【正文】 . 29 5 基于 CAITA 二次開(kāi)發(fā)制孔設(shè)備虛擬裝配和運(yùn) 動(dòng)仿真 ............................................... 31 零部件及制孔設(shè)備介紹 ........................................................................................... 31 基于 CATIA 二次開(kāi)發(fā)制孔設(shè)備的虛擬裝配 ......................................................... 36 制孔設(shè)備運(yùn)動(dòng)模型的建立 ................................................................................ 36 制孔設(shè)備虛擬裝配的操作步驟 ........................................................................ 37 基于 CATIA 二次開(kāi)發(fā)制孔設(shè)備運(yùn)動(dòng)仿真 ............................................................. 42 6 經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析 ............................................................................................................. 45 7 結(jié)論 ................................................................................................................................. 46 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 47 致 謝 ................................................................................................................................. 49 附錄Ⅰ 程序清單 ............................................................................................................... 50 附錄Ⅱ 程序清單 ............................................................................................................... 52 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 引言 隨著經(jīng)濟(jì)全球化浪潮席卷全球，企業(yè)間的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得越來(lái)越激烈，如何以最快的速度響應(yīng)市場(chǎng)需求，生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需要的產(chǎn)品，已經(jīng)成為企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵因素之一 。 在 制孔設(shè)備運(yùn)動(dòng) 結(jié)束以后，系統(tǒng)能夠記錄 制孔運(yùn)動(dòng) 過(guò)程的所有信息，并生成評(píng)審報(bào)告、視頻錄像等供隨后的分析使用。目前，運(yùn)動(dòng)仿真在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛深入的研究和應(yīng)用。 綜上所述，目前運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)己經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。因此，本課題基于 CATIA 二次開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)制孔設(shè)備的虛擬運(yùn)動(dòng)，為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考依據(jù)。以 VB 為載體，進(jìn)行編程，開(kāi)發(fā)工具完全集成在 Microsoft Visual Basic 環(huán)境中。運(yùn)用程序控制 CATIA 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)制孔路徑。 (4)對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)。 (2)本課題的研究具有前沿性。它開(kāi)放的組件應(yīng)用架構(gòu)允許更多的開(kāi)發(fā)公司針對(duì)用戶(hù)的需要特別定制的應(yīng)用解決方案，也就是對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 CATIA 二次開(kāi)發(fā)接口 CATIA 使用基于組件對(duì)象模型 COM(Component Object Model)技術(shù)的自動(dòng)化 (Automation)提供二次開(kāi)發(fā)接口，使用 Automation 技術(shù)， CATIA 可與外部應(yīng)用程序共享對(duì)象，像 VB、 VC 等開(kāi)發(fā)工具和 VB 腳本、 Java 腳本語(yǔ)言以及 HTML 等語(yǔ)言提供編程接口。 進(jìn)程外應(yīng)用程序方式下， CATIA 與外部應(yīng)用程序在不同進(jìn)程地址空間運(yùn)行。 這些開(kāi)放性接口的使用范圍各有不同： (1)標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入 /導(dǎo)出是在多種 CAX(CAD/CAM/CAE)文件格式， DM(Product Data Management)文件格式和各種標(biāo)準(zhǔn)文件格式之間轉(zhuǎn)換的開(kāi)放性接口工具。