淺盆型立式種盤模型第三方程序驅動系列化設計

劉宏新，周興宇，徐曉萌，郭麗峰

(東北農業大學 工程學院，哈爾濱　150030)

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淺盆型立式種盤模型第三方程序驅動系列化設計

劉宏新，周興宇，徐曉萌，郭麗峰

(東北農業大學 工程學院，哈爾濱150030)

摘要：為了給零部件參數化及系列化設計提供便捷準確的解決方案，研究了第三方程序驅動CATIA參數化模型的設計方法。以一種淺盆型立式排種盤為研究對象，在對其特征結構進行分析的基礎上，提取該排種盤直徑、折邊傾角和鉚釘孔中心距等特征參數，建立了參數間關聯關系，并進行了參數化建模。同時，運用VB語言編寫排種盤模型參數驅動程序，建立參數化模型與人機界面接口，實現在人機界面中通過修改排種盤驅動參數對模型特征結構進行控制。仿真驅動表明：該方法能夠快速、準確地實現零部件的參數化及系列化設計，為農業裝備數字化資源庫中模型資源的創建及修改提供了一種方法。

關鍵詞：排種盤；CATIA；參數化模型；驅動程序

0引言

參數化設計(Parametric Design)，其基本思想是以約束表達產品幾何模型的形狀特征，通過定義一組參數以控制設計結果，從而能夠通過調整參數來修改設計模型，并能方便地創建一系列形狀結構相似的模型[1]。目前，參數化設計方法主要有兩種，分別是表格驅動設計方法和基于程序設計方法[2]，而利用第三方程序驅動參數化模型的設計方法目前并不多見。若在農業裝備設計中，將計算機語言與CATIA參數化模型相結合，在零件參數化設計基礎上，編寫模型參數驅動程序，建立參數化模型與驅動程序接口，并創建友好的人機交互界面，則可在人機交互界面中直接輸入參數值，驅動模型結構拓撲，獲得所需規格的零件模型，從而大大提高產品設計效率、降低設計成本。

第三方程序驅動CATIA參數化模型設計方法的難點主要有兩方面：一是驅動參數的確定，實現以最少的驅動參數驅動模型再生；二是第三方驅動程序的編寫，實現計算機程序對模型驅動參數的修改。

本文以淺盆型立式排種盤為研究對象，該排種盤可充分利用重力和離心力作為充填力[3-4]，提高高速作業狀態下排種器的充填能力；同時，為了適應不同作業速度，進而對排種盤進行系列化設計。本文通過對排種盤特征參數進行提取分類，在CATIA環境下建立零件參數化模型，編寫參數驅動程序，實現在人機界面中以最少驅動參數生成排種盤系列新模型。

1參數化模型流程

第三方程序驅動CATIA參數化模型流程如圖1所示。

圖1　第三方程序驅動CATIA參數化模型流程

第三方程序驅動CATIA參數化模型的實現過程包括：零件參數化模型的創建和程序代碼的編寫兩部分。第1部分，通過對零件結構特征分析，提取零件參數，確定驅動參數，建立參數間的關聯公式，并創建零件參數化模型；第2部分，建立友好的人機交互界面，編寫參數驅動程序，并通過對CATIA的二次開發[5-7]，建立參數化模型與驅動程序間接口，實現第三方程序對零件參數化模型的驅動。

2程序驅動參數化模型實現

2.1零件結構特征分析

淺盆型立式排種盤三維模型如圖2所示。排種盤內壁呈淺盆狀，排種盤中間為采用平鍵傳遞動力的軸孔，軸孔周圍均勻布置有鉚釘孔，用于保證排種盤的穩定性，在盆狀排種盤側壁上沿圓周方向均勻布置充種型孔。

圖2　淺盆型立式排種盤三維模型

通過對淺盆型立式排種盤的結構特征分析可知，決定排種盤結構的主要參數有排種盤直徑、排種盤折邊傾角、鉚釘孔中心距、型孔個數和型孔尺寸[8-9]，如圖3所示。對于同一作物，其排種盤型孔的結構比較復雜，型孔尺寸需要進行專門的設計，而型孔個數、鉚釘孔中心距均隨排種盤直徑的變化而變化。因此，該系列排種盤的結構特征由排種盤直徑和折邊傾角來決定。

(a)　主視圖　　　　　　　　　(b)　剖視圖

2.2零件參數化模型的建立

2.2.1零件特征參數提取

一個零件往往包含有多個參數，為了對各參數進行區分，確定參數間關系，便于零件參數化模型的建立及參數的修改，需要對參數的類別、名稱[10]及關聯公式進行合理的制定。現以淺盆型立式排種盤為研究對象，在對其結構特征進行分析的基礎上，逐一提取零件特征參數，并建立排種盤關鍵參數表，如表1所示。

表1　排種盤關鍵參數表

1)參數類別。

(1)主驅動參數。實現零件拓撲關系和尺寸變化的核心參數，通常為確定零部件尺寸的主要依據；其他絕大多數參數通過公式與其直接或間接關聯，屬于驅動參數。

(2)特征驅動參數。主驅動參數的補充，當零件的某些特征參數無法與主驅動參數間建立關聯公式時，可引入特征驅動參數，通過修改特征驅動參數實現對零件模型局部結構的設計調整，屬于驅動參數。

