浅盆型立式种盘模型第三方程序驱动系列化设计

刘宏新，周兴宇，徐晓萌，郭丽峰

(东北农业大学 工程学院，哈尔滨　150030)



浅盆型立式种盘模型第三方程序驱动系列化设计

刘宏新，周兴宇，徐晓萌，郭丽峰

(东北农业大学 工程学院，哈尔滨150030)

摘要：为了给零部件参数化及系列化设计提供便捷准确的解决方案，研究了第三方程序驱动CATIA参数化模型的设计方法。以一种浅盆型立式排种盘为研究对象，在对其特征结构进行分析的基础上，提取该排种盘直径、折边倾角和铆钉孔中心距等特征参数，建立了参数间关联关系，并进行了参数化建模。同时，运用VB语言编写排种盘模型参数驱动程序，建立参数化模型与人机界面接口，实现在人机界面中通过修改排种盘驱动参数对模型特征结构进行控制。仿真驱动表明：该方法能够快速、准确地实现零部件的参数化及系列化设计，为农业装备数字化资源库中模型资源的创建及修改提供了一种方法。

关键词：排种盘；CATIA；参数化模型；驱动程序

0引言

参数化设计(Parametric Design)，其基本思想是以约束表达产品几何模型的形状特征，通过定义一组参数以控制设计结果，从而能够通过调整参数来修改设计模型，并能方便地创建一系列形状结构相似的模型[1]。目前，参数化设计方法主要有两种，分别是表格驱动设计方法和基于程序设计方法[2]，而利用第三方程序驱动参数化模型的设计方法目前并不多见。若在农业装备设计中，将计算机语言与CATIA参数化模型相结合，在零件参数化设计基础上，编写模型参数驱动程序，建立参数化模型与驱动程序接口，并创建友好的人机交互界面，则可在人机交互界面中直接输入参数值，驱动模型结构拓扑，获得所需规格的零件模型，从而大大提高产品设计效率、降低设计成本。

第三方程序驱动CATIA参数化模型设计方法的难点主要有两方面：一是驱动参数的确定，实现以最少的驱动参数驱动模型再生；二是第三方驱动程序的编写，实现计算机程序对模型驱动参数的修改。

本文以浅盆型立式排种盘为研究对象，该排种盘可充分利用重力和离心力作为充填力[3-4]，提高高速作业状态下排种器的充填能力；同时，为了适应不同作业速度，进而对排种盘进行系列化设计。本文通过对排种盘特征参数进行提取分类，在CATIA环境下建立零件参数化模型，编写参数驱动程序，实现在人机界面中以最少驱动参数生成排种盘系列新模型。

1参数化模型流程

第三方程序驱动CATIA参数化模型流程如图1所示。

图1　第三方程序驱动CATIA参数化模型流程

第三方程序驱动CATIA参数化模型的实现过程包括：零件参数化模型的创建和程序代码的编写两部分。第1部分，通过对零件结构特征分析，提取零件参数，确定驱动参数，建立参数间的关联公式，并创建零件参数化模型；第2部分，建立友好的人机交互界面，编写参数驱动程序，并通过对CATIA的二次开发[5-7]，建立参数化模型与驱动程序间接口，实现第三方程序对零件参数化模型的驱动。

2程序驱动参数化模型实现

2.1零件结构特征分析

浅盆型立式排种盘三维模型如图2所示。排种盘内壁呈浅盆状，排种盘中间为采用平键传递动力的轴孔，轴孔周围均匀布置有铆钉孔，用于保证排种盘的稳定性，在盆状排种盘侧壁上沿圆周方向均匀布置充种型孔。

图2　浅盆型立式排种盘三维模型

通过对浅盆型立式排种盘的结构特征分析可知，决定排种盘结构的主要参数有排种盘直径、排种盘折边倾角、铆钉孔中心距、型孔个数和型孔尺寸[8-9]，如图3所示。对于同一作物，其排种盘型孔的结构比较复杂，型孔尺寸需要进行专门的设计，而型孔个数、铆钉孔中心距均随排种盘直径的变化而变化。因此，该系列排种盘的结构特征由排种盘直径和折边倾角来决定。

