CATIA軟件在產(chǎn)品三維設(shè)計中的應(yīng)用資料

1、CATIA軟件在產(chǎn)品三維設(shè)計中的應(yīng)用摘要：敘述了CATIA .主要是CATIA V5等的相關(guān)概況.主要是：CATIA的發(fā)展與技術(shù)特點.CATIA的主要功能模塊和如何運用Auto CAD進行三維設(shè)計 以及舉例說明CATIA 在產(chǎn)品三維設(shè)計中的應(yīng)用-在搖桿中的應(yīng)用.This article chiefly illuminates the CATIA, principally CATIA V5 .the development and technology of CATIA .The principally function of CATIA and how about exert Auto CAD

2、 do triangular . And for instance how about exert the CATIA at production -搖桿一.前言當今世界，在經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的新形勢下，全球制造企業(yè)之間的競爭日趨激烈，制造業(yè)對市場的快速響應(yīng)（交貨期）在工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)成為競爭的焦點。特別是我國加入WTO后，隨著汽車制造業(yè)保護年限的日益迫近，國內(nèi)轎車生產(chǎn)企業(yè)要想贏得競爭，就要以市場為中心，以滿足顧客需求為主線，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動力，最快速的響應(yīng)市場變化，并迅速贏得市場與用戶。換句話說，企業(yè)就是必須以最短的產(chǎn)品開發(fā)時間（TTime）、最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量（QQuality

3、）、最低廉的制造成本和銷售價格（CCost）、最好的技術(shù)支持和全過程服務(wù)（SService）、最佳的環(huán)保效果（EEnvironment）以及最快速的市場適應(yīng)性（FFlexibility）來生產(chǎn)適銷對路的產(chǎn)品（PProduct），即：“TQCSEFP”，去進入市場，占領(lǐng)市場，進而領(lǐng)導(dǎo)市場。面對不可預(yù)測、瞬息多變的市場，企業(yè)的生產(chǎn)活動必須具有高度的敏捷性（Agility）、動態(tài)性（Dynamic）和柔性（Flexibility）。隨著信息技術(shù)取得了迅速發(fā)展，特別是計算機軟硬件技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息處理技術(shù)等取得了人們以想不到的進步，各種現(xiàn)代先進設(shè)計制造技術(shù)應(yīng)運而生，例如：計算機輔助技術(shù)（CAX

4、：Computer Aided Design、Manufacturing、Engineering ）、計算機集成制造（CIM：Computer Integrated Manufacturing）等，這些技術(shù)的出現(xiàn)和實施，為實現(xiàn)這一目標（TQCSEFP）提供了強有力的支持與保障。二.CATIA V5的發(fā)展和技術(shù)特點CATIA V5是IBM/DS在充分了解客戶的經(jīng)驗、并積累了大量客戶的應(yīng)用需求后基于Windows核心重新開發(fā)的新一代高端CAD/CAM軟件系統(tǒng)。CATIAComputer Aided Three & Two Dimensional Interaction Applicatio

5、n System，計算機輔助三維/二維交互式應(yīng)用系統(tǒng)，自1999年3月法國達索系統(tǒng)（Dassault Systems）正式發(fā)布第一個版本即CATIA V5R1（CATIA Version 5 Release 1）以來，平均每年發(fā)布23個版本，到2003年4月發(fā)布的CATIA V5R11（CATIA Version 5 Release 11），模塊總數(shù)出最初的12個增加到了146個。將原來運行于IBM主機和AIX工作站環(huán)境的V4版本徹底改變?yōu)槲④沇indows NT環(huán)境，99%以上的用戶界面圖標采用MS-Office形式，并且自己開發(fā)一組圖形庫，使得Unix工作站版本與Windows微機版具有相

