基于CATIA的铁道车辆车轴参数化设计方法研究

第6期(总第205期）

2017年12月

机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING

&

AUTOMATION

No . 6

Dec .

文章编号：1672-6413(2017)06-0089-02

基于CATTIA 的铁道车辆车轴参数化设计方法研究

杨昊亚

(西南交通大学机械工程学院，四

川成都

610031)

摘要：为了满足铁道车辆车轴快速设计的需求，研究了基于C.A TIA V 5平台的二次开发技术，分析对比了 不同二次开发方式的优缺点。针对铁道车辆车轴的技术特点，采用变结构体参数化设计方法，改善传统参数 化设计方法产品外形结构固定的弊端，建立了铁道车辆车轴模板库，开发了铁道车辆车轴参数化设计插件系 统，能够实现不同外形拓扑结构车轴的参数化建模，实现铁道车辆车轴的高效快速设计。关键词：铁道车辆；车轴；C.A T IA V 5;参数化设计 中图分类号：U260. 331+. 1 :

IT391. 7 文献标识码：A

〇引言

随着计算机技术的迅速发展，在激烈的行业竞争 中，许多新的设计理念与设计方法应运而生，尤其是以 CAD 、C AE 、C A M 为核心的先进技术已经成为当前机 械制造行业快速发展的重要保证[1]。在机车车辆领 域，基于三维C .A D 平台的参数化设计技术越来越引 起工程技术人员的重视，开发适用于机车车辆关键零 部件的参数化设计软件有利于实现快速设计，提高设 计效率。C'ATIA ( Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application )是由 IBM 与法国达索（Das - saultSystems )公司于1975年开始研发的一整套完整 3D C .AD /C .A M /C .A E 软件，广泛应用于航空航天、汽 车、船舶以及电子工业，其集成化的解决方案基本覆盖 了所有的产品设计和制造领域，能很好地满足工业领 域中各类企业的数字化设计需求。同时X A T I A 作为 一

款使用率较高、功能强大的C .A D 软件，为用户提供 了二次开发接口和开放式的内部命令集合，用户根据 这些接口以及内部命令函数结合本行业的应用需求就 可以开发出适用于本行业的二次开发应用程序插件， 提高设计效率[2]。本文研究探讨了 C .A T I A 二次开发 技术的基本原理，开发出了铁道车辆车轴参数化设计 插件，不仅可以实现车轴的快速参数化建模，还可以对 车轴模板库进行扩充和修改，针对任意拓扑结构的车 轴均可进行参数化设计。

1

CATIA 二次开发基本原理

C .A T IA 二次开发方式主要有两种，一种是基于

V 5 Autom ation 接口的自动化对象编程技术，另一种 为开放的基于构件的应用编程接口 C A A 技术[3]。两 种开发方式各有其优缺点，C A T IA A utom ation 技术 和C.ATIA C .A A 技术均是基于面向对象方法进行的

二次开发，能够进行大型复杂系统的开发。在开发深

度上X A A 较C A T IA A utom ation 优势更加明显，基 于组件对象模型的编程方法，能够对C .A T I A 进行更 深层次的开发，同时C A A 所开发出的界面与C.ATIA 原有界面更加贴合，方便用户使用。

C .A A 具有强大的交互、集成和用户自定义特征的 功能，能够实现对C A T IA 软件深层次的开发。C.AA 的实现是通过C A T IA 提供的A P I 接口和快速应用开 发环境(RADE )完成的。R A

D

E 是一个可视化的集成 开发环境，它为用户提供了完整的编程工具组，它以 VC ++为载体，并且在VC + +开发环境中增加了 CAA 的开发工具。C.AA A P I 则为用户提供了各种可以针 对对象进行操作的接口、方法和工具[4]。

C .A A 由一系列模块组成，在C .A A 架构的支撑 下，C.AA V 5组件应用架构系统通过堆积木的形式建 立起来，如图1所示。C .A A 采用了 C O M 技术和OLE 技术，C O M 技术作为一种软件架构具备了较好的独 立性以及可扩展性，能够使C A T IA 二次开发程序设 计更加标准化，并且使程序代码更加简洁易懂。

图

1 C A A 架构

2基于变结构体的参数化设计方法

参数化设计技术是指利用约束构造产品的几何轮

收稿日期：2017-03-27;修订日期：2017-09-12

作者简介：杨昊亚（1990-)，男，山东枣庄人，在读硕士研究生，主要研究方向：机车车辆设计及理论

。

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机械工程与自动化2017年第6期

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(2) 利用图3界面中的按钮“模板选择完成插入

板”，可以实现模板从左到右的组合，通过约束端点位置 关系使选择的模板融合到一起，同时在C A T IA 界面中 可以同步观察模板的插入状态，便于用户及时修改。

(3) 用户在插入模板的过程中，可以通过图4面修改所插入模板的尺寸参数值，并且对尺寸参数进 行校核，判断是否满足标准或者发生非法拓扑变异。 点击图4界面中的按钮“尺寸驱动”，在C A T IA 图形 区就可以更新尺寸，实现车轴的尺寸设计。

