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CATIA软件介绍与应用分析

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:CATIA提供了变量驱动及后参数化功能。2)CATIA具有在整个产品周期内方便地修改能力,尤其是后期修改性。3)CATIA所有模块具有全相关性。5)CATIA覆盖了产品开发的整个过程。

CATIA软件介绍与应用分析

CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的缩写,是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。CATIA是法国达索公司(Dassault Systems)的产品。达索公司自1981年成立,现已成为当今全球最大的CAD/CAM/CAE/PLM软件开发商之一。法国达索公司是世界著名的航空航天企业,其产品以幻影2000战斗机和阵风战斗机最为著名。1982~1988年,CATIA相继发布了1版本、2版本、3版本,并于1993年发布了功能强大的4版本,现在的CATIA软件分为V4版本和V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX平台,V5版本应用于UNIX和Windows两种平台。为了使软件能够易学易用,达索公司于1994年开始重新开发全新的CATIA V5版本,在汽车、航空航天、造船机械制造、家用电器等行业都得到了广泛的应用,是全球使用最广泛的3D应用软件之一。

1.CATIA软件概述

目前CATIA发布了V5版本,其主要功能有:三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计和运动分析、标准零件管理等。新的V5版本界面更加友好,功能也日趋强大,并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。

2.CATIA的特点及功能模块

(1)CATIA软件的技术特点CATIA V5在开发时采用了许多先进的计算机技术和标准,其中包括基于Java和Web技术、C++、面向对象的设计思想(O-O)、OpenGL、STEP-SDAI和Visual Basic Journaling等,从而使CATIA V5具有以下技术特点:

1)CATIA先进的混合建模技术。先进的混合建模技术体现在:

①设计对象的混合建模。在CATIA的设计环境中,无论是实体还是曲面,皆可在各模块间自由切换,做到了真正的互操作。

变量和参数化混合建模。在设计时,设计者不必考虑如何参数化设计目标。CATIA提供了变量驱动及后参数化功能。

③几何和智能工程混合建模。对于一个企业,可以将企业多年的经验积累到CATIA的知识库中,用于指导本企业新手,或指导新车型的开发,加速新型号产品推向市场的时间。

2)CATIA具有在整个产品周期内方便地修改能力,尤其是后期修改性。无论是实体建模还是曲面造型,由于CATIA提供了智能化的树结构,用户可方便快捷地对产品进行重复修改,无论是在设计的最后阶段需要做重大的修改,还是对原有方案的更新换代。

3)CATIA所有模块具有全相关性。CATIA的各个模块都基于统一的数据平台,因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性,三维模型的修改,能完全体现在二维,以及有限元分析、模具和数控加工的程序中。

4)并行工程的设计环境使得设计周期大大缩短。CATIA提供的多模型链接工作环境及混合建模方式,使得并行工程设计模式已不再是新鲜的概念,总体设计部门只要将基本的结构尺寸发放出去,各分系统的人员便可开始工作,既可协同工作,又不互相牵连;由于模型之间的相互连接性,使得上游设计结果可作为下游的参考;同时,上游对设计的修改能直接影响到下游工作的更新,实现真正的并行工程设计环境。

5)CATIA覆盖了产品开发的整个过程。CATIA提供了完备的设计能力,从产品的概念设计到最终产品的形成,以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段,从单个零件的设计到最终电子样机的建立;同时,作为一个完整集成化的软件系统,CATIA将机械设计、工程分析及仿真、数控加工和CATweb网络应用解决方案有机地结合在一起,为用户提供了严密的无纸工作环境。特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块,使CATIA拥有了最宽广的覆盖面,从而可以帮助用户达到缩短设计生产周期,提高产品质量及降低费用的目的。

(2)CATIA的功能模块CATIA在不同需求时是在不同的模块下工作的。CATIA提供了丰富的功能模块,且可在各设计、分析、加工模块之间无缝跳转切换,启用CATIA之后,利用CATIA的“开始”菜单,就可以使用这些功能模块。下面就先对CATIA的模组进行简单的介绍(以V5R17为例):

1)基础结构模组。基础结构模组(Infrastructure)978-7-111-37192-2-Chapter04-118.jpg包括了各种基础图素,如标准件的设计功能,为高效设计提供了可能。