6、同的用戶界面。CATIA V5充分發(fā)揮了Windows平臺的優(yōu)點，一經(jīng)推出市場后立刻就得到業(yè)界廣泛的認可，被很多CAD/CAM領(lǐng)域的資深咨詢專家評價為第四代CAD/CAM軟件，代表了CAD/CAM未來發(fā)展的方向。CATIA V5在開發(fā)時大量使用了最新和最前沿的計算機技術(shù)和標準，其中包括基于JAVA 和Web技術(shù)、C+語言、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想（O-O）、STEP-SDAI、OpenGL、OLE/CORBA和Visual Basic Journaling等，這使CATIA V5具有與眾不同的鮮明的特點：單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，各個模塊全相關(guān)，某些模塊之間還是雙向相關(guān)；端到端的集成系統(tǒng)，擁有寬廣的專業(yè)覆蓋面

7、，支持自上向下（Top-down）和自下向上（Bottom-top）的設(shè)計方式；以流程為中心，應(yīng)用了許多的相關(guān)工業(yè)優(yōu)秀開發(fā)設(shè)計經(jīng)驗，提供經(jīng)過優(yōu)化的流程；創(chuàng)新的用戶界面，把使用性和功能性結(jié)合起來，易學(xué)易用；獨一無二的知識工程架構(gòu)，創(chuàng)建、訪問以及應(yīng)用企業(yè)知識庫，把產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及到的多學(xué)科知識有機地集成在一起；先進的混合建模技術(shù)，建立在優(yōu)秀的、可靠的幾何實現(xiàn)原理基礎(chǔ)上，具有領(lǐng)先的幾何建模和混合建模功能；CATIA建立在STEP產(chǎn)品模型和CORBA標準之上，具有在整個產(chǎn)品周期內(nèi)方便的修改能力，尤其是后期修改； CATIA提供多模型鏈接的工作環(huán)境及混合建模方式，實現(xiàn)真正的并行工程的設(shè)計環(huán)境；強大的電

8、子樣機技術(shù)；開放平臺，為各種應(yīng)用的集成提供了一個開放的平臺；面向設(shè)計的工程分析，作為設(shè)計人員進行決策的輔助工具，開放性允許使用第三方的解算器（如NASTRAN）；完善的加工解決方案，唯一建立在單一的基礎(chǔ)架構(gòu)上、基于知識工程、覆蓋所有CAM應(yīng)用；支持電子商務(wù)，支持即插即用（Plug Play）功能的擴展等。三 CATIA的主要功能模塊（1）創(chuàng)成式工程繪圖GDR CATIA可以利用3D機械零件模型和裝配體生成相關(guān)聯(lián)的工程圖。（2）交互式工程繪圖IDI 高效、直觀的交互式繪圖系統(tǒng)，進行產(chǎn)品的2D設(shè)計。（3）線框和曲面造型WSF 在零件設(shè)計的初始階段，生成線框類結(jié)構(gòu)元素，作為CATIA零件設(shè)計產(chǎn)品的補

9、充。（4）初成式外型設(shè)計GSD CATIA外形設(shè)計模塊基于線框與多個曲面特征結(jié)合，可設(shè)計復(fù)雜的外形。（5）創(chuàng)成式零件結(jié)構(gòu)分析GRS CATIA可以帶給用戶對于設(shè)計進行有限元分析預(yù)效驗的能力。（6）實時渲染RTI CATIA可以讓設(shè)計師對其設(shè)計應(yīng)用色彩渲染效果和材料規(guī)格進行說明。（7）運動結(jié)構(gòu)模擬KIN 通過調(diào)用系統(tǒng)提供的大量已有的關(guān)節(jié)連接方式或通過自動轉(zhuǎn)換裝配約束條件而產(chǎn)生關(guān)節(jié)連接，KIN可以對任何規(guī)模的電子樣機進行結(jié)構(gòu)定義。（8）空間分析SPA CATIA可以進行電子樣機的干涉檢查、斷面分析和3D幾何尺寸比較等驗證。（9）知識工程顧問KWA CATIA可以將隱式的設(shè)計轉(zhuǎn)化為嵌入整個設(shè)計過程的

