汽车焊装夹具三维图库CATIA参数化开发

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在汽车制造业中，汽车车身焊装夹具在汽车车身焊装线上占有举足轻重的地位，其设计制造速度将直接影响汽车的生产规模、效率和质量；它的快速高效设计与制造是汽车制造业快速响应市场需求的重要条件之-1。汽车车身焊装夹具-般由专门的焊接装备公司设计制造，虽然不同车型对车身焊装夹具有不同要求，外形也千差万别，但其结构却大同小异，-套完成的车身焊装夹具基本都是由底板、支撑座 、过渡连接板、压紧臂、支承、压头等部分构成，同时大量使用标准件。设计人员在长期的设计过程中所用零件大部分零件结构相同，只有个别参数不同，螺栓等标准件只需按需选型。如果每次设计时都对这些零件重新建模 ，其设计效率会受到很大的影响，因此，没有必要这样做。设计人员积累了大量常用 、通用性强的零件 ，形成 了自己的零件库”，设计时直接调用所需零件并作少量修改即可，这在-定程度上可以提高设计效率。但这些零件库”通常只是简单地将相关的零件放在-个文件夹中，没有有效的组织管理，且未包含所需的全部零件。-套参数化焊装夹具三维图库系统能有效解决上述问题，提高设计效率。国内对基于三维软件平台的参数化三维图库的开发进行了比较多的研究，如王孝及卢健钊分别提出了基于Solid Edge的参数化标准件图库的开发方法刚 ，史丰荣等开发了基于 CATA的标准件库 ，王艺树等论述了利用 UG部件族和二次开发哆建立参数化标准件库的方法51，大连某大学的-些科研人员对焊装夹具参数化零件库进行了研究 6/，重庆某大学的科研人员在其硕士学位论文中对夹具元件图形库有所论述同。这些研究多数集中于标准件三维图库，对非标准件三维图库的研究尚不成熟，专门针对汽车焊装夹具零件的三维图库更少。针对上述不足 ，介绍 了在 Microsoft Visual StudioVB环境下基于 CATA平台建立参数化汽车焊装夹具三维图库的方法，此三维图库不仅包括常用标准件，也包括汽车焊装夹具设计中常用的非标准件，实现对焊装夹具零件的三维建模管理。

2 CATA二次开发技术2.1 CATA二次开发方法CATA V5是 BM/DS基于 Windows核心开发的高端 CAD/CAM软件系统。由于其强大的功能，CATA目前已经成为汽车、航空航天等领域的主流软件。二次开发是对工程软件进行个性化和专业化定制的有效手段，可以使软件更好地为用户服务，有利来稿日期 ：2012-1 1-05基金项目：国家科技支撑计划课题2012BAF06B02；tJll势技支撑计划项 目2012GZX0049作者简介：曾定洲，1986-，男，四川万源人 ，硕士研究生，主要研究方向：CAD/CAM；殷国富，1956-，男，教授，博士生导师，主要研究方向：智能 CAD/CAPWCAM256 曾定洲等：汽车焊装夹具三维图库CATA参数化开发 第9期于提高工作效率，缩短开发周期，节约研发成本，提升产品质量等。作为-款强大的工程软件，CATA具有极强的开放性，它为用户进行二次开发预留了接口，这些接口提供了-系列用以完成各种功能的开发工具 。不同用户可以根据 自己的需要对 CATA进行各种方式不同程度的二次开发。具体来说，CATA二次开发接口通过两种方式与外部程序进行通信：进程内应用程序 n-processApplication方式和进程外应用程序 Out-Process Application方式▲程内应用程序方式下，CATA软件与脚本运行在同-进程地址空间，比如宏方式Macm▲程外应用程序方式下，CATA提供了多种二次开发的接口，最主要的有两种：开放的基于构件的应用编程接口CAA技术，自动化对象编程 CATA Automation技术。在CATA Automation中，所有的数据都被封装成对象的形式，并形成常见的树形结构，在这-树形结构中，Application是根对象，其下派生了Documents、Windows、Cameras和Viewers等集合对象。这些集合对象具有-些操纵集合的方法和属性，如添加Add、删除Remove、获取子项 tem方法和数量Count属性等。对CATA进行二次开发的流程8-01，如图 1所示。

