基于CATIA二次开发下的车用弹簧建模设计毕业设计说明书.docx
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基于CATIA二次开发下的车用弹簧建模设计毕业设计说明书
南京理工大学紫金学院
毕业设计说明书（论文）
作者:
学号：
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专业:
题目:
基于CATIA二次开发的
车用弹簧建模设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
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指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
毕业设计说明书（论文）中文摘要
CATIA是目前国内外汽车企业使用最为广泛的CAD/CAE/CAM计算机辅助软件之一。
但是为满足各种不同标准、不同领域的设计要求，其软件功能有着很高的通用性，从而降低了在汽车设计中的专业性和使用效率。
为此需要利用CATIA为用户提供的二次开发接口和开放式的内部命令集合进行适合汽车设计标准和习惯的再开发。
零部件是汽车设计过程中用途最广泛的基本单元，其绘制也是设计人员重复劳动最多的环节，据统计，零部件的选用及绘制约占全部设计时间的70%。
在汽车市场竞争日益激烈的环境下，提高设计效率，减少重复劳动，以尽量短的时间、尽量低的成本向用户提供质量满意的产品已成为影响企业生存和发展的重要问题。
本文对二次开发下车用弹簧建模设计的理论基础、主要方法和CATIA开发实例作详细介绍。
完成的主要工作有：
1）介绍了CATIA软件的基本功能和利用VB、C++、JAVA等不同编程语言在CATIA二次开发中的的应用；利用CATIA二次开发建立专业化功能模块的基本理论和主要开发方式；
2）阐述了车用弹簧的设计和计算的详细过程；以及利用CATIA二次开发建立标准件库的两种重要方法和各自特点；
3）以CATIA二次开发创建完成的根据弹簧安装及受载时的负荷和变形的建模设计为例，详细介绍了基于CATIA二次开发下的车用弹簧建模设计的方法和具体步骤。
关键词CATIA二次开发弹簧建模
毕业设计说明书（论文）外文摘要
TitleSecondarydevelopmentofthecarbasedonCATIAmodeldesignwithaspring
Abstract
CATIAisoneoftheusemostwidespreadCAD/CAE/CAMcomputer-aidedsoftwareinthepresentdomesticandforeign.Butinordertosatisfiesdifferentkindofstandard、differentrequestofeachdomain,thefunctionthissoftwareneedsveryhighuniversity.Thusreducedthespecializationandtheuseefficiencyinthedesignofautomobile.Soitisnecessarytodosomeseconddevelopmentwiththeinterface,whichtheCATIAcarriesonfortheuser’sseconddevelopment,andtheopenstyleinternalcommandsettosuitsautomobiledesignstandardandthecustom.
Thepartistheusemostwidespreadbasicunitintheautomobiledesignprocess;itsdrawingalsoismostrepeatedlaborlinkofdesigner’sdesignwork.Accordingtothestatistics,theselectsthepartanddrawingtakethe70%timeofcompletelydesigns.Undertheintenseenvironmentoftheautomarketcompetition,enhancestheratedcapacitydaybyday,reducestherepetitionwork,andprovidesqualitysatisfactionproducttotheuserbyasfaraspossibleshorttime,andasfaraspossiblelowcostbecomestotheimportantquestionofinfluenceenterprisesurvivalandthedevelopment.
1）introducedthebasicfunctionofCATIAsoftwarebasicfunctionandthedifferentprogramminglanguageusesintheCATIAseconddevelopmentapplication,suchasVB,C++,JAVAandsoon;TheelementarytheoryandmaindevelopmentwayinusingtheseconddevelopmentofCATIAestablishmentsspecializationfunctionmodule;
2）Describesthedesignofautomotivespringsanddetailedprocessofcalculation;andtheuseofCATIAsecondarydevelopmentofastandardpartslibraryoftwoimportantmethodsandtheircharacteristics;
3）CATIAsecondarydevelopmenttocreateacompleteinstallationandunderspringloadbyloadanddeformationofthemodelingdesign,forexample,describedindetailundertheseconddevelopmentbasedonCATIAspringmodelcardesignmethodsandspecificsteps.