图

3调取车轴模板库界面

图

4车轴尺寸参数设计界面

(4)在系统主界面中点击“旋转生成车轴”，系统 弹出提示框，如图5所示。选择所设计车轴是实心或 者空心，如果为空心车轴设计，在输入框中输入车轴的 空心直径，然后点击“旋转形成车轴”即可得到车轴实

体模型，如图6所示。旋转车轴界面

图6车轴实体模型4图5结论

本文在C.ATIA V

5平台上采用了组件应用框架 (C .AA

)二次开发方法，基于变结构体参数化设计方法

开发出了铁道车辆车轴参数化设计插件，该插件系统 根据铁道车辆车轴的结构特点，创建了 一系列车轴模 板库，用户可以根据自身需要提取模板库中的模板，并 提取模板中的参数，还可以进行修改并进行尺寸驱动 更新模板，组合旋转形成车轴实体模型。该方法有效 地解决了传统参数化设计外形拓扑结构不可修改的缺 点，用户可以随意进行模板库的扩充以及修改。参考文献：

[1]李芾，安琪.国外高速动车组的发展[J

].电力机车与城轨

车辆，2007,30(5) :1-5.

周桂生，陆文龙.C A T IA 二次开发技术研究与应用[J]. 机械设计与制造，2010(1): 81-83.刘滕，

郝博，魏礼勇.基于C A A 的C A T IA 可视化技术二 次开发[J ].成组技术与生产现代化，2015,32(1): 19-22. 周仙娥，鲁墨武，赵海星.基于C A A 的C A T IA 二次开发 的研究[J ].科技信息，2008(36): 73-74.孙志礼.机械产品参数化设计技术[M

].北京：

国防工业 出版社，2014.

刘广，米彩盈.基于A F V 技术的变结构体参数化设计方 法研究[J ].图学学报，2014,35(5): 736-740.

(英文摘要转第92页)[2][3][4][5][6]廓，通过设计尺寸变量完成尺寸驱动从而完成设计，旨在 重用已有设计信息快速重构产品来提高设计效率，支持 企业参数化库的建立，以方便当前设计的后续利用[5]。

传统的参数化设计方法有尺寸驱动法、程序驱动 法和模块化参数化设计等。与传统参数化设计方法相 比，变结构体参数化设计能够适应零件结构变化，不依 赖于具体的模板，将具有同一功能但是结构类型不同 的零件通过将其分成不同的类型，建立每一种类型的 参数化设计样板，然后针对每一种类型的参数化设计 样板分别进行参数化设计[6]。变结构体参数化设计并 不区分零件的公有部分与私有部分，而将零件所有部 位的设计都视为可变的，通过添加或者删除模板库里 的模板，可以实现模板库的扩展以及修改，大大提高了 设计的灵活性。

变结构体参数化设计大体可分为功能抽象、组合、 尺寸驱动3个步骤，其技术过程如图2所示。

(1) 功能抽象：根据零件的外形以及功能提取零 件的基本结构，将基本结构以草图的形式表达，形成模 板库。对于同一种系列但是型号不同的零件，其结构 存在相似性，因此无需将只存在细微差异的零件单独 进行保存，否则可能会导致模板数据库规模较大，而按 照功能或者外形进行提取，相类似的模板不必单独添 加，提高了读取模板数据库的效率。

(2) 组合：在功能抽象模块中建立的模板数据库

基础之上，用户根据自己的设计需要添加模板到图形

中，组合成抽象结构，完成零件的外形结构设计。

(3) 尺寸驱动：用户根据插入的模板，提取模板参 数，并根据设计的实际需要修改参数值，尺寸驱动完成

零件的细节设计。

3铁道车辆车轴参数化设计插件实例

3.1 插件设计思路

车轴作为铁道车辆的关键零部件之一，其结构强

度在国内外标准中均给出了具体明确的要求。然而，在

设计方案明确之前，需要进行大量重复的设计。为了提

高设计效率，在CATIA V

5平台上开发了适用于铁道车

辆车轴设计的插件，可大幅度提高车轴的设计效率。

根据前面内容的叙述，铁道车辆车轴参数化C.AD

系统基于C A T IA V 5 C A A 二次开发基本原理，并将 变结构体参数化设计方法运用到插件系统的开发中， 能够开发出拓扑结构可变的车轴，实现变结构体参数 化设计。

3.2 插件工作过程

(1)用户根据铁道车辆车轴的典型结构特征，提

取其中的公共典型的结构存储于车轴模板数据库中，

便于设计时调用并且观察模板库中的文件，调用模板 库的界面如图3所示，图形列表区域通过读取模板库

文件夹中的文件自动显示模板的外形结构，便于用户 观察模板信息文件，提高设计效率。

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