibrary.ThelibraryuseVBandCATIAtofinishdevelopmentofPartslibrary.
First,thepaperdiscussedthecurrentsituationofsecondarydevelopmentofCADindomesticandinternational,meanwhiledescribedthepurposeandsignificanceoftheresearchandmadeabriefdescriptionofthecontentsofthisarticleinfrastructure.Then,thesecondarydevelopmentmethodsandstepsforCATIAwerediscussed.Thenthepaperanalyzesthemethodsofhowtodesign the parts libraryforcommercialvehicles,usingVBlanguageofCATIAforsecondarydevelopmentinthefinallyandestablishingavisualinterface.
Keywords:
Parameterized;Second-development;CATIA
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1引言1
1.2国内外零部件标准库现状2
1.3本课题研究意义3
1.4本课题研究内容3
1.5本章小结4
2CATIA的二次开发方法5
2.1CATIA二次开发综述5
2.2CATIA二次开发的方式5
2.2.1运用知识工程模块对CATIA进行开发的方法与步骤5
2.2.2运用VC对CATIA进行开发6
2.2.3运用VB对CATIA进行二次开发7
2.3本章小结8
3VB界面设计原则9
3.1VB简介9
3.2VB界面设计原则9
3.2.1控件的位置9
3.2.2控件大小及一致性9
3.2.3合理利用空间10
3.2.4合理利用颜色、图像和显示效果来达成内容与形式统一10
3.3综述11
4商用车零部件库系统设计12
4.1零件库系统的功能和构架12
4.1.1系统的功能12
4.1.2系统的框架12
4.2系统方案的确立13
4.3系统开发准备工作14
4.4屏幕界面设计15
4.5主界面设计17
4.6零件选择界面设计20
4.7零件创建界面设计21
4.8各界面连接23
4.9本章小结26
5商用车零件库的开发27
5.1零件库开发理念及流程27
5.2宏的录制27
5.3编辑录制的宏31
5.4运行代码并生成工程33
5.5本章小结34
6总结与展望35
6.1总结35
6.2展望35
参考文献37
致谢39
1绪论
1.1引言
随着国内制造业的快速发展,如汽车,飞机,电器等行业以及计算机软硬件技术水平的日益提高,CAD技术的应用也得到了广泛的发展。
这其中Pro/ENGINEER、UG、CATIA等辅助设计软件得到了制造业各大厂商的大力应用,设计者利用这些三维的软件大大提高了产品开发的效率,相比较于一般的二维设计软件,这些基于三维的设计更能给人一种直观感,并且现在的三维CAD软件通常不仅具备三维造型的功能,同时还能实现零件总成的组装,运动学分析,CAE分析,以及导出工程图的功能,这使得它能够兼具二维设计的能力。
基于这些优势,三维设计软件在过去的时期内得到了快速的发展。
随着行业的发展需求越来越高及设计人员对CAD的进一步认识,人们发现原有的设计系统很难满足企业的需求。
因为现在的大部分新产品设计都是在原来类似产品基础之上开展的,有时为了增加产品的某个新功能,设计者不得不重新对产品进行设计,而在这个过程中,设计者就必须将原有的产品特征再次设计一遍,然后在其上稍作改进。
这种设计流程不仅费时费力,而且不利新产品的快速开发。
因此,CAD有必要给用户提供一个类似于模板库的数据库,使得用户能够将成功的设计经验进行存储,同时还能够允许用户能将自己的设计参数扩充进来,以达到快速设计的目的。