KeywordsCATIAseconddevelopmentSpringModeling
目次
1绪论………………………………………………………………………1
1.1CAD的二次开发……………………………………………………………………………1
1.2国内外标准件库现状…………………………………………………………………3
1.3课题的选题依据和主要研究任务………………………………………………5
2CATIA二次开发……………………………………………………………5
2.1CATIA二次开发的几种方式……………………………………………………6
2.2AutomationAPI二次开发………………………………………………………8
3软件介绍………………………………………………………………………11
3.1CATIA介绍………………………………………………………………………11
3.2VB介绍…………………………………………………………………………14
3.3CBA和VBA的区别………………………………………………………………16
4车用弹簧的设计与计算…………………………………………………………19
4.1几何参数设计……………………………………………………………………19
4.2特性曲线…………………………………………………………………………21
4.3圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧受载时的应力及变形………………………………23
4.4承受静载荷的圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计…………………………………25
4.5承受变载荷的圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计…………………………………28
5二次开发下的车用弹簧建模设计实例…………………………………31
5.1CATIA车用弹簧建模及宏的录制…………………………………31
5.2车用弹簧参数化设计……………………………………………………34
结论…………………………………………………………………………………39
致谢…………………………………………………………………………………40
参考文献………………………………………………………………………………41
1绪论
改革开放以来，我国汽车尤其是轿车工业有了突飞猛进的发展，汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业之一。
2006年我国汽车产量已超过300万两，从而超过日本成为继美国和德国之后的第三大汽车生产大国。
但我国整个机械制造业的生产方式还比较落后，加入WTO以后，与国际间的竞争更加激烈。
所以，改造我们的制造业，特别是将计算机熔入制造业，这已成为大势所趋。
国内CAD/CAE/CAM技术不断引入与发展，计算机在机械制造业的应用日益普及和深化。
目前，在我国汽车行业中应用CAD进行计算机辅助设计已经较为普遍，所使用的CAD软件种类也比较多，较大的提高了汽车设计及生产的效率。
一个企业的发展速度也越来越依赖于这种设计方法的运用程度。
法国达索系统公司的CATIA是一款集CAD/CAE/CAM一体化的软件，在世界CAD/CAE/CAM领域中处于领先地位，特别是在汽车设计领域更是占有主导优势，在国内的汽车企业中也被广泛应用[1]。
但随着信息技术的发展，世界市场的全球化、经济的区域化、经营的跨国化已日趋明显。
主要表现在产品生命周期缩短、用户需求多样化、大市场和大竞争、缩短交货期等已成为主要的竞争因素。
在市场竞争日益激烈的环境下，能否以尽量短的时间、尽量低的成本向用户提供质量满意的产品已成为影响企业生存和发展的重要问题。
传统基于二维的产品设计与制造要耗费大量时间。
不仅周期长，而且工作量大。
不能满足现代制造系统灵活、快速的要求，同时用户普遍感到没有标准件库，也没有提供建立标准件库的方法，给设计工作带来很多的不便，严重影响到设计效率。
