浅谈基于CATIA二次开发的单排四点接触球轴承三维设计论文

一、概述

单排四点接触球转盘轴承是一种能够同时承受较大轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷，集支承、旋转、传动、固定等多种功能于一身的特殊结构的大型轴承。被广泛用于起重运输机械、采掘机、建筑工程机械、港口机械、风力发电、医疗设备、雷达和导弹发射架等大型回转装置上。随着计算机技术的不断发展，我国制造业数字化进程不断推进，如何快速响应市场需求是设计开发的关键问题之一。许多主机厂家已经普遍采用三维软件进行产品设计和性能评估，同时对配套的轴承生产厂家也提出了更高的要求，不仅要求其提供二维设计图，还要提供轴承的三维模型图；三维模型图使轴承的各个组件及装配后位置关系更加直观，而且为后续的运动仿真及有限元分析等高级需求提供了前期建模工作，建立单排四点接触球转盘轴承的三维模型的意义在于此。

CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案，提供了完备的设计能力：从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段。CATIA具有很强的开放性，利用CATIA提供的二次开发接口工具，可方便地对CATIA进行定制开发。

通过VB调用CATIA进行二次开发，对单排四点接触球转盘轴承的三维模型进行参数化设计，减少大量繁琐的重复性工作，提高工作效率。本文对二次开发的整体情况进行了简单的介绍。

二、总体设计方案

参数化设计是指参数化模型的尺寸用对应关系表示而不需要确定具体的数值。当变化一个参数时，将自动变化所有与它相关的尺寸，并遵循约束条件，即采用参数化模型，通过修改参数来修改和控制几何形状，自动实现产品的精确造型。

应用CATIA进行设计时，使用的是单一数据库，这样它具有真正意义上的全相关性，其中所有的模块之间完全相关，这就意味着任意一处的改变都将扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，及制造数据。CATIA知识工程模块的公式工具可将图形的尺寸、比重、体积等几何数据以参数的方式表示，而这些参数间存在几何关系和物理性质，利用这些关系可控制产品的特性，并可编辑参数的名称、数值及公式。通过参数来控制模型的生产。

对于通用轴承来说，大多数情况下同一类型不同规格的轴承截面几何形状完全相同，而且大部分零件是旋转体，而生成旋转体的关键是旋转体的截面轮廓。因此对通用轴承来说运用交互式方法创建零件的三维模型，然后通过参数驱动模型的方法，通过修改轴承零件尺寸来获取不同规格的模型。

综上所述，对单排四点接触球转盘轴承的三维模型进行参数化设计时，首先考虑到其与通用轴承共同特点而采取尺寸驱动模型的方法，然后在此基础上需顾及其与通用轴承相比的特殊性采取通过控制CATIA应用程序对象完成最终轴承组件造型。

三、数据处理

本系统采用Microsoft Access做为外部数据库，用于存储标准型号设计参数以及一些标准化主参数，比如钢球直径。对于标准型号的轴承可直接检索以获取所需基本参数，而对于非标轴承，通过输入界面的收集基本参数。

单排四点接触球转盘轴承整个设计过程中涉及很多参数，这些参数可以简单分为两类：通用性参数及特殊性参数。通用性参数比如轴承外形尺寸，轴承节圆中心径，钢球尺寸，钢球个数等，而对特殊性参数比如套圈上孔的方位，孔的个数，孔的中心圆直径、齿轮参数等。

四、基本模型建立

通过对大量单排四点接触球转盘轴承进行分析，可知该类轴承大多数是由外圈、内圈、钢球、保持器、密封条、堵塞和锥销这7个组件构成，所以需分别对这些组件通过交互的方式建立基本模型，下面以外圈为例来说明基本模型的建立过程。

五、VB与CATIA的连接设计

VB对CATIA的二次开发可利用Automation API，控制CATIA应用程序对象来进行几何造型。Automation技术是建立在COM的技术规范，它是在OLE（Object linked andEmbedded）基础上发展的新技术。其核心技术是在Windows系统的统一管理下协调不同的应用程序，构成复合文档。允许一个应用程序操作另一个应用程序。Automation技术并不是直接获取及处理数据，而是间接地通过暴露的对象和属性，利用对象的方法和属性来获取、设置及处理数据。VB用作客户程序，CATIA则作为服务器程序。

熟悉CATIA的文档结构是编程的基础，CATIA是以树结构的形式将数据封装成对象。在顶层是Application对象，Application对象下面是Documents、Cameras和Windows。获得Application对象后就能对它的文档进行操作，文档包括零件（Part）、产品（Product）和工程图（Drawing）等，Documents对象是这几种对象的集合。Document是以上几种文档中的一种，在Documents下面。在获取Document对象后就能对其进行各种操作。Caemras对象是Document对象中存储的文档视点集合，Caemra在Caemras下面。Caemras和Caemra对象的关系就像Documents和Document一样。Windows对象是指所有打开的窗口的集合，Window在Windows之下，两者关系如同Documents和Document一样。

六、模型最终生成

模型最终生成分为两个部分，首先根据获取参数从基本模型库选取所需组件的合适的基本模型，并更新基本模型的尺寸参数，进而驱动模型重新生成。

七、结语

在系统开发时，模型特征生成的先后顺序以及基准点和基准面的选取是非常重要的，并且整个程序中需要实现错误处理，提示有误的输入参数或者错误的参数选取。以上因素都将影响到最终模型的生成。对于新型结构轴承的各组件来说，可重新建立基本模型，更改部分代码，整个系统维护是非常方便的。

利用VB开发的CATIA的参数化设计系统，能够便捷、准确的生成直观三维模型，并且根据参数的调整更新模型，避免繁琐的重复性工作，可节省轴承设计人员在建立模型和装配时花费的精力和时间，提高了工作效率。

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