标准件库正是在这种要求下出现了,当下主流的三维设计软件都具备的参数化设计功能为这种要求的实现提供了可能。
本文基于当前主流设计软件CATIAV5开发了商用车万向传动装置的零件库。
CATIA软件自身也具备零件库,当中的零件包括螺栓、螺钉、键、销等连接件和紧固件,它们在CATIA中以Catalog形式将零件模板与对应参数表录入库中,这些零件库大多用于产品的装配过程中,由CATIA开发商最初录入,不具备任何行业特殊性。
对于一个企业来讲,本企业的产品都具有自身行业的特征性,产品在设计过程中难免需要进行反复验证修改,如果每次修改都要重新设计,这样就会显得很麻烦,浪费大量的时间,因此有必要根据企业自身产品的特征建立相关的常用件零件库,待到需要重新设计时,只需修改零件相关参数就能快速完成设计,以提高企业的设计效率。
1.2国内外零部件标准库现状
随着人们对零件库重要性认识的进一步加深,作为计算机辅助设计的重要组成部分,有关零件库的开发与应用越来越多。
国内外的一些企业为了在本企业的设计软件品台上提高设计效率,纷纷利用各自软件提供的二次开发接口进行二次开发。
2002年,李自胜等[1]讨论了基于CATIA软件的二次开发技术,并着重阐述了采用VB进行开发的方法和步骤。
赵立营等[2]人重点探讨了用VB开发三维标准件库的方法,并尝试开发出了标准件库,同时讨论了CATIAV5的有关二次开发架构CAA的相关知识。
胡忠会[3]分析了用CATIA知识工程模块中的Catalog建立标准件库的方法,并利用该方式开发了基于航标的标准件库。
张利国[4]等以MicrosoftAccess数据库做基础,也利用VB开发出了基于CATIA认的参数化标准件库,使得数据的操作变得更加简单方便。
武刚等[5]研究了以VisualC++什为开发工具,通过应用CATIA为用户提供的自动化(Automation)编程接口,实现了参数化设计,为CATIA的二次开发提供了新方法。
傅蔡安等[6]应用CATIA的catalog功能开发了一套标准件库,专门用于专用夹具的设计,较好的解决了实际工程问题,为企业设计效率的提高提供了探索。
2004年,熊欣,马洪阁[7]的文章《CATIAV5将知识工程应用于汽车零部件开发》详细讲解了基于CATIA内部知识工程模块(Knowledgeware)的零件库开发。
利用这种开发方式最终将零件模板和参数表一同入库(Catalog)。
丁建新[8]利用VB开发了汽车钢板弹簧自动建模系统,利用此系统用户能够在CATIA环境下快速完成钢板弹簧的选型及设计任务,提高了设计效率。
2006年,刘冰[9]提出了基于CATIA的三维标准件库开发与研究。
该文章对CATIA的二次开发是基于VC++的,通过将CATIARADE环境引入VC++中,作者较为详细的阐述了开发的流程,通过利用VC++制定出友好的建模主界面,以及在RADE环境下利用CATIAAPI实现在CATIA环境中完成插件的开发,最终将主界面嵌入CATIA。
这种方法采用的是一种外部命令调用的方式,完成的零件库中包括的零件有:
螺柱、螺母、垫圈、挡圈等,并且零件库中的参数允许用户进行修改、添加、删除等操作。
从总体上来说,三维CAD设计软件CATIA在国内的研究起步较晚,国内对其研究一般侧重于零件设计、装配设计、工程图等基本功能模块,并且国内很多机械制造企业对此不是很重视,投入的关注度不大。
就目前己开发的各种标准件库而言,仍存在一些不足之处,比如零件种类不够完备、扩充不方便、标准件信息不够完整等。
1.3本课题研究意义
随着市场竞争的日益激烈,新产品的开发时间和成本费用正成为企业成败的关键性因素。
为了抢占商机,在竞争中胜出,大多数企业都把快速推出新产品作为取胜的关键。
而这其中利用CAD技术进行设计是其中重要的一环,合理的处理设计过程中遇到的重复设计问题(产品结构相似)是一种有效地解决方式。
汽车由成千上万个零部件组成,如果每次新车型的设计都由设计人员来重新完成,不仅工作量巨大,还降低了设计效率,并且零件很多,在这种情况下也容易发生一些意想不到的错误。