10、顯式知識。（10）目標管理器COM CATIA提供了所有產(chǎn)品人-機對話和顯示管理等所必需的公共功能和整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使所有產(chǎn)品共用統(tǒng)一的界面環(huán)境。（11）CATIA-CADAM接口CC1 CATIA提供了CATIA V5工程圖與CADAM工程繪圖（CCD）之間的交換接口。（12）CATIA-IGES結(jié)構(gòu)（IG1） CATIA支持中性數(shù)據(jù)格式IGES V5。3版本，具有IGES素名字和CATIA幾何元素標識之間的名字匹配管理功能。（13）CATIA V4集成器V4I CATIA提供了CATIA V4和 CATIA V5之間的轉(zhuǎn)換接口。四.如何運用AutoCAD進行三維機械設(shè)計在運用AutoCAD三

11、維實體設(shè)計中，首先要保證作圖環(huán)境為模型空間（Model Space）而不是圖紙空間（Paper Space），否則無法生成三維模型。在AutoCAD中體素是指最基本的實體元素，通過這些不同尺寸實體元素的相加（Union）、相減（Subtract）、相交（Intersect）等運算可以得到我們所需要的實體模型。通常AutoCAD提供的體素有以下幾種：Box（長方體）、Sphere（球體）、Wedge（楔體）、Cone（圓錐體）、Cylinder（圓柱體）和Torus（圓環(huán)體）。形狀較為復(fù)雜的實體雖然也可以通過各種運算由體素形成，卻較為繁瑣。此時我們可以使用拉伸（Extrude）和旋轉(zhuǎn)（Revol

12、ve）命令作出形狀復(fù)雜的拉伸體和回轉(zhuǎn)體，再用相加、相減、相交等命令得到所需要的實體。必須注意的是拉伸和旋轉(zhuǎn)命令作用的對象一定要是在同一平面內(nèi)的封閉多義線或一個面域，多義線可以通過繪制多義線命令（Polyline）得到，使用多邊形（Polygon）、長方形（Rectangle）和圓（Circle）命令得到的多邊形、長方形和圓也是封閉多義線。我們還可以用編輯多義線（Edit Polyline）命令將由單線條組成的圖形編輯成多義線。面域是通過面域化命令（Region）將封閉的多義線轉(zhuǎn)化為面域，它已不再是線條而是面，所以面域和面域之間可以進行相加、相減、相交等運算。拉伸命令除了可以以一定的高度和錐角拉

13、伸外，還可以按照一定的路徑拉伸，但此拉伸路徑必須是一條多義線但不必封閉，并且與被拉伸的多義線或面域不在同一平面。需要注意的是AutoCAD有一些用來制作三維曲面的命令，這些命令與三維實體命令較為相似，并且用法也基本相同，這主要是應(yīng)用于建筑行業(yè)建立建筑模型，進行布局及外觀效果的分析。但得出的只是曲面而不是實體，因此不能進行物理特性計算及干涉檢查，因此要加以區(qū)別使用，以免產(chǎn)生不必要的誤會。用戶坐標系（User Coordinate System）的使用對于三維設(shè)計有著重要的意義。在二維設(shè)計中我們早已在使用一種特殊的UCS，稱為大地坐標系（World Coordinate System），這個坐標系

14、就是我們的作圖平面。但在三維設(shè)計中我們不可能將所有的圖形都在這一個平面中作出，我們還需要設(shè)定許多不同的二維作圖平面，通過UCS命令我們就可以定義這些二維平面。如我們可以用三點法定義所需的UCS，即選取一個平面上的三個點，這三個點可以用捕捉方式拾取實體的交點、邊的中間點、球的球心、圓柱面的圓心或?qū)Ⅻc的坐標輸入等等方法，另外UCS坐標平面還可以通過已有的平面用偏移或旋轉(zhuǎn)的方法得到。坐標之間可以切換，對于定義好的UCS還可以進行保存，已備日后編輯時使用。我們不可能在一個視圖中將三維實體看清楚，同樣AutoCAD也提供了各種視角觀測的視圖，如正交視圖有上、下、左、右、前和后；等軸視圖有東南等軸、東北等