为此在汽车设计过程中建立行业或公司的专业性“零件库”成为缩短产品设计开发周期、提高产品质量、降低产品成本的重要手段。
本论文正是利用CATIA的二次开发技术建立适应于企业需求的车用标准弹簧库。
从而为三维CAD设计环境建立了良好的基础。
1．1CAD的二次开发
1.1.1CAD二次开发的意义
CAD技术推动了几乎一切领域的设计和制造革命，其开发和应用水平已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。
我国一贯重视CAD技术的引进、推广和应用工作，但同时也非常重视CAD软件的自主开发。
目前，国内实际使用的CAD系统可分为两大类：
一类是国内主权版的CAD系统，另一类是国外商品化的CAD系统。
由于国外CAD系统发展早、技术先进、产品成熟、售后服务周到，仍占据着主要的市场份额。
国际和国内的知名的CAD/CAM软件如Pro/Engineer、UG、I-DEAS、CATIA、SolidWorks、以及华正CAXA系统等，都是商品化的通用平台。
这些通用软件需要考虑各行业、各地区用户的需要，而并非针对某一领域甚至某种产品的专用软件，因此用它来完成某一具体产品的设计时往往不是很方便。
因为不同企业有不同的产品，其设计方法、产品结构也不尽相同，即使是面向某一类对象的专用商品化CAD软件，也难以满足形形色色的具体需要，所以不可能从软件公司买到适合所有产品设计需要的软件。
因此，欲利用CAD技术取得积极效果，必须以通用CAD软件为基础，结合自身实际情况，进行不同程度的用户化、本地化开发，以建立应用绘图系统和数据库，形成具有自身特色的CAD系统，这也是CAD软件均提供二次开发手段的原因。
根据抽样调杳，国内已引进的CAD系统利用率高、效益好的单位大约只有20%。
而据统计，工程设计中绘图工作只占整个设计工作量的18%，设计者的大部分精力还要花在资料检索及设计思考上[2]。
如果能在引进的原始CAD系统基础上，根据本企业或行业的常规性产品或工程设计的实际需要，将设计手册、制造手册中的各种数据、典型的结构、计算方法与公式及产品标准、技术要求、外构件、原材料的样本、手册，本企业或行业产品的典型结构、经验数据、工装情况等方而的资料、数据、图形等与现有CAD系统有机地融合起来，使设计人员从繁重的重复劳动中解放出来，做到数据共享；甚至更一步，将本企业或行业多年来的设计经验总结出来，形成有特色的设计规范、设计方法、典型结构、标准、通用零部件、功能模块，并相应地在CAD系统内建立起数据库、图形库、方法库、知识库及其应用程序，从而真正发挥CAD系统的效用和优越性。
1.1.2国内外研究现状
目前，国内CAD技术的应用已逐步进入高级阶段，许多用户都针对本行业的特点对CAD进行二次开发，CAD二次开发技术几乎在各个行业中都有一应用实例，并已有一些商品化软件问世。
但各行业CAD二次开发技术的发展水平存在较大差距，机械、电子、建筑、航空航天等最早应用二次开发技术，其二次开发程度也最高。
开发出的CAD系统能够集计算、参数化绘图、数据管理为一体，并直接与计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工艺设计（CAPP）有机结合。
目前国内已开发成功一批符合工程需要的应用软件，逐渐形成了一批具有一较高素质的研究开发队伍。
另外各高校和相关研究机构也在CAD二次开发方面作了很多成功的工作，如：
在北京航空航天大学教授成传贤、李天的指导下，其硕士研究生进行了UG系统二次开发的研究，以实现飞机复杂型面在UG中的提取；华南理工大学赖朝安博士、北京航空航天大学张景赛博士都曾进行过Pro/E二次开发关键技术研究，运用Pro/E提供的二次开发工具Pro/TOOLKIT实现由程序动态地、自动地进行特征建模的功能，所建模型能由程序自动加入较为丰富的非几何特征，并存入模型统一的数据库、特征库中，该用户定义特征的方法适用于所有的模型的程序自动建模，对其它所有的产品模型有很大的借鉴意义，其研究并开发的Pro/E与MFC的接口，突破了Pro/TOOLKIT的局限，克服了在Pro/E上进行二次开发的技术难题；辽宁工学院的李卫民、刘淑芬以及淮安市广播电视大学的张莉分别探讨了“基于SolidWorks平台的二次开发技术”等[2]。