2)机械设计模组。机械设计模组(Mechanical Design)978-7-111-37192-2-Chapter04-119.jpg包括了机械零件、钣金零件、模具及机械产品等从概念设计到细节设计的各种功能。该模组包括的模块较多。

3)曲面造型模组。曲面造型模组(Shape)978-7-111-37192-2-Chapter04-120.jpg包括各种曲面造型功能,可用于带有复杂曲面零件的设计,也可进行产品的工业设计

4)数控加工模组。数控加工模组(Machining)978-7-111-37192-2-Chapter04-121.jpg提供了优越的数控加工解决方案,支持高速加工和多轴加工等高级加工。

5)知识工程模组。知识工程模组(Knowlegeware)978-7-111-37192-2-Chapter04-122.jpg可提供智能化的解决方案,它可以把隐含知识的设计方法转变成显性知识的设计方法,用户可以捕捉和重用共同的、贯穿于整个产品生命周期的经验知识。从设计到制造,从单个应用到全企业的广泛应用,用户可以分享任何类型的外部知识。

6)工程分析模组。工程分析模组(Analysis&Simulation)978-7-111-37192-2-Chapter04-123.jpg可以对任何零件或装配件进行工程分析,对基于知识工程的体系结构可方便地利用分析规则和分析结果优化产品。

7)设备与系统工程模组。设备与系统工程模组(Equipment&Systems)978-7-111-37192-2-Chapter04-124.jpg用于在3D环境下对产品进行复杂电气液压传动、管路和机械系统的协同设计与集成,并优化其空间布局。

8)数字样机模组。数字样机模组(Digital Mockup)978-7-111-37192-2-Chapter04-125.jpg用于构建数字样机(虚拟产品),并对其进行检查、模拟和验证。

9)人体工学模组。人体工学模组(Ergonomics Design&Analysis)978-7-111-37192-2-Chapter04-126.jpg用于人体模型的构造,以及人体工学方面的分析。

3.CATIA的用户界面

CATIA V5有一个非常友好的用户界面,与Windows风格一致,CATIA V5的用户界面如图4-80所示。

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图4-80 CATIA V5用户界面

(1)菜单 菜单项包含了所有的操作命令。

(2)工具栏 工具栏中有工具按钮,利用工具按钮可完成大部分操作命令的快速启动。

(3)对话框 利用对话框可进行某些设计参数的选择和定义。

(4)设计树 设计树利用树状结构记录了设计历程,使设计过程一目了然,便于以后的修改。

(5)罗盘 罗盘是一个十分便利的设计工具,具有很多功能。

(6)设计空间 窗体内用于设计的工作空间。

(7)其他 包括坐标系、参考平面及命令栏等。

4.CATIA实例操作(连杆的创建)

(1)进入软件,绘制连杆的一端草图 在桌面双击978-7-111-37192-2-Chapter04-128.jpg图标(CATIA),或者从“开始”→“程序”中单击CATIA软件,进入CATIA界面。选择“开始”→“机械设计”→“part design”命令,进入零件模块设计。

左键单击左边模型树中的“xy平面”为参考平面,或在窗口中央选择三平面中的xy平面。再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-129.jpg,即进入草图绘制模式。

双击工具栏中的“Circle(圆)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-130.jpg,绘制两个圆,圆心都在原点。双击“Constraint(尺寸限制)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-131.jpg,标注出两个圆的直径20和27,修改尺寸后如图4-81所示。

绘制完草图之后,单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-132.jpg,进入零件实体设计模式。

(2)拉伸成型本体 进入零件实体设计模式之后,在工具栏中单击“Pad(拉伸成型)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-133.jpg,弹出“拉伸成型参数设定(Pad Definition)”对话框,提供拉伸成型参数的设定,如图4-82所示。

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图4-81 修改尺寸后的两个圆

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图4-82 “拉伸成型参数设定(Pad Definition)”对话框

在“Type”一栏中选择“Dimension”,指定尺寸为12mm;在“Selection”一栏中选择刚才绘制的草图;再选择“Mirrored extent(镜像)”选项;单击“OK(确定)”按钮。生成的模型如图4-83所示。