(a)　主视图　　　　　　　　　(b)　剖视图

2.2零件参数化模型的建立

2.2.1零件特征参数提取

一个零件往往包含有多个参数，为了对各参数进行区分，确定参数间关系，便于零件参数化模型的建立及参数的修改，需要对参数的类别、名称[10]及关联公式进行合理的制定。现以浅盆型立式排种盘为研究对象，在对其结构特征进行分析的基础上，逐一提取零件特征参数，并建立排种盘关键参数表，如表1所示。

表1　排种盘关键参数表

1)参数类别。

(1)主驱动参数。实现零件拓扑关系和尺寸变化的核心参数，通常为确定零部件尺寸的主要依据；其他绝大多数参数通过公式与其直接或间接关联，属于驱动参数。

(2)特征驱动参数。主驱动参数的补充，当零件的某些特征参数无法与主驱动参数间建立关联公式时，可引入特征驱动参数，通过修改特征驱动参数实现对零件模型局部结构的设计调整，属于驱动参数。

(3)第1层关联参数。间接驱动、控制零件模型形状的一类参数，一般通过公式与主驱动参数或特征驱动参数直接关联，属于被驱动参数。

2)参数名称。为了区分各参数，便于关联公式的编写，对参数的命名采用“通用名+专属类别名+特性代号”的方式。通用名为零件名汉语拼音首字母，专属类别名为零件特征名汉语拼音首字母全称或缩写，特性代号通常为参数英文单位名称的首字母，如：排种盘直径的参数名称为pzp-zj-D。

3)关联公式。表示两个或多个参数之间数量关系的式子，即一个参数如何由其他参数计算而来[11]，通过关联公式，可对各参数进行约束。

2.2.2零件参数化设计

1)软件环境设置。为了使零件参数化设计过程中的参数及关联公式等信息能够在结构树上显示，方便参数的查阅与修改，在进行参数化设计前，先进入CATIA软件选项中，分别激活“知识工程”选项卡下的“带值”“带公式”两个选项和“显示”选项卡下的“在结构树中显示”区域中的所有选项。

2)驱动参数设定。利用“知识工程”工具条中的“公式”命令f(x)，新建一个名称为“pzp-zj-D”的长度类型参数，将其作为主驱动参数，并设定其初始值为200mm；再次新建一个名称为“pzp-qj-A”的角度类型参数，将其作为特征驱动参数，并设定其初始值为23°，所创建的驱动参数会被添加到结构树上的参数节点下。

3)关联公式的建立是在排种盘生成旋转体特征的草图编辑工作台中，右键单击半径尺寸，选择“长度.1对象”下的“编辑公式”选项，在公式编辑器中设定公式：“零件几何体旋转体.1草图.1长度.1长度= pzp-zj-D/2”，完成模型尺寸与主参数的关联。为保证排种盘的尺寸约束关系，对于满足零件设计的其他特征同样需要公式来关联尺寸，设定方法同上。

2.3人机界面设计及模型驱动的实现

2.3.1程序运行流程设计

第三方程序驱动CATIA参数化模型的程序运行流程如图4所示。其重点在于程序与参数化模型接口的建立和程序对模型驱动参数修改的实现。

2.3.2人机交互界面设计

1)软件环境设置。启动VB6.0，新建一个“标准EXE”的工程，在菜单栏中选择“工程”中的“引用”选项，在“引用”对话框中选择所有以CATIA开头的类库声明[12]。

2)界面创建。在窗体上添加图片框、标签、文本框和命令按钮，并修改它们的属性，创建如图5所示的人机交互界面。

通过编程访问CATIA对方的方法有很多，此处采用进程外访问，即将CATIA作为一个OLE(Object Linking Embedding)自动化服务器，当外部程序通过COM接口来访问CATIA内部对象时，若CATIA没有启动，需实现CATIA的启动。其代码接口如下：