而且尽管汽车车型不同,但其组成的零部件构造上大体相似,只是尺寸上存在差别,基于此本论文根据已知条件和基本参数,通过CATIA所录制的宏,在屏幕上自动地建立起三维模型,对传动部分零部件进行了建库,以此来实现快速设计的目的。
同时建立了零件库后的产品设计准确度更高,用户每次所做的工作就是输入相关的参数值,而建模则是通过后台的程序代码运行实现,代码一旦测试通过就不会出现问题,能够最大程度的避免在设计者自行设计时,可能会出现一些由于人为的疏忽或设计经验不足而导致模型的不准确等状况的发生。
1.4本课题研究内容
本文主要的任务是完成基于CATIA的商用车传动部分零件库的开发,在实现该目的的过程中,主要做的工作如下:
(1)分析了当前CAD三维辅助设计软件的使用情况,接着介绍了国内外零件库的研究现状及存在的不足,然后提出了本课题研究的目的和意义。
(2)分析了CATIA的特点,对CATIA二次开发的几种方法进行了比较,并总结了利用VB语言对CATIA进行二次开发的方法步骤和主要思路。
(3)自动建模的实现机制。
介绍了CATIA建模工具集及其内部架构,并以十字轴为例讲解了零件建模的一般步骤。
(4)总结与展望。
总结了本文所取得的研究成果,并对后续可做改进的方向进行了探讨。
1.5本章小结
本章首先介绍了国内外基于CAD系统的零件库开发的现状,接着阐述了本课题的来源以及所做研究的目的和意义,最后概括性地描述了本文所做的主要工作。
2CATIA的二次开发方法
2.1CATIA二次开发综述
作为当前比较流行的一款参数化商业设计软件,CATIA同以往的CAD软件一样具有可扩充的功能,不同的用户能根据自身的需求对CATIA进行必要的二次开发,以扩充CATIA模块功能,满足企业的需求。
零件库的开发是近年来各企业争相开发的重点,零件库的实质就是参数化(Parametric),目前它己成为CAD中最为热门应用技术之一,能否实现参数化已成为评价CAD系统优劣的重要技术指标。
参数化设计技术非常适合于外形结构相同而只是尺寸参数变化的零件设计。
就目前达索公司所提供的接口,其用户主要能够从三个方面对其进行进一步的开发:
(1)利用CATIA自身内部模块KnowledgeWare,即知识工程模块进行开发。
(2)利用第三方编程开发软件VB对CATIA进行开发。
(3)利用第三方编程开发软件VC/JAVA对CATIA进行开发。
2.2CATIA二次开发的方式
2.2.1运用知识工程模块对CATIA进行开发的方法与步骤
知识工程模块(KnowledgeWare)为CATIA内部解决方案单元,此模块中提供了专门的参数化建模工具,为软件开发之初达索公司设计的。
在知识工程模块中用户主要是通过利用其中的Formular命令、DesignTable。
命令以及catalog命令功能实现自定义模型的参数化。
该方法建库的最终思想是通过参数驱动模板模型快速成型。
现在的很多标准件库的建立均是采用模板建模技术国,其中这些参数为模板的关键尺寸,通过Formular命令提供的方法设定模型的特征参数,同时将参数跟模型几何相关联,并将这些模型数据生成数据表格进行存储,最终将参数表格和模板模型同时入库(Catalog),使用过程中选择表格内的参数记录即可驱动CATIA自动建模。
用该方法建立的零件库可以实现模型参数的删除或添加等操作,用户通过向表中添加数据记录,就能完成新模型的快速生成。
此外在知识工程模块中开发商还为用户提供了一些有利于参数化的工具如:
规则(rule)、检查(cheek)等功能,利用这些功能可以将设计者积累的一些工作经验,或是设计条件添加进来,以提高设计效率,同时帮助诊断用户输入参数的有效性问题,避免了数据不合理引起的程序终止。
这种方法采用内部开发模式,完全基于CATIA产品本身,对新用户来说比较容易掌握,此外用此方法建立的零件库也具有其独特的优点:
占用空间小、扩充容易、响应速度快等。
因此,对于零件构造简单或外形特征尺寸间关系不是很复杂的情况下采用该方法建立参数化零件库显得十分快捷方便。
但是当零件数量过多或构造过于复杂时,采用该方法建立零件库就显得不那么便捷了,太多零件势必造成参数的增多,文件加大,占用的空间增大,构造过于复杂的模型采用此方法参数化的过程中也会出现参数的难以控制问题,且调用时的交互性也不及采用外部编程开发的VB、VC方便[10]。