图 1 CATA二次开发流程Fig.1 Process of CATAS Secondary Development2.2在 VB中访问CATA在VB中新建项目后，添加对CATA类库的引用，这是必要的准备工作。在 VB中访问CATA时，脚本的运行不由CATA调用。CATA作为-个 OLE自动化服务器，VB程序通过 COM接口来访问 CATA内部的对象 。因此，要对 CATA进行访问和操纵，首先要连接到它的COM接口，这可以通过如下代码实现：DimCATAAsObjectOn Error Resume NextCATAGetObject.”CATA.Application”fEr.Number<>0 ThenCATACreateObject”CATA.Application”CATA.VisibleTrueEndfOnErrorGoTo0如果 CATA已经在运行 ，只需要用 GetObject方法连接到CATA即可；如果 CATA尚未运行，就要用 CreateObject方法启动CATA。为了保证能正常访问CATA，-般将两种方法合并，即上述代码。

2.3 CATA的文档对象如前所述，CATA的根对象 Aplication下派生了很多对象，而其中 Documents对象最为重要 。连接或启动 CATA即获得Aplication对象后就能对它的文档进行操作。在CATA中，文档有很多种类型，包括零件Part、产品Product、工程图Drawing等，Documents对象就是这几种对象的集合，Document对象则是上述文档中的-种，不同类型的文档有不同的方法和属性。-般可以通过Add方法添加-个文档，用Open方法打开已经存在的文档，用 ActiveDocument属性获取当前活动的文档。

3参数化汽车焊装夹具零件图库的开发方法3.1参数化建模方法在CATA中进行参数化建模有两种方法：程序驱动参数化建模和变量驱动参数化建模。程序驱动参数化建模即利用CATA提供的建模AP写出建立各三维模型的代码，程序运行时将相应尺寸数据传递给各AP以生成三维模型。其核心是生成模型的代码，每-组相同结构的零件都要单独编写代码。这种方法不需要事先建立模版，操作灵活，但编写代码的工作量大。在CATA的零件文档中，特征的关键尺寸都保存在-张变量表中，通过修改变量表中的尺寸可以很容易地实现零件的参数化。变量驱动参数化建模即通过代码获取需改变的参数并加以修改，从而使某-类型的零件有-系列的尺寸。这种方法编写的代码较少，可以很容易地建立起零件图库，但需事先对每-组结构相同的零件建立模板，建立模板的工作量大，灵活性不够。两种建模方法各有利弊，实际使用时可根据实际情况选用其中-种或混合使用，两者区别日，如图 2所示。

程序驱动建模 变量驱动建模图2程序驱动建模与变量驱动建模Fig.2 Variante- ving＆ Program-driving Modeling由于本系统开发前已经对部分零件建立了模板，这部分零件的三维模型无需由代码重新生成，调用时只需根据需要改变相应尺寸的值；另-部分零件尚无模板可用，需要重新建立模型或者由代码生成。因此所介绍的图库综合使用了上述两种参数化建模方法，对已经建立了模板的零件如部分企业标准件使用变量驱动参数化建模方法对尚未建立模板的零件如国标件使用程序驱动参数化建模方法。

3-2参数化建模系统结构图 3参数化建模系统结构Fig.3 System Stmcture of Parametric Modeling本零件图库要实现的功能是当使用者在用户界面中做出选择后后，自动创建所需三维模型。由于本系统综合使用了两种参数化建模方法 ，因此，对不同零件的三维模型采用不同的生成方No.9Sept.2013 机 械 设 计 与制 造 257式。对采用变量驱动参数化建模方法的零件，首先从模板库中将零件模板调出并打开，然后用代码获取ZF-4参数并对其进行修改即可得到所需三维模型。对采用程序驱动参数化建模方法的零件，首先调用相应零件的建模代码，并将参数传递给AP，由AP驱动 CATA建立三维模型。参数化建模系统结构，如图3所示。

3.3参数数据库焊装夹具设计过程中所用零件的关键尺寸即主控参数不是连续取值，而是-系列固定值，如粗导向块 DAE0001的主控参数为 H，其取值为60、80、120、140、160、180、200，而且不同零件的主控参数及其取值不同。同时，对使用程序驱动建模的零件，其所有尺寸信息都需要保存，如六角螺母的D、m、S、e。因此所有零件的主控参数及尺寸信息都保存在数据库中。

本系统采用Microsoft Access作为数据库管理软件，对每-大类零件分别建立数据库，如QiBiaoJian.mdb企业标准件、GuoBiaoJian.mdb国标件、WaiGouJian.mdb外购件等，在各数据库中每-个零件对应-张数据表，表中存储了该零件的所有有关尺寸信息，各表以零件名汉语拼音命名，如CuDaoXiangKuai粗导向块、LiuJiaoLuoMu六角螺母，如图4所示。

·il特t ·互 % 0i 再 ÷5 .10 # D 曩000 60 l 6 B2 tXO001 8o 0 5 3 o0ol H 1oo tO001 t 120 聍 7 E5 h EO∞l H 140 2 l0 l.，6 DtgO001 H leO 聃 4 n 强 07 DAtco01 H l舯 O t n l e 蚰 m H 2CO 9 EO呻2 H OlO m ㈣ Ⅱ ∞ l20 te 暂U D&EOOO t 8oi2 n.t0曲 2 Ⅱ 1酗 图4数据库零件表Fig.4 Data Tables本系统开发环境是VS2008，因此数据库的访问采用ADO.

