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1、轮胎3 D 花纹设计方法及自动设计系统的开发与研究R e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n to n3 D - t i r e - t r e a dD e s i g n a n dA u t o m a t e dD e s i g nS y s t e m导师及职称董玉德教援2 0 1 3 年3 月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。答辩委员会签名：( 工作单位、职称)主席：车耀励巴红婚皱委员：导师：参 S e l e c t B y I D 2 ( ) ：C + + C O M 用法3 3 4C
2、A T I A 二次开发技术C A T I A 是一款功能非常强大的设计软件，主要应用于机械、建筑、汽车、航空、船舶等设计行业。C A - T I A 软件的最大特点就是其曲线、曲面的功能十分强大【4 4 1 。完整的c A T I A 版本中有跨度在各行各业的几十个不同的模块，常用机械设计方面的有：零件设计、装配设计、交互式工程绘图、创成式工程绘图、 结构设计、线架和曲面设计、钣金设计、模具设计、焊接设计、自由风格曲面造型、创成式外形设计、创成式曲面优化、快速曲面重建等近2 0 个模块。C A T I A 在其他行业也有专业的设计模块这里不做具体说明。C A T I A 提供了多种二次开发接
3、口，其中最为常用的就是自动化对象编程( V 5A u t o m a t i o n ) 和基于构件的开放的应用编程接口( C A A ) ，下面对两种开发方式分别介绍。3 3 4 1自动化对象编程C A T I Av 5A u t o m a t i o n 提供了使用V B 、v C 、D e l p h i 等软件进行编程的各种对象接口，其主要对象的名称为A p p l i c a t i o n ，其下分为三个子对象分别为 D o c u m e n t 、C 锄e r a s 、w i n d o w s ，其他的各种对象的实现都是这三种对象的直接或间接继承【4 5 l 。具体情况如
4、图3 6 所示。下面具体对各类对象的作用进行描述【4 6 】：1 、A p p l i c a t i o n 对象A p p l i c a t i o n 对象是其他组件连接到c A T I A 的c O M 接口，主要有G e t O b j e c t和C r a t e O b j e c t 两种方法，只有获取到A p p l i c a t i o n 对象才可以进行后续的操作。图3 6C A T I A 接口文档结构图2 、D o c u m e n t 和D o c u m e n t s 对象D o c u m e n t 对象在C A T I A 二次开发中主要负责各种实
5、质性的操作，同C A T I A 中的各种模块的绘图命令相同，包括：零件( P 硼D o c u m e n t ) 、产品( P r o d u c t D o c u m e n t ) 、工程图( D r a w i n g D o c u m e n t ) 等，所以D o c u m e n t 在二次开发中是应用最多也应用最广泛的。P a r t D o c u m e n t 下面对通过使用A P I 接口函数操作零件文档，绘制零件图做简单的介绍。P a u r t 是零件文档的最上层对象，其下是两个重要对象：B o d i e s和H y b r i d B o d i e s
6、 ，即实体和线框曲面对象。O r i g i n E l e m e n t 是P a r t 对象的一个属性，用来描述零件文档的三维轴系统。s h a p e F a c t o r y 是实体的特征构造器如： 拉伸、拉伸切除、旋转等。在P a r r t 构造的过程中还要用到许多其他的对象如：草图、基准面、基准轴等，大多位于P a r t D o c u m e n t 下面这里不做详细介绍，具体零件文档操作过程如图3 7 所示。图3 7 零件文档操作上面主要介绍了B o d i e s 对象，即实体对象的操作过程，在下面主要对H y b r i d B o d i e s 对象进行介绍，
7、H y b r i d B o d i e s 对象中包含的是线框曲面函数。在C A T I A 中曲线曲面的应用占很大一部分，在C A T I A 交互界面中H y b r i d B o d i e s对象被称为几何图形集，所以H y b r i d B o d i e s 对象也是二次开发中的重要组成部分。同零件设计相同，H y b r i d B o d i e s 对象也是由H y b r i d B o d y 对象组成，它包含 了曲面操作中的大部分属性、方法和对象。R e f e r e n c e 对象，即参考元素，参考元素是曲面设计中必不可少的一部分，同零件设计相同，在曲面设
8、计中也占有重要位置。H y b r i d S h a p e F a c t o r y 是混合元素的构造器，类似零件设计中的构造器，他的作用也是通过各种手段生成对象，如：延伸、扫略、旋转等。在H v b r i d B o d i e s 对象也有类似零件设计中的其他元素如创建平面、偏置平面、填充曲面、结合平面等对象，这里不做具体介绍，具体线框曲面文档操作过程如图3 8 所示。D o c 啪e m 对象图3 8 线框曲面文档操作3 23 、P r o d u c t D o c u m e n t 对象P r o d u c t D o c u m e n t 对象负责C A T I A
