毕业设计（论文）-基于CATIA定位销的参数化设计.doc

基于CATIA定位销的参数化设计 毕 业 设 计论文题目 基于CATIA定位销的参数化设计 姓 名 0000000 学 号 11530082 院 系 经济技术学院 专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 000000 职 称 教授 中国合肥二o一五年 六月目 录摘要1第一章 绪论21.1课题研究背景及意义21.2 CAD/CAM的介绍21.3 CATIA简介3第二章 参数化设计42.1 参数化设计简介42.2 参数化设计方法42.3 参数化设计思路42.耴 定位销参数化建模及其实现方法42,5 利用系绛参数与尺寸约束驱动定位销零件图5第三章 定位销参数化建模6s.1 技术条件63.2 固定嬏定销工程图及参数63.3 固定式定位销参数化建模7第四章 零件库的建立144.1 功能模块介绍144.2 定位销零件库的建立144.3定位销零件库总览15第五章 定位销的简单应用215.1应用简介215.2应用装配简介215.2.1固定式定位销组合215.2.2可换式定位销与定位衬套组合225.2.3定位插销与定位衬套组合23结 论24致 谢25参 考 文 献26 第 28 页 共 27 页CATIA参数化设计基于CATIA定位销的参数化设计作者：00000 指导老师：00000000000 机械设计制造及其自动化 合肥230036摘要：定位销在汽车、发动机、离合器、摩托车、连杆等诸多生产制造行业中都有十分重要的应用，它在其中的主要作用就是限制各零件的自由运动度，在两部分或更多部分构成的模具中，使模具相邻两部分确定位置。针对标准件其标准化、系列化以及通用化的特点，为了减少标准件的重复设计，缩短标准件的整个开发周期，方便标准件数据的管理，就必须对产品进行参数化设计。利用CATIA对定位销进行参数化设计，设计人员只需要输入一些必要的参数，系统就可以在极短的时间内自动生产优化的变型设计结果，这样可以很大程度上提高设计效率，方便定位销数据的管理，设计出更多的产品。文章通过对定位销的建模、参数化设计以及零件库的建立，详细阐述了设计思路和设计方法。关键词：定位销；CATIA；参数化设计；零件库第一章 绪论1.1课题研究背景及意义机械制造行业是属于第三产业，是国民经济的基础产业，同时是国民经济发展的支柱产业，工艺装备则是机械制造系统中的一个重要组成部分，其在国民经济中有着举足轻重的作用。在不断发展的世界经济条件下，机械制造也蓬勃发展，出现了机械制造行业竞争的全球化，为了提高机械制造的效率以及缩减机械制造的成本，现在生产要求企业所制造的产品更新换代的速度越来越快，传统的大批量生产模式在逐渐被中、小批生产模式所取代。据国际生产研究协会的统计结果表明，面前中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85%左右。另一方面，根据有关资料统计，我国现有工业水平，生产准备周期一般要占真个产品研制周期的50%-70%，其中工艺装备的准备阶段中有70%-80%的时间用于夹具的设计和制造。可见夹具设计与制造对于产品的开发周期、产品上市时间有重大影响。为了适应多品种、中、小批量生产模式对夹具快速设计的需求，越来越多的机械制造企业摒弃传统夹具设计方法而采用机床专用夹具。机床夹具是为加工某一零件的某一道工序而特意设计，具有刚性好、操作方便、结构紧凑、应用面广、使用量大等优点。由于机床专用夹具可以达到生产批量要求，他将成为机械制造生产企业赢得市场和提高生产率的主要途径。传统的机床专用夹具设计是以经验依据的设计方法，需要经验丰富的夹具设计人员来完成，劳动量大，设计时间长，修改不易，越来越不适应市场需求。同时，根据统计可知超过70%的夹具设计都来源于对现有的相似夹具的改造。