其他行业的CAD二次开发技术则相对落后，有的仅仅是一小部分工程技术人员的个人行为，还没有形成专门从事CAD二次开发的研究队伍。
虽然也出现了一些CAD应用软件，但大多数仅仅针对某一类型的产品或产品的一部份而开发的小型应用系统，解决的问题也比较有一限。
国外成功的CAD技术开发企业为了加快CAD技术开发步伐，都选择了高起点的CAD技术开发战略，即利用已有的技术成果，在此基础上二次开发自己的CAD技术，而不是将人力物力浪费在低水平的重复开发上，这样既可以提高效率，又能保证自己的产品具有一较高的技术含量和水平。
1．2国内外标准件库现状
对机械产品的零部件分析表明，标准零部件的数量约占到60%左右，30%左右的零部件是通过变型设计得到的通用件，而根据客户特殊需求开发的零部件只有10%左右。
标准零部件不仅数量多，且在设计过程中需要频繁查阅各种设计手册。
据统计，标准零部件的选用及绘制约占全部设计时间的70%[3]。
所以，在产品设计中，标准零部件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的工作，这显然与日趋激烈的市场竞争环境不相适应。
因此，很有必要开发各种通用和专用的标准件库来取代这一繁琐、复杂的劳动。
正是由于标准件库的创建具有巨大商机和经济效益，因此针对不同的CAD平台开发出适合用户和企业要求的标准件库，十分有必要。
目前，己经有许多企业和科研机构正在做这方面的工作。
下面是关于国内外的标准件库的开发现状。
国产CAD软件金银花MDA2000V2集成的标准件库主要分为标准件、非标准件、通用件、自定义件四大类，其中标准件又分为国家标准件和国家军用标准件[4]。
在国家标准件中收录了大量的标准件，分为螺栓、螺钉、螺母垫片、铆钉、轴承、档圈等几类。
自定义零件库可以将用户自己设计的一些常用零件收编成库，如厂标零件、系列件等，以补充标准件的不足，便于重复使用。
CSPLIB机械CAD标准件库是一个运行于AutoCAD之上的机械标准件库，是一套全新的CAD产品目录零件管理信息系统，其数据描述符合GB10091－事物特性表和GB/T15049.1－CAD标准件图形文件编制总则。
CAD标准件图形文件编制总则规定以ASCII形式作为描述零件特性的文件格式。
CSPLIB完全遵循上述标准而设计，可显示标准件几何视图变形，进行快速检索，并将图形插入到CAD系统[4]。
白玉兰CAD系统（BYLcadS.1，含二、三维标准件库及建库工具）。
二、三维标准件库及建库工具是一个基于ISO-13584国际标准、可与多种CAD系统共享、集成的标准零部件的通用建库工具和库管理系统[4]。
由陕西金叶西工大软件股份有限公司开发的二维/三维标准件库及其建库工具是一套功能强大的、基于网络版的二、三维标准件CAD软件[4]。
它覆盖了国标、航标等标准，基于网络运行保证了二维数据统一性，完整性，具有方便的扩充功能，它具有以下特点:
高度的灵活性、方便性；全中文，基于世界上先进的CAD产品MDT。
具有扩充功能:
提供了自定义标准件功能；可以添加国标和航标中没有的标准件。
Autodesk公司的MDT带有总共120万个各种标准工具库，是世界上目前为止最全的机械工具标准集。
因为有的用户已经长期使用UG,CATIA等高端软件，除了自行二次开发适合的机械工具库外，也可以通过STEP技术作为接口，将MDT6.0的工具集从它的环境中生成*.STP格式文件，从而被UG,CATIA等软件接受，生成完整的线框模型，因而可以作为投影视图的几何图形而被使用[4]。
UG、Pro/E、Ideas、CATIA是国外著名的高端CAD软件系统，功能十分强大，也都带有自己的标准件库系统，但都没有很好地实现标准件库的动态扩充，尚存在这样或那样的问题，有关CAD软件标准件库系统详见表1－1[5]。
