方慧敏 赵 钢

（安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000）

基于CAA轴系零件三维系统平台开发与研究

方慧敏 赵 钢

（安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 241000）

企业在利用三维设计软件CATIA进行设计开发时，经常遇到同一产品反复更新的问题，为了提高设计效率，文章以轴系零件为对象，以VC++为开发平台，通过嵌入CATIA的组件开发环境CAA RADE及其CAA API，实现了对CATIA V5R18的二次开发，建立了轴系零件系统开发平台，并以某典型零件为例介绍了系统运行方法。测试结果表明，此系统能实现快速设计，可提高工程师设计效率，为CATIA软件后续更深层次的开发提供经验借鉴。

CAA；API；数据库；二次开发

引言

在各类机械零件中，轴系零件占有相当大的比重。轴系零件如蜗轮蜗杆、齿轮、轴承等设计精度和制造质量，对机器的使用性能和使用寿命有着极其重要的影响。因此，提升轴系列等典型零件的设计质量与效率，此举已成为提升产品设计质量与效率的关键因素[1]。

当前，在传统设计观念中，人们的经验知识发挥着举足轻重的作用，轴系零件的设计基本上由手工完成，并且对同一类型不同规格的零件设计存在大量的重复工作。本文主要利用CAA（Component Application Architecture）组件应用架构及VC++，创建了轴系零件三维参数化、可视化设计系统，初步建立了轴系零件参、系数数据库，实现了设计变量值的自动生成及零件CAD数据的三维建模，以及三维模型的参数化生成。其中轴系零件设计、数据库与蜗杆传动设计模块是整个系统的主要功能模块[2]。

1 系统设计与分析

1.1 本系统结构采用C/S结构，即客户端/服务器方式，该方式的主要表现形式是由系统管理人员及用户，通过在客户端对服务器端的数据库相关内容进行操作，结果在用户客户端显示。本文采用的数据库是微软基础的MS ACCESS数据库，制作起来非常简单；并采用ADO技术对数据库进行访问，其特点是访问数据库具有输出内存少、响应速度快和缓存占用小等优点[3]。部分创建的表如下：

表1 第一系列齿轮模数

表2 齿形系数

1.2 三维造型软件CATIA本身就带有参数化特征造型功能，因此基于CATIA基础上的本系统，经开发后可直接利用CATIA的设计造型功能，实现结构的参数化；

1.3 本系统利用VC++、CAA RADE及CAA API等接口程序，设计定义了参数化、可视化集成模块，达到以下方面功能：

1）实现轴系典型零件CAD数据建模的参数化、系列化及标准化；

2）探索轴系典型零件三维模型设计的智能化功能；

3）通过流程自动化与人机交互相结合的方式，提升企业内部常用、复杂件的优化设计效率。

1.4 系统体系结构，为了开发出满足上述要求的轴系零件三维参数化、可视化系统，本课题研究结合 《机械设计手册》，应用计算机软件技术，将专家系统与三维参数化、可视化系统集成，建立了系统的不同类型的知识库，并开发满足使用要求的应用程序界面和计算程序。建立良好的人机交互界面，可达到较好的设计效果，使产品设计效率大大提高[4]。其系统结构如图1所示，共分三层：界面层、处理层、数据层。

轴系零件三维参数化、可视化协同交互设计平台，主要包括数据库管理、自动化流程建模两大子模块，其中流程化自动建模子模块，是创建轴系常用零件，主要包含齿轮、蜗杆蜗轮、轴承等不同的子模块。自动化流程创建轴系典型零件所涉及的标准规则、知识、经验等存放于数据库中，此数据库为平台共享资源，协同设计的人员也可通过网络协议同时访问。

底层知识数据库管理子系统，用于对企业内部设计的知识进行分类管理，并实现对积累知识的存储和分享操作，并向内部设计师提供查询知识的界面。自动化流程建模平台在数据库的支撑下，通过平台设定的内部运行机制，以实现轴系常用零件CAD数据的自动化创建功能。