它是完成特定功能的一種高效開(kāi)發(fā)方式，也是結(jié)合知識(shí)庫(kù)規(guī)則的公式應(yīng)用。 以 上提到的五種開(kāi)放性接口雖然都是 CATIA 和其它應(yīng)用程序或 CAD 軟件的數(shù)據(jù)交換方式，但是格式轉(zhuǎn)換、公式和規(guī)則編輯器只是低層次的應(yīng)用，而且公式編輯器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì) CATIA 對(duì)象進(jìn)行造型、裝配等高級(jí)控制。作為一個(gè)完善的 CAD/CAM 系統(tǒng)，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 CATIA 的幾種開(kāi)放性開(kāi)發(fā)方式之間是 相互依存、相互作用的，它們之間的關(guān)系如圖 所示。 2)生成所需要的數(shù)據(jù)。 Automation 技術(shù)包括兩個(gè)方面： Serve 和 Client。其中，它在具體問(wèn)題二次應(yīng)用中可以完成交互進(jìn)程的控制和定義用戶(hù)接口，例如，在一個(gè)過(guò)程中對(duì) CATIA 對(duì)象進(jìn)行一系列操作、定義一個(gè)用戶(hù)參數(shù)輸入入口等。 2)搜集已有的特征定義，確定輸入?yún)?shù)，并建立用戶(hù)自定義特征輸入?yún)?shù) (IUDF)。 這種建模方式實(shí)際上是 CAD 技術(shù)中的表驅(qū)動(dòng)模型技術(shù)，即在 CAD 系統(tǒng)中允許利用 “表格驅(qū)動(dòng)”方式來(lái)建立實(shí)體模型，從而實(shí)現(xiàn)系列化零件的構(gòu)建及組織，一次建模，多次選用。 (3)CAA V5 C++and Java API 包含一系列 CATIA 的 C++庫(kù)函數(shù)，這庫(kù)函數(shù)在CATIA 運(yùn)行時(shí)加載，用戶(hù)可以通過(guò)安裝 CAA RADE(Component Application Architecture RapidApplication Development Environment)模塊實(shí)現(xiàn)在 Visual C++ 或者 Java 編程環(huán)境下的可視化編程。 由上述分析可以很明顯地看出 CATIA 提供的各種二次開(kāi)發(fā)方式的優(yōu)劣。目前開(kāi)發(fā)的主要有南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)，另外航空系統(tǒng)的許多單位，如成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所等也十分關(guān)注基于 CAA 的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。南京航空航天大學(xué)在基于 CATIA 環(huán)境運(yùn)用 CATIA二次開(kāi)發(fā)平臺(tái) CAA 和 C++及 VB 語(yǔ)言，對(duì)虛擬裝配環(huán)境、虛擬裝配路徑規(guī)劃、虛擬裝配信息模型等進(jìn)行了研究與開(kāi)發(fā)。而 CATIA V5 則是綜合了眾家之所長(zhǎng)，功能之強(qiáng)大已被人們所接受，它的應(yīng)用已迅速?gòu)能娛鹿I(yè)向民用工業(yè)擴(kuò)展，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用向日用家電、輕 工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中普及。 基于宏的 CATIA 二次開(kāi)發(fā) 大多數(shù) CAD/CAM 軟件都支持宏操作，可以對(duì)生成的宏文件添加、修改、判斷、循環(huán)、選擇等條件，再重新運(yùn)行，這便是一個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。 CATIA 具有宏的錄制功能，即在啟動(dòng)宏錄制命令后的所有操作都將用腳本語(yǔ)言來(lái)記錄，并生成腳本文件。 VBScript， Visual Basic 的腳本語(yǔ)言，用于 Windows NT 系統(tǒng)； CATScript 語(yǔ)言 使用 CATScript 語(yǔ)言生成的宏記錄文件為 *.CATScript 格式。 MS VBScript 語(yǔ)言 VBScript 是一種腳本語(yǔ)言，與 Basic 語(yǔ)言有密切聯(lián)系。 CATIA 等的 CAD 軟件使用了 VBScript 語(yǔ)言來(lái)記錄宏。 (3)運(yùn)行修改后的宏對(duì)于熟練的開(kāi)發(fā)者可以省略第一個(gè)步驟，直接新建*.CATScript 文件并應(yīng)用 VBScript 語(yǔ)言結(jié)合 CAA Automation API 完成。如 果是外部文件，則選擇“宏庫(kù)”按鈕，選擇宏所在的文件目錄，然后即可運(yùn)行，同樣宏結(jié)構(gòu)也顯示于窗口內(nèi)。對(duì)客戶(hù)而言， CAA 可以進(jìn)行創(chuàng)建菜單、圖表和設(shè)計(jì)對(duì)話(huà)框，調(diào)用庫(kù)瀏覽器等二次開(kāi)發(fā)工作，而且用戶(hù)開(kāi)發(fā)的功能和原系統(tǒng)的結(jié)合非常緊密，一般無(wú)法把客戶(hù)研發(fā)的功能從原系統(tǒng)中區(qū)分出來(lái)，非常有利于用戶(hù)的使用和系統(tǒng)功能與 CATIA 的集成。 V5 體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析 CATIA V5 采用了多種支持組件技術(shù)的軟件技術(shù)如： JAVA、 COM/DCOM、CORBA 等，內(nèi)部模塊全部采用 CNEXT(CATIA 內(nèi)部使用的一種 C++語(yǔ)言 )實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)單一，提供了多種開(kāi)發(fā)接口，支持 C++/JAVA、 AutomationAPI，支持各種開(kāi)發(fā)工具： CAAC++， JAVA， VB，腳本語(yǔ)言。