……………

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

……………

在该段程序中，首先声明一个对象变量，并添加一段控制错误代码，若CATIA已启动时，使用GetObject函数直接与CATIA建立连接， CATIA未启动，则用CreateObject启动CATIA。

图4　程序运行流程

图5　人机交互界面

3)参数化模型的引用及驱动。在人机交互界面中实现对模型参数的修改及对模型的驱动，可将部分宏程序复制到程序中进行修改，或对程序直接进行编译。实现驱动的关键程序代码如下：

……………

'……………………文本框获取焦点

Text1.SetFocus

Text2.SetFocus

'……………………文本框为空时提示错误并重输

Do While Text1.Text = ""

Text2.Text = ""

MsgBox "wrong"

Exit Sub

Loop

……

'……………………打开零件模型

Set documents1 = CATIA.Documents

Set PartDocument1=Documents1.Open(App.Path

"pzpseedplate.CATPart")

'……………………将输入数值赋予零件模型

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仿真驱动

为了验证第三方程序驱动CATIA参数化模型设计方法的可行性，在图5所示的人机交互界面的两个文本框中分别输入(160/23)、(220/23)、(280/23)、(160/35)、(220/35)和(280/35)6组不同的数值，运行程序，在CATIA中会相应的生成相应尺寸的零件模型，如表2所示。

表2　排种盘模型表

4结论

1)以浅盆型立式排种盘直径作为主驱动参数，折边倾角作为特征驱动参数，建立了参数间关联公式，能快速准确地生成一系列不同直径、折边倾角、铆钉孔中心距和型孔个数的排种盘模型。

2)利用VB语言编写模型参数驱动程序和访问CATIA的脚本程序，建立模型资源与驱动程序接口，可通过友好的人机交互界面对排种盘模型驱动参数进行修改，实现对排种盘模型特征结构的控制。

参考文献：

[1]孟祥旭，徐延宁.参数化设计研究[J].计算机辅助设计与图形学学报，2002，14(11)：1086-1090.

[2]John Kim，Michael J Pratt. Standardized data exchange of CAD models with design intent[J].Computer-Aided Design，2008(6)：760-777.

[3]尚家杰.可利用重力与离心力充种的立式圆盘排种器研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2013.

[4]刘宏新，徐晓萌，郭丽峰，等.具有复合充填力的立式浅盆型排种器充种机理[J].农业工程学报，2014，30(21)：9-16.

[5]李自胜，朱莹，向中凡.基于CATIA软件的二次开发技术[J].四川工业学院学报，2003，22(1)：16-18.

[6]胡挺，吴立军.CATIA二次开发技术基础[M].北京：电子工业出版社，2006.

[7]周桂生，陆文龙.CATIA二次开发技术研究与应用[J].机械设计与制造，2010(1)：81-83.

[8]刘宏新，王福林.排种器试验研究的因素选择及分析[J].农机化研究，2007(5)：77-79.

[9]朱子宏，魏宪军.基于CATIA的渐开线直齿轮参数化设计[J].现代机械，2009(1):8-9.

[10]程俊峰，沈精虎.基于Pro/E二次开发的零件参数化设计[J].现代制造工程，2008(2):76-79.

[11]王智明，杨旭，平海涛.知识工程及专家系统[M].北京：化学工业出版社，2006.

[12]龙峰，樊留群.CATIA V5二次开发技术探讨[J].淮阴工学院学报，2005，14(5)：21-24.

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

文章编号：1003-188X(2016)01-0076-05

中图分类号：S223.2;TH122

文献标识码：A

作者简介：刘宏新(1971-)，男，黑龙江穆棱人，教授，博士，博士生导师，(E-mail)Lcc98@neau.edu.cn。

基金项目：国家自然科学基金项目(51275086)

收稿日期：2015-03-11