(3)绘制连杆的另一端 左键单击左边模型树中的“xy平面”为参考平面,或在窗口中央选择三平面中的xy平面。再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-136.jpg,即进入草图绘制模式。

双击工具栏中的“Circle(圆)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-137.jpg,绘制两个同心圆。双击“Constraint(尺寸限制)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-138.jpg,标注出两个圆的直径10和15,圆心到原点的距离是86。修改尺寸后如图4-84所示。

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图4-83 生成的模型

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图4-84 修改后的图

单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-141.jpg,进入零件实体设计模式。在工具栏中单击“Pad(拉伸成型)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-142.jpg,弹出“Pad Definition(拉伸成型参数设定)”对话框,提供拉伸成型参数的设定,如图4-85所示。

在“Type”一栏中选择“Dimension”,指定尺寸为9mm;在“Selection”一栏中选择刚才绘制的草图;再选择“Mirrored extent(镜像)”选项;单击“OK(确定)”按钮。生成的模型着色如图4-86所示。

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图4-85 “拉伸成型参数设定(Pad Definition)”对话框

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图4-86 着色后的模型图

(4)建立基准面 用鼠标左键单击左边模型树中的“xy平面”为参考平面,或在窗口中央选择三平面中的xy平面。再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-145.jpg,进入草图绘制模式。

左键选取大圆柱的外圆边线,单击工具栏中的“Project 3D Elements(3D实体转换)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-146.jpg,则在xy平面内产生与圆柱外圆一样大小的圆,如图4-87所示。

单击工具栏中的“Line(直线)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-147.jpg,在圆的中间绘制一条与V轴平行的直线;单击“Intersection Point(交点)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-148.jpg,分别单击圆和直线产生两个交点,如图4-88所示。

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图4-87 生成的圆

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图4-88 圆和直线生成的两个交点

单击“Constraint(尺寸限制)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-151.jpg,标注圆上两交点的距离为25mm,如图4-89所示。

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图4-89 交点间的距离

双击工具栏中的“Quick Trim(快速剪切)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-153.jpg,用鼠标左键单击要剪除的线段,将草图剪切成图4-90所示的草图。这个草图将为下一步建立平面奠定基础。(www.xing528.com)

单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-154.jpg,退出草图模式。同理,再在xy平面用上述同样的方法在小圆柱上绘制图4-91所示的草图。

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图4-90 修剪后的草图

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图4-91 绘制的草图

单击工具栏中的“Plane(平面)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-157.jpg,弹出“Plane Definition(平面定义)”对话框,提供创建平面的参数的设定。在“Plane type”一栏中选择“Angle/Normal to plane”;在“Rotation axis”一栏中选择上一步在大圆柱上绘制的直线草图;在“Reference”一栏中选择“yz plane”(从窗口的目录树上或工作台中选择,也可以在单击创建平面图标之前先选择该平面),如图4-92所示。

单击“确定”按钮,创建的平面plane.1如图4-93所示。

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图4-92 “平面定义”对话框

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图4-93 平面1

同理,利用在小圆上绘制的直线和yz平面建立同样类型的平面plane.2,如图4-94所示。

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图4-94 平面2

(5)混成连杆中段 先绘制两个草图作为混成的截面。左键单击左边模型树中的“plane.1”为参考平面,或在窗口中央选择三平面中的“plane.1”平面。再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”图标978-7-111-37192-2-Chapter04-161.jpg,即进入草图绘制模式。单击工具栏中的“Rec-tangle(矩形)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-162.jpg,在草图模式中画出一个矩形。在工具栏中双击“Constraint(尺寸限制)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-163.jpg,标注矩形的尺寸,如图4-95所示。

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图4-95 矩形尺寸的标注

单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-165.jpg,退出草图模式。左键单击左边模型树中的“plane.2”为参考平面,或在窗口中央选择三平面中的“plane.2”平面。再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-166.jpg,进入草图绘制模式,绘制出图4-96所示的草图。

单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-167.jpg,进入零件实体设计模式。用鼠标左键单击“Loft(混成)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-168.jpg,弹出“Loft Definition:Loft.1”对话框,提供混成参数的设定。在第一栏中分别选择上述绘制的两个矩形草图,作为混成的截面。混成图形的预览如图4-97所示。