2.2.2运用VC对CATIA进行开发
VC对CATIA的二次开发就是借助VC环境为开发平台,利用CATIA为开发提供的组件CAA(ComponentApplicationarchitecture)API(ApplicationProgramInterfaces)以及CAARADE(RapidApplicationDevelopmentEnvironment)对CATIA进行的开发[10]。
CAA组件应用架构,是DassaultSystemes产品扩展和客户进行二次开发的强有力工具。
DassaultSystemes提供的CAA产品包括如下内容:
CAARADE快速开发环境,基于MicrosoftVisualStudio;
CAACATIAV5API,CATIAV5应用开发工具;
CAAENOVIALCAV5API,ENOVIALCA应用开发工具;
CAADELMIAV5API,DELMIAV5应用开发工具;
CAAENOVIAPORTALV5API,ENOVIAPORTALV5应用开发工具。
快速应用研发环境RapidApplicationDevelopmentEnvironment(RADE)是一个可视化的集成开发环境,它提供完整的编程工具组。
RADE以MicrosoftVisualC++6.0为载体,开发工具完全集成在了VC++环境中,并且提供了一个CAA框架程序编译器,但同时也限制了VC++的部分功能。
可以说CATIACAA-RADE是目前所有高端CAD/CAM开发环境中最为复杂、同时也是功能最为强大的一个。
使用CAAC++开发方式来建立一个CATIA内部程序。
其的功能是新建一个独立的工作台(workbench),并在其下面实现添加自定义菜单,添加工具条以及按钮图标,插入CATIA风格的对话框。
并生成对界面功能的响应,建立Command,实现调用对话框,以及通过输入参数直接用代码生成一个三维模型,并在CATIA主窗口中显示。
2.2.3运用VB对CATIA进行二次开发
CATIA开发商达索公司在开发该软件的时候就考虑到了软件的组件扩展性问题,因此为软件的进一步开发提供了接口,用户可借助第三方编程语言驾驭这些接口对CATIA组件模块进行拓展,VB编程语言即是其中之一,利用VB开发建立零件库主要是基于CATIA二次开发方法中的AUTOMATION技术,运用VB建库的主要思想最终也体现为参数化驱动,但实现的方法跟运用知识工程模块创建不同,它是一种外部编程控制的方式,通过用户提供的参数驱动建模代码实现参数化建模。
相比较于采用内部模块开发,这种方式更具有开发深度,通过调用底层API接口函数实现开发目的;同时该方法更具灵活性,直观性,用户可以根据个人的要求对界面进行布局,交互性更强,参数的更改等操作也更方便,可直接在设计界面完成;并且该方法不依赖于CATIA程序是否运行,通过CATIA的接口可实现对CATIA的启动。
VB开发首先需对目标模型的构造进行分析,提取出模型的关键特征参数,然后根据这些特征参数利用VB定制出界面,用户通过界面最终完成零部件的设计。
其流程如图2.1所示:
图2.1使用VB进行CATIA二次开发的基本流程
用VB建库需注意两点:
1,CATIA对象库的引用。
开发之前先将CATIA的相关库文件引入VB环境中,这样以后在开发的过程中就能够调用CATIA的对象库进行编程开发,不至于出现类似于找不到对象无法编译调试的情况。
开发者在VB开发环境中选中菜单“工程一引用”,然后勾选中其中所有有关CATIA的库文件,点击确认后就完了CATIA对象库的引入H.建立跟CATIA的连接[10]。
2,建立跟CATIA的连接。
调用方法GetObject来建立跟CATIA的连接,如果CATIA应用程序当前情况下处于未运行状态,就调用createobject来创建对象启动CATIA。
2.3本章小结
本章概括了介绍了CATIA软件的功能及CATIA二次开发的三种方式,并分别对他们的开发流程及思想进行了讲解。
3VB界面设计原则
3.1VB简介
