基于CATIA二次開發的轉向架構架參數化建模

吳文龍，金新燦

(北京交通大學 機械與電子控制工程學院，北京100044)

基于CATIA二次開發的轉向架構架參數化建模

吳文龍，金新燦

(北京交通大學 機械與電子控制工程學院，北京100044)

轉向架構架結構復雜，對其參數化設計分側梁和橫梁兩個模塊進行。以某型車轉向架構架為基體，提取構架的控制參數，基于這些參數，應用VB環境下CATIA二次開發的自動化技術，搭建構架的參數化建模平臺。平臺中參數可由人工輸入，構架模型自動生成，縮短了設計階段的建模周期。

構架;CATIA;二次開發;參數化建模

高速列車科技創新國際論壇上，提出中國高速列車技術在“十二五”期間，將逐步實現“譜系化、智能化、綠色化”的目標，為實現這一目標，我國將搭建譜系化高速列車設計制造一體化平臺，以實現面向多樣需求的高速列車的快速定制。構架作為鐵道車輛重要的走行部分部件之一，承受和傳遞了車體與輪對之間的各種載荷，因此，實現其參數化建模具有重大意義。

以某型車轉向架構架為原型，利用CATIA軟件的二次開發功能，結合編程語言VB實現構架參數化模型的搭建，并且可實現人機交互的功能。CATIA軟件是當今CAD領域曲面設計、實體造型、模具設計等方面的頂級軟件，在航空航天工業、汽車制造業等大量涉及到復雜外形設計的工作領域內，CATIA展現了強大的功能［1］。

1 CATIA二次開發簡介

二次開發是對軟件的用戶化和專業化的有效手段，它可以使軟件更好地為用戶服務，這對提高工作效率和工作質量有著不可低估的作用［2］。目前，CATIA二次開發的主要有Automation API(使用自動化應用接口的宏)、Interactive User Defined Feature(交互式的用戶定義特征)和CAA V5的C++和java應用接口3種方法。現在使用最多的則是自動化對象編程(V5 Automation)和開放的基于構件的應用編程接口(CAA)［3-4］。

在文獻［5］中，作者通過對以上兩種開發方式的對比，發現使用CAA C++效率高，但入門困難。相對的，CAA Automaiton功能的限制多，但入門容易，建議在進行開發工作時，盡可能使用CAA Automation，不足之處再輔以CAA C++。運用宏(Macro)對CATIA進行二次開發時，使用 VBScript作為編輯工具，這是一種交互式的定制，可以記錄用戶的操作過程，自動生成代碼。由于構架的結構形式復雜，利用此方法可為開發者大量縮短開發周期，因此，本文利用了宏功能，結合Visual Basic 6.0編制界面和程序實現CATIA的二次開發。其二次開發流程如圖1所示。

圖1 CATIA二次開發流程圖

2 構架參數化描述

通過對構架結構的分析，主要分為橫梁和側梁兩大部分，其余部件均是安裝在這兩大部分上的。結合文獻［6］中的研究，主要從兩大模塊，即側梁和橫梁主體結構來參數化整個構架。其余安裝座等由于結構形式復雜，且形式多變，參數化設計意義不大，因此，不對其進行參數化建模。以某型車轉向架構架為原型，對其參數化進行描述。

2.1 側梁模塊參數的選取

構架側梁模塊結構相對復雜，側梁模塊中包含有側梁主體、一系彈簧支撐、側梁空氣彈簧安裝座、橫側梁連接處以及隔板等部分。下面，分別定義各部分參數。

(1)側梁主體參數

根據構架結構的對稱性，以構架側梁的一半為參數控制模型，如圖2所示。其控制參數主要選定各蓋板長度尺寸、各蓋板厚度、高度尺寸以及圓角尺寸等4方面關鍵幾何參數。總計16個參數。

圖2 1/2側梁主體控制參數

(2)一系彈簧支撐處參數

根據該型車構架的結構形式，一系彈簧支撐處參數控制方案如圖3所示。其控制參數主要有直徑尺寸、長度尺寸、厚度尺寸以及圓角尺寸等幾何參數。總計10個參數。

圖3 一系彈簧支撐處控制參數

(3)側梁空氣彈簧安裝座參數

在進行側梁空氣彈簧安裝座設計時，提供了如圖4所示的控制方案。其控制參數主要有直徑尺寸(其中D9作為定位尺寸)、厚度尺寸、倒角尺寸、空氣彈簧墊板橫向尺寸K1以及墊板小孔位置距其邊緣的尺寸K2(定位尺寸)，尺寸K2和D9共同作用確定了小孔的位置。總計9個參數。

圖4 側梁空氣彈簧安裝座控制參數

(4)橫側梁連接參數

該型車構架的橫梁為圓管型截面橫梁，因此只需要在側梁腹板上開孔。開孔時參數控制方案如圖5所示。其控制參數主要有直徑尺寸D11，縱向定位尺寸C1，垂向定位尺寸C2。共計3個參數。

圖5 橫側梁連接控制參數

(5)隔板參數

側梁主體結構內設計了3種形式的隔板，如圖6所示。隔板控制參數主要涉及有高度尺寸、寬度尺寸、定位尺寸、孔徑尺寸、圓角尺寸以及厚度尺寸等關鍵幾何參數。其中圖6(a)中隔板總計7個參數，圖6(b)中隔板總計9個參數，圖6(c)總計10個參數。