机床专用夹具的设计也不例外。而一些大型三维CAD软件如UG、Pro/E、Soildworks等均未提供专用的夹具设计模块。为此，很有必要利用CAD软件开发出快速、准确绘制、装配和管理参数化机床专用夹具设计系统，以提高夹具设计效率和规范性，实现夹具设计经典适用，满足快速响应市场需求的目标，该项研究有利于企业获得良好的经济效益和社会效益。1.2 CAD/CAM的介绍CAD/CAM技术是围绕产品的设计与制造相对独立发展起来的，在早期应用中，常常以独立的形式出现，并独立发挥作用。但在产品整个设计制造过程中，各个环节又是紧密相连的。经过多年的发展，CAD/CAM技术形成了一些具有环节针对性的单项技术，其中代表性技术有：计算机辅助绘图（computer aided graphics,CAG）;计算机辅助工程分析（computer aided engineering,CAE）;计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning,CAPP）;计算机辅助数控编程（number control programming,NCP）;计算机虚拟制造（virtual manufacturing,VM）。 如果将每项技术作为独立的系统运行，一方面需要在各系统之间进行频繁的数据交换，另一方面还需要频地在各系统间进行切换。人们自然会想到将与产品设计制造的各环节相对应各个单项技术集成在一个大系统中，实现数据与功能的自动连接，这样可以大大提高效率。集成后的系统，输入的是产品的设计参数，输出的是控制数控设备动作的加工程序。这种集成多项功能的计算机辅助设计制造系统就是CAD/CAM集成系统2。1.3 CATIA简介CATIA V5（Computer Aided Tri-dimension Integrated Analysis V5）是法国达索公司（Dassault System)开发的基于Windows NT/2000/XP操作系统的高端CAD/CAM/CAE软件，它涵盖了产品开发的全过程，提供了完善无缝的集成环境【3】。CAD/CAM/CAE技术在问世之后几十年里对各行各业的产品设计产生了极大的影响，尤其是进入21世纪以来，我国的汽车制造和航空工业的迅猛发展，功能强大的软件随处可见，其强大的功能可以使企业降低成本，缩小新产品开发的风险【4】。今天已经很难想象没有软件支持将如何设计像飞机、汽车这样复杂的产品。CATIA软件不仅是航空航天、汽车领域中市场占有率最高的CAD/CAM软件，在造船、建筑领域也得到了广泛的应用。一旦用户掌握了其参数化设计方法，建立自己的常用零件库，将会进一步提高设计的效率。法国达索公司推出的CATIA V5计算机辅助三维互动应用系统是高级计算机辅助设计、制造和分析软件，具有统一的用户界面、数据管理和应用程序接口，兼备了其他优秀软件的特点，广泛应用于航空航天、汽车、机械及电子设备等行业。庞大复杂的波音777飞机即是采用CATIA系统的杰作。面前国际上主流的汽车制造业和飞机制造业无一不采用CATIA作为其设计手段。CATIA系统的应用前景十分广泛。第二章 参数化设计2.1 参数化设计简介 CATIA参数化设计主要就是对一些标准件进行设计，把标准件的所有参数集中起来形成一个数据表格，建立自己常用的零件表格。在实际应用过程中只要找到相应的参数，就可以得到不同尺寸的标准件。所以参数化设计不仅形象的展示了产品的规格变化，而且大大提高了工作效率。2.2 参数化设计方法参数化设计是用图形集合约束来表达产品的几何模型，将模型的一部分或几部分尺寸约束做为参数与几何约束相关联，利用尺寸驱动的功能来改变产品的几何模型。在参数化设计中，设计者只需要将零件的关键尺寸定义为某个参数，通过参数的修改就可以实现对产品几何模型的修改和优化。在产品参数化建模时，先分析零件的造型特征并且提取模型特征参数，接着就可以定义用户参数和公式，进行参数化建模，最后对模型进行检验。