2 CAA功能原理分析

CATIA是一款功能强大的三维设计软件，其提供了多种开放性接口，以二次开发应用范围划分，主要接口有以下几种：标准格式导入/导出、宏命令模式、知识工程、用户自定义特征（Catalog）、组件应用架构（CAA）。CAA是通过采用面向对象的程序语言，其开发过程可视为对其组件对象的组合与应用扩展[5]。

下图1中，轴系零件三维参数化、可视化系统构架分为界面层、处理层、数据层，通过CAA二次开发、底层数据库支撑及业务流程规则定义，实现系统的有效运行。

3 创建工程

用CAA VC++的二次开发模式，是通过建立CATIA软件内部应用程序。主要是通过新建独立的工作台(CATIA中称之为Workbench)，并在其平台下面添加客制化菜单项，并添加自定义工具条以及对应的图标按钮，加载CATIA V5软件独有风格对话框，并添加对用户界面某项功能的响应函数，建立命令（Command），以实现调用对话框及其相关功能，并通过输入具体某项参数值直接用已编写的代码生成定义的三维模型，并实现在CATIA V5软件当前窗口中显示，进行相关分析操作等。

图1 系统结构图

快速应用研发环境（其简称为RADE）是一个集成的可视化开发环境，它能够提供一套完整的编程工具组件，RADE是以VC++为基础，并且其开发工具都集成在VC++环境中，并提供一个CAA框架程序编译器，但这样的设置，同时也限制了VC++的部分功能拓展。

综上所述，CATIA V5 CAA及关联工具是目前所有高端三维辅助设计软件开发环境中功能最强大、同时也是最复杂的。

3.1 创建自定义的工作台（Workbench）

CATIA V5会将包含某一类型一系列交互命令的工具条分组显示在不同应用的工作台中，此项举措有利于某一相似类别工具的查找与调用。通过自定义的工作台可以将为企业自身二次开发定制的一系列需求以命令的形式集中显示在某一个工作台上，对后期的应用操作提供了便利。如下图2所示工作台的创建，一般需要以下若干步骤：

1）应用工作台接口的创建；2）应用工作台的创建；3）对应用工作台描述类的创建；4）响应命令标题的创建；5）对工作台图标按钮调序及响应创建；6）添加图标命令图片及其他资源；7）将自定义图标添加至入口菜单下；8）自定义工作台显示界面的创建。

3.2 添加企业自定义工具条及命令按钮

开始时，需创建自定义按钮的描述类CAAAfrGeoCreationWkb（注意中英文界面切换的需求），此类是派生于 CAT BaseUnknown类，CATBaseUnknown类是用来创建用户自定义的界面，并实现该定义界面的基类，所有的接口都是从IUnknown/CATBaseUnknown继承下来的，并且这个类中建立了两个函数，分别是： CATCmd-Workbench*的CreateWorkbench（）函数与无返回值类型的CreateCommands（），前一个函数是用来实现按顺序插入自定义的菜单、按钮图标以及工具条，后一个函数是实现对插入自定义的按钮以及菜单与响应函数的关联关系。

自定义时，宏 NewAccess（className，variableName，objectName）在CreateWorkbench()函数中被用到，CATIA的工作台 (Workbench)或工作场合(Workshop)均可以被看作是一个入口的集合包，NewAccess宏的应用就能自定义创建一个这样的入口。

3.3 添加自定义的菜单

自定义的过程中，客制化菜单的添加方式与添加按钮相类似，在CreateWorkbench（）函数中，在宏中的参数设置与添加按钮是不同的。

3.4 创建自定义菜单以及按钮的响应类

已自定义好的工作台空框架内可创建三种类型的响应类(Command)，均由CATCommand派生。Basic command是建立一个空的响应类，并在Activate(CATCommand*iFromClient,CATNotification*iEvtDat)中添加对应函数的响应。

