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、醫療設備、雷達和導彈發射架等大型迴轉裝置上。隨着計算機技術的不斷髮展，我國製造業數字化進程不斷推進，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件進行產品設計和性能評估，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組件及裝配後位置關係更加直觀，而且為後續的運動仿真及有限元分析等高級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、參數化混合建模及數據管理手段。CATIA具有很強的開放性，利用CATIA提供的二次開發接口工具，可方便地對CATIA進行定製開發。

通過VB調用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參數化設計，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

參數化設計是指參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。當變化一個參數時，將自動變化所有與它相關的尺寸，並遵循約束條件，即採用參數化模型，通過修改參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，使用的是單一數據庫，這樣它具有真正意義上的全相關性，其中所有的模塊之間完全相關，這就意味着任意一處的改變都將擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，及製造數據。CATIA知識工程模塊的公式工具可將圖形的尺寸、比重、體積等幾何數據以參數的方式表示，而這些參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，並可編輯參數的名稱、數值及公式。通過參數來控制模型的生產。

對於通用軸承來説，大多數情況下同一類型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。因此對通用軸承來説運用交互式方法創建零件的三維模型，然後通過參數驅動模型的方法，通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參數化設計時，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通過控制CATIA應用程序對象完成最終軸承組件造型。

三、數據處理

本系統採用Microsoft Access做為外部數據庫，用於存儲標準型號設計參數以及一些標準化主參數，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參數，而對於非標軸承，通過輸入界面的收集基本參數。

單排四點接觸球轉盤軸承整個設計過程中涉及很多參數，這些參數可以簡單分為兩類：通用性參數及特殊性參數。通用性參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，而對特殊性參數比如套圈上孔的方位，孔的個數，孔的中心圓直徑、齒輪參數等。

四、基本模型建立

通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個組件構成，所以需分別對這些組件通過交互的方式建立基本模型，下面以外圈為例來説明基本模型的建立過程。

五、VB與CATIA的連接設計

VB對CATIA的二次開發可利用Automation API，控制CATIA應用程序對象來進行幾何造型。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序，構成複合文檔。允許一個應用程序操作另一個應用程序。Automation技術並不是直接獲取及處理數據，而是間接地通過暴露的對象和屬性，利用對象的方法和屬性來獲取、設置及處理數據。VB用作客户程序，CATIA則作為服務器程序。

熟悉CATIA的文檔結構是編程的基礎，CATIA是以樹結構的形式將數據封裝成對象。在頂層是Application對象，Application對象下面是Documents、Cameras和Windows。獲得Application對象後就能對它的文檔進行操作，文檔包括零件（Part）、產品（Product）和工程圖（Drawing）等，Documents對象是這幾種對象的集合。Document是以上幾種文檔中的一種，在Documents下面。在獲取Document對象後就能對其進行各種操作。Caemras對象是Document對象中存儲的文檔視點集合，Caemra在Caemras下面。Caemras和Caemra對象的關係就像Documents和Document一樣。Windows對象是指所有打開的窗口的集合，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，首先根據獲取參數從基本模型庫選取所需組件的合適的基本模型，並更新基本模型的尺寸參數，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，並且整個程序中需要實現錯誤處理，提示有誤的輸入參數或者錯誤的參數選取。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組件來説，可重新建立基本模型，更改部分代碼，整個系統維護是非常方便的。

利用VB開發的CATIA的參數化設計系統，能夠便捷、準確的生成直觀三維模型，並且根據參數的調整更新模型，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。