9、中的产品设计。一个产品使用不同的部件组成，组成这些部件的就是零件。P r o d u c t D o c u m e n t 对象可以将不同的零件对象装配在一起。图3 - 9 产品文档操作4 、D r a w i n g D o c u m e n t 对象 D r a w i n g D o c u m e n t 对象负责c A T I A 中的工程图的生成，一个工程图中可以有多个页面。D r a w i n g S h e e t s 集合对象是工程图文档中所有页面的集合，D r a w i n g S h e e t 对象是具体的页面。D r a w i n g e w 对象是各种视图
10、对象，用来实现视图的各种操作。F a c t o r y 2 D 用来在工程图中创建2 D 图形如直线、圆弧等。C A T I A D r a w i n g T e x t s 对象用来对文字进行操作如：添加、删除等。还有一些其他的操作如：页面管理、页面设置、视图管理等。图3 1 0 工程图文档操作3 35 、除上述的对象以外，自动化对象编程还有其他的各种对象如：有限元分析对象、材料对象以及交互对象等多个对象。3 3 4 2基于构件的开放的应用编程接口基于构件的开放的应用编程接口( C A A ) 分为两个部分C A A 和C A A R A D E 。其中C A A R A D E 环境是
11、集成在V i s u a lS t u d i o 软件中，用于实现C A A 的各种操 作如新建F r a m e w b r k 、新建M o d u l e 、添加组件、添加接口、添加扩展组件、选择工程组件、编译等，具体内容如下图3 。1 1 所示。C 蚂t r h ，K 弘 巧S - t C “I - 一惦I ：- t c - t 什r 棒I I 材哪w t 讪。“i i 。c 。“ h 一_ k oc h 矗s 坩e | l n杆n 一晦I - A 伸- t - k一= 一c “嵴讳，烈- r ”o 辆u _ C ，_ c “，-! 一= “l 甜h “ f 蛆t t t r r I
12、 竹竹hlC ，“h 赫“ 幅乳“ oC m茹c _ P 一“l “女 ：1 瓤时t w 二- T - C H 瑚榷 弭m 轴 w oh h - _ 一l nh “ c “巧s 盯c e 如- 。- 棚蚺 孽置拿威够! 焉B 旺 l 生鹰戢毽：一口趣】 - j 却M k 舢l l ：s I nc n 幡h ”e oc h 娃瓤冀：h h n - b 1 。s d n l 幢| _ r 1 1 u 啼，h 。2 ；4 ：一rh h “k t wh I t 矗矗，t l h o ；o m mh 锋气j R 一盘哩 牡莲曩赫锄 “k 女日q to 脚i Ft “，- 畔”如卜I - h l I t
13、奢n d 聃o 融“_ t 谛I r 蝴吼t I d l “ 二* “t 吐h - 咐甘h ，- 甜吐。：0b 铒t 棼l 盯e 辅一麓j 摹“商，h ，_ 斌二_赫蚋簧- “ I h “_ 删 - H 1 州，l hI - h 4 ! ol _ “ e “血自牲n 霄 廿酏臼 o 蕾d 村。4 。H y 。4 廿1 西爰疆硅区q 膏精簟舔毫d n 妯，山“啦口l d V 强 ；唧幅一粕_ ht H “1 | _ o t 聃h 1 ，h hv rL h hr I l - ， 。知蚺c 傅一轴m ，m ，舢1h f 抖h 幡；二1 轧，) h 叫肿，；，- H k 十憾图3 一l lC A A
14、环境各操作界面C A A R A D E 是由D a s s a u l t 公司为C A T I A 二次开发提供的基于C O M 技术的 接口程序包。是一个可视化的集成开发技术。c A A I 认D E 是目前为止c A D c A M开发环境中最为复杂的，同时也是功能最为强大的一个。由上图可知C A A R A D E 环境主要可分为以下几个部分：T C K ( T o o lC o n f i g u r a t i o nK e y ) 、M A B ( 多工作空间应用生成器) 、C U T ( C + + 单元调试管理器) 、M K M K ( C A A 编译工具) 、C I D
15、 ( C + + 交互式面板) 等，这些工具都以插件的形式与V i s u a lS t u d i o 集成到一起【4 7 4 9 1 。C A A 是C A T I A 为用户提供的C O M 接口函数库，如下图3 1 2 所示主要可分为五个部分：M e c h a n i c a lM o d e l e r & S k e c h e r 、3 DP L MP P RH u bO p e nG a t e w a y 、3 DP L ME n t e r p r i s eA r c h i t e c t u r e 、C G M 、R A D E 。图3 1 2C A A - R A D E 结构组成C A A 内部各种对象功能的实现方法。首先C A A 实现过程是由C l i e n tO b j e c t( 用户对象) 、I n t e r f a c e ( 接口函数) 、I m p l e m e n t a t i o n ( 实现函数) 三个部分组成的，他们有着不同的分工和相互关系用以实现C A T I A 的功能。C 1 i e n tO b j e c t顾名思义就是对象成员如：输入的点、线条、面、体、数据等都属于C