圖6 隔板控制參數

2.2 橫梁模塊參數的選取

橫梁模塊較側梁模塊來說結構簡單，主要包括橫梁和縱向梁兩部分。下面，分別定義這兩部分參數。

(1)橫梁參數

橫梁截面為圓管形，如圖7所示。其控制參數有拉伸長度尺寸L3，圓截面外徑尺寸D12和圓管厚度尺寸T5。共計3個參數

圖7 橫梁控制參數

(2)箱形縱向梁參數

該型車構架的縱向梁結構如圖8所示。其控制參數主要根據裝配關系確定，相關的參數C1和D12，這兩個參數已有前面相關結構參數約束給出。因此，箱型縱向梁的控制沒有獨立參數。

圖8 縱向梁控制參數

3 參數化建模功能的實現

3.1 VB程序訪問CATIA

本文采用人機交互界面的開發方式實現轉向架構架零部件的自動生成。界面采用Visual Basic 6.0進行開發，可由人工在所編制的界面上輸入參數，后臺自動運行CATIA，從而得到所需要的CAD模型。

在利用VB對其進行聯合編程時，需要從VB的菜單中選擇“工程→引用”，打開工程引用對話框，選中所有以CATIA帶頭的類庫聲明，如圖9所示，按確定退出。

圖9 選中所有以CATIA帶頭的類庫聲明

當用VB來編程時，需要通過COM接口訪問到CATIA，可用如下代碼來進行訪問。

在對構架進行參數化建模時，利用CATIA中的宏錄制功能，得到模型建立的代碼，再根據需要修改代碼，將宏腳本轉換到VB程序中。

3.2 界面編制

構架參數化建模從兩個模塊進行，即側梁模塊和橫梁模塊。其參數化流程如圖10所示。

圖10 參數化建模流程圖

在Visual Basic 6.0環境下，利用“TextBox”控件實現參數的輸入，配上相應的模型圖片，同時開發設置不同功能的按鈕，編制處實現各功能的參數化建模界面。圖11是編制的參數化建模主界面，圖12～圖16是側梁模塊建模各界面，圖17～圖18是橫梁模塊建模各界面。

圖11 參數化建模主界面

圖12 側梁主體參數化建模界面

圖13 一系彈簧支撐處參數化建模界面

圖14 側梁空氣彈簧安裝座參數化建模界面

圖15 橫側梁連接參數化建模界面

3.3 模型創建

利用所編制的構架參數化建模系統，以現有構架參數為基體參數，輸入各參數輸入框中，單擊每一步的“創建”按鈕，當前模型創建完成后，單擊“下一步”，可執行后續模型的生成。利用系統生成各類構架零件，將之裝配起來，得到構架的側梁模塊模型如圖19所示(圖中隱藏了一塊側蓋板，側梁正中間有3塊小隔板，其結構簡單，不是由參數化建模生成)，橫梁模塊的模型如圖20所示，總體裝配如圖21所示。

圖16 隔板參數化建模界面

圖17 橫梁參數化建模界面

圖18 箱形縱向梁參數化建模界面

圖19 構架側梁模塊裝配體模型

圖20 構架橫梁模塊裝配體模型

圖21 構架總體裝配模型

4 結束語

轉向架構架結構復雜，但將其分解為側梁和橫梁兩大模塊來進行參數化設計可使得建模系統流程簡明清晰，功能明確。最終利用CATIA Automation二次開發的方法，在VB環境下可自動生成構架的模型，且具有參數修改功能。從本文的研究來看，CATIA的二次開發功能可以實現構架的參數化建模，這樣可以為轉向架設計者節省大量時間，縮短設計周期，并為后續的仿真分析提供基礎。同時，本文的研究也為我國搭建譜系化高速列車設計制造一體化平臺做試探，具有一定的參考價值。

［1］ 楊德華，稅清才，周喜軍.基于CATIA軟件對VBA的支持進行飛機翼面的造型設計［J］.航空計算技術，2002，32 (1):59-62.

［2］ 胡 挺，吳立軍.CATIA二次開發技術基礎［M］.北京:電子工業出版社，2006.

［3］ 邱 靜，湯 峰.基于CATIA的快速設計［J］.新鄉學院學報(自然科學版)，2012，29(5):441-443.

［4］ 何朝良，杜延娜，張超.基于CAA的CATIA二次開發初探［J］.自動化技術與應用，2006，25(9):37-40.

［5］ 龍 峰，樊留群.CATIA V5二次開發技術探討［J］.淮陰工學院學報，2005，14(5):21-23.

［6］ 胡乙欽.機車車輛轉向架構架參數化CAD系統研究［D］.成都:西南交通大學，2011.

WU Wenlong，JIN Xincan

(School of Mechanical and Electronic Control Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

The structure of bogie frame is complex，and needs to be divided into two modules，side beam and the beam of bogie frame，to parametric design.Taking a certain type of bogie frame as the base，the control parameters of frame are extracted.Based on these parameters，the parametric modeling platform of frame is established by making use of the API technique of CATIA.Parameters in the platform can be input by manual automates the generation of frame model and shortens the modeling cycle of design stage.

frame;CATIA;secondary development;parameterization modeling

Parametric Design of Bogie Frame Using API in CATIA

U260.331;U270.331

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2015.01.09

1008－7842(2015)01－0047－04

0—)男，碩士研究生(

2014－06－25)