基于CATIA 二次開發(fā)的航空標準零件設(shè)計

馬曉祿

（中國直升機設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0. 引言

CATIA 軟件廣泛應(yīng)用于航空航天及汽車制造領(lǐng)域，其強大的曲面構(gòu)造能力能滿足復(fù)雜外形設(shè)計的要求，是一款主流的CAD/CAE/CAM 軟件。在設(shè)計航空產(chǎn)品時，須采用航空標準零件，此時需要對零件進行建模。通過CATIA 的二次開發(fā)接口能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化建模，減少建模時間和建模中的錯誤，該方法適用于使用多個參數(shù)定義的零件的建模過程。

1. CATIA 二次開發(fā)技術(shù)介紹

CATIA 為用戶提供了應(yīng)用開發(fā)接口，用戶可以根據(jù)這些接口進行二次開發(fā)，從而實現(xiàn)自定義功能。CATIA提供了兩種不同的開發(fā)方法，其一是通過（COM 自動化接口）COM Automation Interface，利用編程語言對該接口的調(diào)用實現(xiàn)二次開發(fā)，如圖1 所示，可以通過宏腳本、VBA 等實現(xiàn)。

圖1 CATIA利用COM自動化接口進行二次開發(fā)

通過VBA（Visual Basic for Application）來實現(xiàn)二次開發(fā)，該方法具有操作簡便，易于掌握等優(yōu)點，基本可以實現(xiàn)CATIA 中的所有建模操作；另一種則是通過CAA（Component Application Architecture，基于組件的應(yīng)用架構(gòu)），原理是利用C++或者JAVA 編程語言調(diào)用應(yīng)用開發(fā)接口CATIA V5 C++ & JAVA API[1]，該方法可以滿足從簡單到復(fù)雜的二次開發(fā)需求，具有執(zhí)行效率高、運行速度快等優(yōu)點，但由于其代碼更接近CATIA 開發(fā)環(huán)境，入門難度較大。

典型的VBA 二次開發(fā)分為以下步驟，如圖2 所示。首先，通過建模分析提取參數(shù)化條件；其次，在CATIA的VB 編輯器中定制界面；再次，通過代碼調(diào)用CATIA接口，通過調(diào)試完善代碼，若需對程序進行功能擴充，則需從建模分析，對需擴充的功能進行建模分析、提取參數(shù)化條件等一系列操作；最后，定制工具條按鈕，作為程序入口。

圖2 VBA二次開發(fā)流程

本文以航空標準零件六角頭螺栓（HB1-101-83）為例，采用基于VBA 的二次開發(fā)，通過編程實現(xiàn)該零件的參數(shù)化建模。

2. 零件參數(shù)化

航空標準零件六角頭螺栓（HB1-101-83）是常用的連接件，其尺寸主要由如圖3 中所示的幾個參數(shù)來確定。

圖3 六角頭螺栓外形尺寸

在這些參數(shù)中，只與選取的螺栓直徑d1相關(guān)聯(lián)的有：螺栓頭高H、螺栓頭最小寬度S、螺栓頭最大寬度D，螺栓頭與光桿圓角半徑r、開口銷孔直徑d2（可無開口銷孔）。若確定了螺栓直徑，則以上參數(shù)也隨之確定。

除了以上參數(shù)外，其他參數(shù)由使用者根據(jù)實際情況進行自定義：螺桿長度L、螺紋長度l0和開口銷孔與頂端距離C。其中，對于不同的螺栓直徑，其螺桿長度L會有一定的范圍；螺紋長度l0只與螺栓直徑d1相關(guān)，標準手冊中；對于開口銷孔與頂端距離C，標準中給出了參考值，可以在一定范圍內(nèi)對參考值進行修改。表1 中是M4 六角頭螺栓（螺栓直徑為4）的參數(shù)。

表1 M4螺栓的參數(shù)

對于每一直徑的螺栓，建立一組數(shù)據(jù)，并將這組數(shù)據(jù)添加到結(jié)構(gòu)體數(shù)組（結(jié)構(gòu)體在VB 中稱之為用戶定義數(shù)據(jù)類型）中，在使用時根據(jù)使用者選取的螺栓直徑在結(jié)構(gòu)體數(shù)組中進行查找，并選取該直徑下的一組參數(shù)，根據(jù)這些已知參數(shù)，加上使用者自定義的參數(shù)，就可以進行螺栓的建模。M4 六角頭螺栓的參數(shù)在結(jié)構(gòu)體數(shù)組中的表示方式如下：

‘hexBolt(2).Dmin=7.8 注：由S 就可確定六邊形大小，因此無需該項

3. 參數(shù)化建模程序

3.1 程序流程

程序流程如圖4 所示，首先程序彈出界面，讓用戶輸入螺栓直徑、螺栓長度、是否需要開口銷孔及開口銷孔位置，輸入后程序會根據(jù)用戶輸入的螺栓直徑在已有的結(jié)構(gòu)體數(shù)組中查找，自行判定輸入的螺栓直徑與螺栓長度是否符合標準要求，若符合則自動根據(jù)所選尺寸進行建模生成零件，若不滿足，程序會提示用戶重新輸入螺栓的尺寸信息，直到尺寸信息符合標準后才會建模生成零件。

圖4 程序流程

3.2 操作界面

運行程序后的操作界面如圖5（a）所示，在使用時首先輸入螺栓直徑和螺栓長度，根據(jù)需要選擇是否帶有開口銷孔，若有開口銷孔，下方的“銷孔直徑”一欄會顯示當(dāng)前螺栓直徑下的銷孔直徑，“銷孔中心與頂端距離”一欄也會變成可用狀態(tài)，并提供參考值，使用者可以根據(jù)實際對該值進行修改，如圖5（b）所示。

圖5 操作界面

單擊“開始”，程序便根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)進行建模，在一般情況下，運行時間在1s ～3s，生成的零件模型如圖6 所示。

圖6 生成的零件模型

4. 結(jié)語

使用VBA 進行CATIA 的二次開發(fā)，實現(xiàn)零件的參數(shù)化建模，使用者只需要輸入一組簡單的參數(shù)，程序就會按照標準手冊中的數(shù)據(jù)自動建立零件模型，不僅提高了效率，而且減少了使用者自行建模中可能產(chǎn)生的錯誤。編寫一整套標準零件的參數(shù)化建模程序，形成體系后，能大幅提高設(shè)計人員在使用標準零件時的效率。