(3)第1層關聯參數。間接驅動、控制零件模型形狀的一類參數，一般通過公式與主驅動參數或特征驅動參數直接關聯，屬于被驅動參數。

2)參數名稱。為了區分各參數，便于關聯公式的編寫，對參數的命名采用“通用名+專屬類別名+特性代號”的方式。通用名為零件名漢語拼音首字母，專屬類別名為零件特征名漢語拼音首字母全稱或縮寫，特性代號通常為參數英文單位名稱的首字母，如：排種盤直徑的參數名稱為pzp-zj-D。

3)關聯公式。表示兩個或多個參數之間數量關系的式子，即一個參數如何由其他參數計算而來[11]，通過關聯公式，可對各參數進行約束。

2.2.2零件參數化設計

1)軟件環境設置。為了使零件參數化設計過程中的參數及關聯公式等信息能夠在結構樹上顯示，方便參數的查閱與修改，在進行參數化設計前，先進入CATIA軟件選項中，分別激活“知識工程”選項卡下的“帶值”“帶公式”兩個選項和“顯示”選項卡下的“在結構樹中顯示”區域中的所有選項。

2)驅動參數設定。利用“知識工程”工具條中的“公式”命令f(x)，新建一個名稱為“pzp-zj-D”的長度類型參數，將其作為主驅動參數，并設定其初始值為200mm；再次新建一個名稱為“pzp-qj-A”的角度類型參數，將其作為特征驅動參數，并設定其初始值為23°，所創建的驅動參數會被添加到結構樹上的參數節點下。

3)關聯公式的建立是在排種盤生成旋轉體特征的草圖編輯工作臺中，右鍵單擊半徑尺寸，選擇“長度.1對象”下的“編輯公式”選項，在公式編輯器中設定公式：“零件幾何體旋轉體.1草圖.1長度.1長度= pzp-zj-D/2”，完成模型尺寸與主參數的關聯。為保證排種盤的尺寸約束關系，對于滿足零件設計的其他特征同樣需要公式來關聯尺寸，設定方法同上。

2.3人機界面設計及模型驅動的實現

2.3.1程序運行流程設計

第三方程序驅動CATIA參數化模型的程序運行流程如圖4所示。其重點在于程序與參數化模型接口的建立和程序對模型驅動參數修改的實現。

2.3.2人機交互界面設計

1)軟件環境設置。啟動VB6.0，新建一個“標準EXE”的工程，在菜單欄中選擇“工程”中的“引用”選項，在“引用”對話框中選擇所有以CATIA開頭的類庫聲明[12]。

2)界面創建。在窗體上添加圖片框、標簽、文本框和命令按鈕，并修改它們的屬性，創建如圖5所示的人機交互界面。

通過編程訪問CATIA對方的方法有很多，此處采用進程外訪問，即將CATIA作為一個OLE(Object Linking Embedding)自動化服務器，當外部程序通過COM接口來訪問CATIA內部對象時，若CATIA沒有啟動，需實現CATIA的啟動。其代碼接口如下：

……………

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

……………

在該段程序中，首先聲明一個對象變量，并添加一段控制錯誤代碼，若CATIA已啟動時，使用GetObject函數直接與CATIA建立連接， CATIA未啟動，則用CreateObject啟動CATIA。

圖4　程序運行流程

圖5　人機交互界面

3)參數化模型的引用及驅動。在人機交互界面中實現對模型參數的修改及對模型的驅動，可將部分宏程序復制到程序中進行修改，或對程序直接進行編譯。實現驅動的關鍵程序代碼如下：

……………

'……………………文本框獲取焦點

Text1.SetFocus

Text2.SetFocus

'……………………文本框為空時提示錯誤并重輸

Do While Text1.Text = ""

Text2.Text = ""

MsgBox "wrong"

Exit Sub

Loop

……

'……………………打開零件模型

Set documents1 = CATIA.Documents

Set PartDocument1=Documents1.Open(App.Path

"pzpseedplate.CATPart")

'……………………將輸入數值賦予零件模型

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仿真驅動

為了驗證第三方程序驅動CATIA參數化模型設計方法的可行性，在圖5所示的人機交互界面的兩個文本框中分別輸入(160/23)、(220/23)、(280/23)、(160/35)、(220/35)和(280/35)6組不同的數值，運行程序，在CATIA中會相應的生成相應尺寸的零件模型，如表2所示。

表2　排種盤模型表

4結論

1)以淺盆型立式排種盤直徑作為主驅動參數，折邊傾角作為特征驅動參數，建立了參數間關聯公式，能快速準確地生成一系列不同直徑、折邊傾角、鉚釘孔中心距和型孔個數的排種盤模型。

2)利用VB語言編寫模型參數驅動程序和訪問CATIA的腳本程序，建立模型資源與驅動程序接口，可通過友好的人機交互界面對排種盤模型驅動參數進行修改，實現對排種盤模型特征結構的控制。

參考文獻：

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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

文章編號：1003-188X(2016)01-0076-05

中圖分類號：S223.2;TH122

文獻標識碼：A

作者簡介：劉宏新(1971-)，男，黑龍江穆棱人，教授，博士，博士生導師，(E-mail)Lcc98@neau.edu.cn。

基金項目：國家自然科學基金項目(51275086)

收稿日期：2015-03-11