针对不同行业要求而建立的不同种类的标准件库，确实给企业带来了高效率，缩短了设计、生产和制造的周期；但是，绝大多数的标准件库不可能覆盖用户和企业所需要的所有标准件，因此在特定的情况下，用户和企业不仅能够自己来实现标准件的动态添加和调用，而且能够保证离线编辑，才能体现出标准件库的灵活性和可扩充性。
MDT
UG
CATIA
PRO_E
能否动态添加零件
否
能
能
能
动态扩充工具
－
Spreadsheet
CataLog
FamilyTable
能否离线编辑
－
否
否
否
能否动态添加组合件
－
否
否
否
表1－1CAD软件标准件库
1．3课题的选题依据和主要的研究任务
1.3.1选题依据
由上文可知计算机辅助设计和制造在制造业，特别是汽车制造业的重要作用，而在使用CAD软件绘图设计的过程中如何减少重复劳动又是提高设计和制造效率的重要问题。
在CATIA软件环境使用高级编程语言对汽车零部件建模的下进行二次开发或使用知识工程相关方法进行开发设计。
使企业通过重用产品设计知识，将设计经验融入到软件中，能够缩短开发周期，从而提高其市场竞争力有着非常重要的现实意义。
因此选择基于CATIA二次开发的车用弹簧建模设计作为本文的研究选题。
1.3.2研究任务
1、掌握车用弹簧设计计算及工作原理；
2、掌握机械弹簧二维及三维参数化建模的方法；
3、熟练使用VB语言对CATIA软件对零件实体设计的语言描述；
4、使用CATIA编程实现弹簧的实体建模和零件库的程序编写；
5、使用CATIA编程实现零件三维转换工程图控件的程序编写。
2CATIA二次开发
CATIA是一个通用的计算机辅助设计软件系统，在某个专业的特定应用时，可能显得繁琐。
如果能在CATIA软件通用系统基础上，针对行业标准规范和具体应用需求，进行二次开发，并融合公司的经验、标准将会显著提高CATIA软件的使用效率和工程设计人员的CATIA系统应用水平，实现产品数字化设计的一致性和规范性。
最初CATIAV5提供Macro工具来做二次开发。
R7及以前版本只支持用脚本语言（CATIAScript和ⅦScript）作为其开发语言，这些语言的最大缺陷是难以定制丰富的交互界面。
从R8开始，CATIAV5融合了VBA编辑器。
正式提供对VBA的支持，使得二次开发变得有意义。
之后推出的CAA（ComponentApplicationArchitecture，组件应用架构）是DassaultSystemes产品扩展和客户进行二次开发的又一强有力的工具。
其实二次开发的底层运行实质是调用CATIAV5API。
随着CATIA软件应用领域的日益普及和深入，用户对软件功能和性能的要求不断提高，以及增加了对软件个性化服务要求。
CATIAV5开放了大部分接口，公开的类有474个，几千个函数[5]，这些函数是对CATIAV5进行二次开发的核心，提供了很好的二次开发平台。
2．1CATIA二次开发的几种方式
作为一种大型工程应用软件，CATIAV5先后具备了以下5个开放性能[1]，从而使其用户能够方便地对CATIA进行定制开发:
（1）标准格式的输入输出：
用于跨CAD平台、跨PDM、标准格式的输入输出，以便进行数据格式的转化。
（2）AutomationAPI使用自动化应用接口的宏：
用于自动化（Automation）组件，日志（Journaling），VisualBasic和JavaScript/Html的开发，这是一种交互方式的定制。
该定制方式允许用户获取CATIA的数据模型。
通过提供交互的方式，让用户记录操作过程，通过VBScriptorJavaScript来录制宏，从而自动生成代码。
AutomationAPI具备了与任何OLE所兼容的平台进行通讯的能力。
（3）KnowledgeWare智能构件：
一种反应式的，基于规则的，面向目标的客户化方式。
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