NET技术。在.NETFramew0rk中，ADO.NET是数据源与应用程序之间的沟通桥梁，在数据访问过程中担任数据提供者”角色，它有三项功能来完成这项工作，即连接、下达命令、取得结果数据集。

而.NET FrameWork提 供 了 Connection、Command、DataAdapter、DataSet、DataReader等对象让ADO.NET完成这些工作101。访问数据库时，Connection对象连接数据库，Command向数据库下达SQL指令，DataAdapter将取得的数据放到DataSet中以供应用程序使用以及将更新后的数据回存数据库。

3.4参数化建模参数化建模是焊装夹具零件图库的核心，它根据用户的选择生成相应的三维模型。

3.4.1程序驱动参数化建模程序驱动参数化建模时调用 AP函数建立三维模型的过程和- 般的三维造型过程相似，前者的整个过程由代码完成，后者由人机交互完成。造型过程-般有三个步骤：获闰创建参考面，在参考面上绘制二维轮廓，由二维轮廓生成实体特征即三维模型。

1获闰创建参考面新建零件文档后，文档中有三个初始的参考平面，分别以PlaneXY、PlaneYZ、PlaneZX表示∩以通过 Part对象的 Origin-Elements属性获取初始的参考平面，以下代码获取PlaneXY：Dim plnYZ as PlaneplnYZoPart.OriginElements.PlaneYZ其中，oPart是已经定义的part对象。如果要创建参考平面，可以使用 AddNewPlaneOfset、AddNewPlane3Points、AddNewPlan-eTangent等十多种方法。

2绘制二维轮廓绘制二维轮廓-般由创建草绘特征和编辑草绘特征两个步骤组成。创建草绘特征可用以下代码：Dim oSketeh as SketchoSketchoBody.Sketches.AddplnYZ其中，oBody是已经定义的Body对象。Add方法的参数是草绘特征所在的参考平面，即其后的二维轮廓就绘制在此参考平面上。编辑草绘特征包括绘制轮廓和添加约束。编辑前需用 Sketch.

OpenEdition方法获取草绘元素构造器Faetory2D，编辑完成后用Sketch.CloseEdition方法关闭。

Dim oFactory2D as Factory2DoFactory2DoSketeh.OpenEditionoSketch.CloseEdition得到Factory2D后就可以使用它提供的各种方法绘制轮廓，如 CreatePoint、CreateLine、CreateCircle、CreateEllipse等。绘制二维轮廓过程中及绘制完成后需要对各元素添加约束，Constraints是约束的集合，可以使用 AddMonoEhCst、AddBiEhCst、AddTriE1-tCst方法分别添加-个元素、两个元素、三个元素之间的约束。如下代码在oReference1与oReference2之间添加角度约束：Dim oConstraint as ConstraintConstraints.AddBiEltCstcatCstTypeAngle.oR-eference1，oReference23生成实体特征同绘制草绘特征-样，要创建实体特征，也要先获取实体特征构造器 ShapeFactory，ShapeFactory中有各种生成实体特征法方法，如AddNewPad、AddNewShaft、AddNewHole等。如下代码在草绘特征上生成拉伸特征：Dim oPad as PadoPadoPa.ShapeFactory.AddNewPadoSketch，203.4.2变量驱动参数化建模变量驱动参数化建模-般由以下三部分组成：1建立模板系统运行前需对零件建立模板并保存到模板库，这部分工作事先已经完成，只需对建好的模板就行分类并保存在不同的模板库即可。

2调用模板系统运行时，根据用户的选择确定所需零件模板的保存路径，按路径将相应零件调出并打开。

Dim oPartDOC as DocumentSet oPartDocCATA.Documents.OpenFileName3获取并修改参数零件打开后，通过代码获取零件的参数并将其修改为用户选择的值。

Dim oParam as ParameteroParamoPartDoe.Part.Parameters.temParameterNameoParam.ValueParameterVale第二 ，第三