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图4-96 草图的绘制

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图4-97 混成图形的预览

单击“确定”按钮,混成的模型如图4-98所示。

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图4-98 混成的模型

仔细查看混成的模型,发现混成的模型超出了大孔的范围。因此,要再重新切除多余的部分。单击大圆的上表面作为草图基准面,再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-172.jpg,进入草图绘制模式。左键选取大圆柱的内圆边线,单击工具栏中的“Project 3D Ele-ments(3D实体转换)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-173.jpg,则在此平面产生与圆柱内圆一样大小的圆,如图4-99所示。

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图4-99 生成的圆

单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-175.jpg,退出草图模式。左键单击右边工具栏中的“Pocket(拉伸切除)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-176.jpg,弹出“Pocket Definition”对话框,提供拉伸切除参数的设定。在“Type”一栏中选择“Dimension”,在“Selection”一栏中选择刚才绘制的草图;图形预览如图4-100所示。

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图4-100 图形预览

单击“OK”按钮,生成的模型如图4-101所示。

(6)拉伸切除连杆中段 单击大圆的上端面作为草图基准面,再单击一下右边工具栏中的“Sketch(草图设计)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-178.jpg,进入草图绘制模式。按住<Ctrl>键分别选取连杆的边线和两圆柱的外圆边线,单击工具栏中的“Project 3D Elements(3D实体转换)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-179.jpg,则在此平面产生与原边线相重合的边线,如图4-102所示。

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图4-101 模型图

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图4-102 边线

双击工具栏中的“Line(直线)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-182.jpg,分别在连杆的中段绘制两条直线(尽量与连杆的边线平行)。按住<Ctrl>键选取其中一条直线和这一侧的边线。单击工具栏中的“Constraints Defined in Dialog Box(约束定义)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-183.jpg,弹出“Constraint Definition(约束定义的参数)”对话框。选择“Parallelism(平行)”选项,如图4-103所示。

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图4-103 “约束定义参数”对话框

同样,约束定义另一侧的两条直线平行。在工具栏中双击“Constraint(尺寸限制)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-185.jpg,分别标注两平行直线之间的距离为2.5,如图4-104所示。

双击工具栏中的“Quick Trim(快速剪切)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-186.jpg,用鼠标左键单击要剪除的线段,将草图剪切成图4-105所示的草图。

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图4-104 两直线之间的距离

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图4-105 修剪后的草图

单击工具栏中的“退出工作台”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-189.jpg,退出草图模式。用鼠标左键单击右边工具栏中的“Pocket(拉伸切除)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-190.jpg,弹出“Pocket Definition”对话框,提供拉伸切除参数的设定。在“Type”一栏中选择“Dimension”,指定尺寸为9mm,在“Selection”一栏中选择刚才绘制的草图;如果方向显示反了,可以选择“Reverse Direction(反向)”;图形预览如图4-106所示。单击“OK”按钮,生成的模型如图4-107所示。

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图4-106 图形预览

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图4-107 模型图

用鼠标左键单击一下左边模型树中上述刚完成的拉伸切除特征,再单击工具栏中的“Mirror(镜像)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-193.jpg,弹出“Mirror Definiton”对话框,提供镜像参数的设置,如图4-108所示。

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图4-108 镜像参数的设置

在“Mirroring element(镜像元素)”一栏中选择“xy plane”,单击“OK”按钮,镜像的特征如图4-109所示。

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图4-109 镜像的特征

(7)倒圆角 在工具栏中单击“Edge Fillet(倒圆角)”按钮978-7-111-37192-2-Chapter04-196.jpg,弹出“Edge Fillet Definition”对话框,提供倒圆角参数的设定。在“Radius”一栏中输入3mm,在“Object(s)to fillet”一栏中分别选择连杆中段的四个角,如图4-110所示的四条边。

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图4-110 倒圆角参数的设定

在“Propagation”一栏中选择“Tangency”一项,单击“OK”按钮,生成的模型如图4-111所示。

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图4-111 生成的模型

同样,将连杆中段的另一端及中间的平面分别倒圆角1.5mm。至此,连杆模型已经完成,隐藏各个参考面及草图,完成的模型如图4-112所示。保存文件名为“lian gan”。

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图4-112 连杆图

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