15、軸、西南等軸和西北等軸視圖，另外還可以用三維動態(tài)視圖命令（3D Dynamic View）將實體轉(zhuǎn)成任意角度觀察，便于我們理解實體的形狀。實體在設(shè)計完成后，AutoCAD還有一些編輯實體的命令，如Slice命令、Fillet命令和Chamfer命令。Fillet和Chamfer命令可以將實體的邊界根據(jù)需要倒圓角或直角；Slice命令則可將實體根據(jù)所選平面分割，這個命令可以使我們很容易看出實體的內(nèi)部形狀，檢查設(shè)計是否正確。通過使用渲染（Render）命令，可以根據(jù)默認的或自己設(shè)定的顏色、光線、背景等條件渲染得到所設(shè)計實體的效果圖，并且可以保存為圖片格式文件，便于做方案和演示時使用。如需得到實體的

16、物理特性可用Massprop命令計算體積、重量、轉(zhuǎn)動慣量或其他物理特性。對于裝配件，用干涉檢查命令（Interfere）可以檢查零件之間是否有干涉，并可找出干涉的位置，這樣可保證設(shè)計的正確性。另外，AutoCAD還提供了用三維實體圖生成二維平面圖的功能，除了可以生成正交的視圖外，還可以生成軸側(cè)視圖。五 建立搖桿的三維模型.【例1】建立搖桿的三維模型圖1所示為搖桿的三維模型，為了便于敘述，將搖桿劃分為A、B、C、D、E、5個結(jié)構(gòu)。 圖1 搖桿實體三維模型 圖2 結(jié)構(gòu)C草圖（1）建立結(jié)構(gòu)C。步驟如下：選擇zx坐標面，單擊圖標 ，進入草圖設(shè)計模塊，繪制如圖2所示兩個同心圓。單擊圖標 ，返回三維建模模

17、塊。單擊圖標 ，在隨后彈出如圖3（a）所示對話框的Type下拉列表選擇Dimension，Length文本框輸入42mm，Profile欄選擇連桿草圖，單擊OK按鈕，生成如圖3（b）所示結(jié)構(gòu)C。（a） （b）圖3 拉伸對話框及結(jié)構(gòu)C（2）建立結(jié)構(gòu)A。步驟如下：選擇zx坐標面，單擊圖標 ，進入草圖設(shè)計模塊。繪制如圖4所示圖形，單擊圖標 ，返回三維建模模塊。圖4 結(jié)構(gòu)A草圖單擊圖標 ，選擇結(jié)構(gòu)A草圖，拉伸長度為12mm，結(jié)果如圖5所示。圖5 結(jié)構(gòu)A和結(jié)構(gòu)C（3）建立連結(jié)構(gòu)A與結(jié)構(gòu)C的結(jié)構(gòu)B。步驟如下：選擇zx坐標面，單擊圖標 ，進入草圖設(shè)計模塊。單擊圖標 （Project），選擇結(jié)構(gòu)A的內(nèi)表面，得

18、到結(jié)構(gòu)A內(nèi)表面的投影。單擊圖標 ，繪制如圖6所示外輪廓線。單擊圖標 ，返回三維建模模塊。圖6 結(jié)構(gòu)B草圖單擊圖標 ，在隨后單擊如圖7（a）所示對話框圖的Profile欄選擇結(jié)構(gòu)B草圖，在First Limit欄的Length 文本框中輸入12mm，Sencond Limit 欄的Length文本框中輸入2，結(jié)果如圖7（b）所示。（a） （b）圖7 建立結(jié)構(gòu)B（4）建立與xy坐標面呈450的平面，作為結(jié)構(gòu)D、E草圖的基準面。步驟如下：單擊圖標 ，彈出如圖8所示定義點的對話框。在該對話框的Point type下拉列表選擇Coordinates，X、Y、Z坐標的文本框中均輸入0mm，生成第一點。同樣