图2 应用工作台工具条图标

4 运行实例

轴系零件系统开发平台功能模块运行方式，如下图3所示。

图3 平台运行模式

具体可以齿轮设计过程为例说明本文设计的开发平台运行方式，步骤如下：

启动运行CATIA V5R18软件，进入到新开发的模块“轴系零件系统开发平台”，点击“轴系零件系统开发平台”环境下的“蜗轮蜗杆设计”图标，弹出蜗轮蜗杆设计主界面，如图4所示为蜗轮蜗杆设计主界面。输入相应参数后，会生成最终蜗轮蜗杆参数结果，如图5所示，点击确定后会生成蜗轮蜗杆模型，如图6所示。如果对生成的零部件模型进行修改，只需点击图5主界面上的“参数更新”命令，通过交互操作即可实现。

图4 蜗轮蜗杆设计主界面

图5 蜗轮蜗杆参数结果

图6 生成蜗轮蜗杆模型

5 结论

CAD软件应用于产品设计开发，从“纯手工绘制——个人模板技术——通用模板技术——自定义——流程自动化智能设计”，本文正是基于流程智能化设计，通过该轴系典型零件系统开发平台，可以快速高效低成本进行轴系零件设计开发工作，缩短设计周期，提高产品成熟度，通过规范与系统集成，设计与审查工具集成确保了设计质量。能够使设计师将更多的时间和精力集中到结构设计和经验总结上来积累更多的设计经验，避免了人为的错误。

本文通过使用CAA开发组件对CATIA V5软件进行企业内部二次开发定制，将大大缩短专用系统零件的开发周期及成本，但是，由于该系统软件应用本身的复杂性和CAA所涉及的底层内容，再加上CATIA软件自身结构的层次严谨，所以利用CAA组件对CATIA V5软件进行二次开发与其他三维CAD软件相比，也具有更大的复杂性和挑战难度，但同时也可以实现CATIA软件更强大的功能，这就有待进一步发掘研究。

[1]KAO Y C，CHENG H Y，SHE C H.Development of an integrated CAD/CAE/CAM system on taper-tipped thread-rolling dieplates[J].Journal of Materials Processing Technology，2006，（1-3）:98-103.

[2]GEOFFREY S P.A 2-D manikin the inside story[J].SAE Automotive Congress Detroit,2001，（1）:72-76.

[3]MAVROGENIS A.CAD to FEM interface towards pattern recongnition and automatic simplification of forms[C].Proc.Int.Conf.STRUCOME,Paris,1991:371-382.

[4]蔡磊，罗良清，李志明.阿基米德蜗杆实体零件建模研究[J].湖北工业大学学报，2006，（3）：152-156.

[5]周志宏，曾华.应用CAD软件对蜗轮蜗杆螺杆三维造型的技巧[J].江汉石油学院学报，2003，（6）：136-137.

TEH RESEARCH AND DEVELOPMENT OF 3D SYSTEM PLATFORM OF SHAFTING PARTS BASED ON CAA

FANG Hui-min ZHAO Gang
（Anhui Technical College of Mechanical&Electrical Engineering,Wuhu Anhui 241000）

There is a lot of repeated upgrade of the same product when enterprises are using the 3D software CATIA to design and develop.In order to improve the efficiency,taking the shaft parts as the research object,the VC++as the development platform,the embedded component development environment of CATIA CAA RADE and CAA API as the basis,this paper realizes the secondary development of CATIA V5R18,builds a shaft parts system development platform,and introduces the method of system operation by taking the typical parts as examples.The test results show that the system could realize the rapid design and enhance the design efficiency,and provide reference for the further deeper development of CATIA.

CAA；API；Data base；Secondary development

TH122

A

1672－2868（2016）06－0086－05

责任编辑：杨松水 校对：袁宗文

2016－10－17

安徽省高等学校自然科学研究重点项目（项目编号：KJ2015A383）

方慧敏（1982-），女，安徽安庆人。安徽机电职业技术学院数控工程系，讲师。研究方向：机械设计、先进制造技术。