VisualBasic(简称VB)是近年来在国内外得到迅速推广应用的可视化程序设计语言,具有简单易学,功能强大,软件费用支出低,见效快等特点。
它提供了开发Windows应用程序最迅,最简捷的方法,不但是专业人员得心应手的开发工具,而且易于被非专业人员掌握使用。
目前,全世界数以百万计的程序设计人员正在用VisualBasic开发各种类型的软件。
VisualBasic采用在窗体上拖曳控件的方式为创建用户界面提供了非常简便的方法,窗体的设计和规划不仅影响到它本身外观的可观赏性。
而且对应用程序的可操作性也起到很重要的作用。
3.2VB界面设计原则
3.2.1控件的位置
大多数用户界面设计原则和任何基础美术课程中所教授的基础设计原则一样。
在计算机屏幕上组合颜色,文字,框架等的基本原则和在纸张上画图一样。
在开始之前作一点简单设计会加快应用程序的设计进程。
所以在界面设计开始之前,可以先将设计的窗体画在纸上,后考虑哪些控件是所需要的,以及不同元素的重要性、控件之间的联系等。
在绝大多数的程序界面设计中,并不是所有的元素都具有相同的重要性,所以应抓住重点,将较重要的元素定位在用户一目了然的位置,重要的和需要经常访问的元素应当处于显著的位置,次要的元素则应当处于次要的位置,习惯的阅读顺序一般是从左到右,从上到下。
3.2.2控件大小及一致性
一致性的外观将体现应用程序的协调性。
如果缺乏一致性将会使应用程序看起来混乱而不严密,体现不出应有的价值,不但对用户的使用带来不便,甚至还会使用户觉得应用程序不可靠。
VisualBasic提供的控件丰富多样,每一种都能被利用。
但是,应该抛弃使用较多不同控件的想法,而应当尽量使用协调性强的控件,来选择最适合自己应用程序的特定控件子集。
当有ListBoxComboBox等多种控件被同时利用时要尽可能的使得它们采用同一风格例如:
在控件中使用相同的颜色作为背景色等。
如果没有特别需要,尽量不使用鲜艳的颜色。
3.2.3合理利用空间
在在界面的空间使用上,应当形成一种简洁明了的布局。
在用户界面中使用空白空间有助于突出元素和改善可用性。
即合理使用窗体控件之间以及控件四周的空白区域。
一个窗体上有太多的控件会导致界面杂乱无章,给寻找字段或者控件带来不便或者困难。
因此,在设计中需要插入空白空间来突出设计元素。
各控件之间一致的间隔以及垂直与水平方向各元素的对齐也可以使设计更为明了,行列整齐、行距一致、整齐的界面安排也会使其容易阅读。
在此,可以合理利用VisualBasic提供了几个工具,以便让控件的间距、排列和尺寸的调整变得非常容易。
水平间距、垂直间距、在窗体中央、排列、按相同大小制作等菜单项都可以在“格式”菜单中找到。
另外,界面设计最重要的原则就是简洁与明了。
对于应用程序而言,如果界面看上去很难,则可能程序使用本身也比较复杂,而在设计时稍稍深入考虑一下,便有助于创建看上去和用起来都很简单的界面。
从美学的角度来讲,整洁、简单明了的设计更有可取性。
在界面设计中,一个普遍易犯的错误就是力图用界面来模仿现实世界的对象,但这样的设计,除了对自己的设计增加难度,而对用户并没有真正的好处。
最好的设计就是根据对现实对象的理解来设计出自己的、并能为用户带来方便的界面,并不一定要模仿显示对象,而可以使用有标签的界面或几个链接的窗体来显示所有的信息,也可以使用附加的控件,比如带有选取预装入的列表框,这些控件可以减少输入工作量,还可以取出不常用的函数并把它们移到自己的窗体中去来简化许多应用程序。
提供缺省有时也可以简化应用程序,如果十个用户中有九个选取加粗的文本,就把文本粗体设为缺省值,而不需要用户每次都选取一遍,但要注意不要忘记提供一个选项可以覆盖该缺省值。
此外,向导也有助于简化复杂的或不常用的任务。
简化与否最好的检验就是在应用中观察应用程序。
3.2.4合理利用颜色、图像和显示效果来达成内容与形式统一
在界面上使用颜色可以增加视觉上的感染力,现在的许多显示器能够显示上百万种的不同颜色,这很容易使人想要全部使用它们。
如果在开始设
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