19、方面生成X、Y、Z坐標的文本框中依次輸入0mm、10mm、0mm，生成第二點。單擊圖標 ，彈出如圖9所示定義直線的對話框。在該對話框的Line type下拉列表選擇Point-Point,依次選擇上述生成的兩點，得到直線。單擊圖標 ，彈出如圖10所示定義平面的對話框。在該對話框的Plane type下拉列表選擇Angle/Normal to plane, Rotation axis文本輸入前面生成的直線，Reference文本框輸入xy坐標面，Angle文本框輸入45deg，生成經(jīng)過Y軸與xy面成450的平面。圖8 定義點的對話框 圖9 定義直線的對話框圖10 定義平面的對話框 圖11 矩形草

20、圖（5）生成結(jié)構(gòu) 。步驟如下：單擊圖標 ，在特征樹上得到特征Body.2，并自動作為當前工作特征。單擊圖標 ，選擇與xy坐標面呈450的平面，進入草圖設(shè)計模塊。繪制圖11所示矩形草圖。單擊圖標 ，返回三維建模模塊。單擊圖標 ，在隨后彈出的拉對話框的Profile欄選擇圖11所示矩形，F(xiàn)irst Limit欄的Lengty文本框輸入24mm，Sencond Limit欄的Length文本框輸入-4mm，結(jié)果如圖11。圖12 拉伸得到結(jié)構(gòu)D單擊圖標 ，選擇如圖12所示結(jié)構(gòu)D的4個棱邊，在隨后彈出的倒圓角對話框的圓角半徑Radius文本框輸入3mm，單擊OK按鈕，嬉果如圖12。圖13 結(jié)構(gòu)D搖桿實體

21、三維模型支臂倒棱（6）生成結(jié)構(gòu)E。步驟如下：單擊圖標 ，在特征樹上得到Body.3，并自動作為當前工作特征。單擊圖標 ，選擇與xy坐標面呈450的平面，進入草圖設(shè)計模塊。繪制如圖13所示矩形草圖。單擊圖標 ，返回三維建模模塊。圖14結(jié)構(gòu)E的草圖 圖15將結(jié)構(gòu)E的草圖的拉伸為圓柱單擊圖標 ，在隨后彈出的拉伸對話框的Profile欄中選擇如圖14所示圓，F(xiàn)irst Limit欄的Length文本框輸入28mm，結(jié)構(gòu)E結(jié)果如圖14所示。單擊圖標 ，在隨后彈出的抽殼對話框的Default Inside thickness文本框輸入8mm，選擇圓柱（結(jié)構(gòu)E）的上下表面，單擊OK按鈕，結(jié)果如圖15所示。圖

22、16 結(jié)構(gòu)E經(jīng)抽殼得到圓孔（7）將結(jié)構(gòu)D（Body2）與結(jié)構(gòu)E（Body3）聯(lián)成一體，并去掉圓孔內(nèi)的多余部分。步驟如下：單擊圖標 ，在隨后彈出的修剪對話框的Trim文本框輸入Body3，With文本框輸入Body2，F(xiàn)aces to remove文本框輸入圓孔內(nèi)的多余部分，如圖16所示，單擊OK按鈕即可。圖17 連接結(jié)構(gòu)D和E，去掉孔內(nèi)選擇的多余部分單擊圖標 ，將17所示上下兩條交線倒圓角，圓角半徑圓角為5mm。圖18 倒圓角（8）將所有的結(jié)構(gòu)合為一體，并去掉圓孔內(nèi)的多余部分。結(jié)構(gòu)C是第一個建立的PartBody，結(jié)構(gòu)A和結(jié)構(gòu)B是在PartBody基礎(chǔ)上建立的，因此這三個結(jié)構(gòu)是一體的。結(jié)構(gòu)D與結(jié)構(gòu)E在第7步已合并為Body2。所以只需將PartBody和Body2合并一體，并去掉圓孔內(nèi)的多余部分即可。單擊圖標 ，在隨后彈出的修剪對話框的Trim