根據(jù)工廠模式實(shí)現(xiàn)的類(lèi)可以根據(jù)提供的數(shù)據(jù)生成一組類(lèi)中某一個(gè)類(lèi)的實(shí)例，通常這一組類(lèi)有一個(gè)公共的抽象父類(lèi)，并且實(shí)現(xiàn)了相同的方法，但是這些方法針對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行了不同的操作。分析掌握 CATIA V5 的組件體系結(jié)構(gòu)對(duì)基于 CAA 的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有重要的意義。 CAA的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)提供的快速應(yīng)用研發(fā) 環(huán)境 RADE和不同的 API 接口程序來(lái)完成的。同時(shí) CAA 利用了組件對(duì)象技術(shù) (Component Object Model， COM)，通過(guò)COM 調(diào)用 CATIA 最底層的 API，這給對(duì) CAA 的 學(xué)習(xí)掌握帶來(lái)了困難，對(duì)于更深層次的研討使用也帶來(lái)了極大的障礙。 表 兩種開(kāi)發(fā)方式各自具有本身的特點(diǎn)，是兩種層次上的開(kāi)發(fā)方式，在對(duì)兩種方法了解后，根據(jù)開(kāi)發(fā)的要求和難度來(lái)選擇開(kāi)發(fā)的方式。 2． 快捷 ， 對(duì)象 (Object)中的數(shù)據(jù)都保存在屬性中，我們可以通過(guò)改變控件的屬性控制其在程序中的作用。 這里我們用的是 Microsoft Visual Basic 中文企業(yè)版進(jìn)行 VB 程序的具體編寫(xiě)和調(diào)試，最終生成一個(gè)典型的可控界面 。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 宏錄制 如果之前沒(méi)有使用過(guò)宏的功能， CATIA 會(huì)提供一個(gè)默認(rèn)的宏庫(kù)。 圖 建立 Part 4． 在模型中選擇 XY 平面，單擊工具條中的 圖標(biāo)進(jìn) 入草圖繪制。 7． 選擇 功能，為剛剛完成的草圖創(chuàng)建一個(gè)拉伸特征。 修改宏 可以對(duì)錄制的宏進(jìn)行修改以適應(yīng)實(shí)際的需要。 圖 宏編輯 腳本改為能創(chuàng)建并排的 5 個(gè)圓環(huán)。該腳本將新建一個(gè)零件文檔，在其中創(chuàng)建有 5 個(gè)圓環(huán)體的拉伸特征，如圖 所示。 圖 建立 Form1 3．在 VB 中建立了一個(gè)新建工程后，我們需要引用 CATIA 類(lèi)。 2．在窗體上添加一個(gè)標(biāo)簽和一個(gè)文本 框，將它們的“名稱(chēng)”屬性分別改為 lb1Count和 txtCount。 4．在窗體上添加兩個(gè)命令按鈕，將第一個(gè)按鈕的“名稱(chēng)”屬性改為“ cmdCreate”，Caption 屬性改為“創(chuàng)建”， 將第二個(gè)按鈕的“名稱(chēng)”屬性改為“ cmdExit”， Caption屬性改為“退出”。 圖 輸入 代碼 6．打開(kāi)“工程設(shè)計(jì)”窗口，依次選擇“文件 ? 生成工程 ” ,選擇路徑，即可保存此程序的操作界面。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 8．選擇“創(chuàng)建”按鈕，即打開(kāi) CATIA，創(chuàng)建圓環(huán)體，運(yùn)行結(jié)果如圖 所示。 圖 導(dǎo)入零件 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 導(dǎo)入零件 （ 2）回到 DMU Kinematics Workbench 后，點(diǎn)擊 鍵，對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊 New Mechanism， 選擇固定的零件， 如圖 所示。 圖 成功 3． 運(yùn)動(dòng)仿真 （ 1） 點(diǎn)擊 鍵后出現(xiàn) Kinematics Simulation 對(duì)話(huà)框，用 Command bar 來(lái)確認(rèn)機(jī)構(gòu)移動(dòng) ，如圖 所示。此功能可以將操作的整個(gè)過(guò)程錄制下來(lái)。 圖 視頻錄制器 2． 單擊 命令會(huì)出現(xiàn)如下對(duì)話(huà)框 ， 如圖 所示。視頻將按照設(shè)定的 保存在相關(guān)目錄下。如果全部建立精確數(shù)模，工作量過(guò)大，也沒(méi)有必要。 圖 操作界面 2．按下載入“啟動(dòng) CATIA”按鈕，啟動(dòng) CATIA，運(yùn)行結(jié)果如圖 所示。 圖 骨架定位 6．按下“載入蒙皮”按鈕，蒙皮載入后，運(yùn)行結(jié)果如圖 所示。 圖 載入制孔設(shè)備 基于 CATIA 二次開(kāi)發(fā)制孔設(shè)備運(yùn)動(dòng)仿真 制孔設(shè)備 為 3 自由度的數(shù)控設(shè)備，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。 1．按下 。 圖 縱向運(yùn)動(dòng)仿真 4．在機(jī)制 3 下的命令 1 是進(jìn)行制孔設(shè)備的制孔運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行制孔運(yùn)動(dòng)如圖如圖 所示。虛擬制造是一種新的制造技術(shù)，它以信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持。計(jì)算機(jī)還可以重復(fù)仿真，優(yōu)化實(shí)施方案。通過(guò) CATIA 錄制宏，在宏的基礎(chǔ)上對(duì)它進(jìn)行分析，并按照設(shè)計(jì)的需要在 Visual Basic 語(yǔ)言的界面修改調(diào)試宏中的程序，達(dá)到實(shí)現(xiàn)制孔設(shè)備的虛擬裝配和制孔運(yùn)動(dòng)仿真。據(jù)此，我用 VB 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編制了友好的操作界面，使用戶(hù)操作起來(lái)簡(jiǎn)單方便，用戶(hù)還可對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程進(jìn)行管理操作。今天，