在建立参数后，零件上的每一个参数都可以与零件的尺寸相对应，这样在改变参数时，零件的实际尺寸也会相应改变，这样同一种零件的所有规格我们就很容易得出。2.3 参数化设计思路在进行参数化设计之前，我们就要找到所设计的标准件的规格参数，了解零件的结构，然后我们就取其中的一组数据做为建模的参数（本文所取的起始参数均为设计表第一组参数）画出相应的零件图。然后新建若干尺寸参数f(x),把参数与三维图零件的各尺寸部位对应起来，最后建立参数表格，把零件的所有参数都输入到表格中，确定完毕后，驱动表格中相应的参数，就可以得到不同尺寸的零件了5。2.4 定位销参数化建模及其实现方法基于特征参数化设计的关键是特征及其相关尺寸和公差的表述，包括数据特征描述、规则特征描述及关系特征描述。数据特征描述包含特征的静态信息；规则特征描述定义特征的设计和制造特性；关系特征描述定义特征间的相互依赖关系或定义形状特征间的位置关系。形状特征实际上是几何实体的无任何语义的结构化组合，形状特征与特征（语义特征）间是一对多的关系，这体现了特征的应用多视角性。参数化设计的关键在于参数、公式、表格和特征等驱动图形以达到该表图形的目的，在CATIA V5中可通过3种方法实现参数化建模。2.5 利用系统参数与尺寸约束驱动定位销零件图利用的参数化CAD软件，如CATIA，UG，ProE等都具有完善的系统参数提取功能，能在草图设计时，将设计人员输入的尺寸约束作为特征参数保存起来，并且在此后的设计过程中可视化对它进行修改，从而达到最直接的参数驱动定位销模型的目的。用系统参数驱动的图形的关键在于如何从实物中提取的参数转化为CATIA中用来控制三维模型的特征参数。尺寸驱动是参数驱动的基础，尺寸约束是实现尺寸驱动的前提。三维参数化建模的好坏很大程度上取决于三维图形中的尺寸约束与实物参数的符合程度【1】。第三章 定位销参数化建模 本章将详细介绍固定式定位销参数化建模的方法。主要举例说明的为固定式定位销A型中的D310mm，其他类型未做详细介绍。3.1 技术条件（1） 材料：D18mm T8 按 GB/T1298碳素工具钢技术条件；D18mm 20 按 GB 699优质碳素结构钢钢号和一般技术条件。（2） 热处理：T8钢HRC55-60；20钢渗碳深度0.8-1.2mm，HRC55-60。（3） 其他技术条件按GB/T22591991机床夹具零件及部件技术条件。 标记示例：D=15mm，公差带为f7，H=26mm的A型固定式定位销：定位销A15 f726 GB 220380 3.2 固定式定位销工程图及参数 图3-2、表3-1是A型固定式定位销的结构工程图和尺寸参数，表格中所显示的参数即是需要参数化的对象6。 图3-2型固定式定位销工程图 表3-1 固定式定位销尺寸参数 根据以上的工程图以及结构参数，我们可以对该定位销进行参数化建模，需要进行参数化设计的是D、H、d、D1、L、h、h1、B、b、C、C1 共11个参数。3.3 固定式定位销参数化建模 以A型 D310mm固定式定位销为例，下面是参数化建模的详细过程。（1）启动CATIA V5软件单击开始机械设计零件设计，选择xy坐标面，进入草图设计模块，绘制如图3-4所示的“草图1”。图3-3 草图1 图3-4 凸台1 单击“凸台”命令按钮，弹出如图3-4所示的对话框。选择类型为“尺寸”、长度为5mm，轮廓为“草图1”，单击“确定”按钮，生成如图3-4所示的“凸台1”。（2）单击“倒角”命令按钮，弹出如图3-5所示的对话框。选择“凸台1”上边线做为倒角轮廓线，长度1为2mm，角度为15deg。形成如图3-5所示的“倒角1”。（3）选择“凸台1”的下表面做为基准面，进入草图绘制界面，以原点为圆心，绘制如图3-6所示的“草图2”。单击凸台命令按钮，弹出如图3-7所示的对话框。类型为“尺寸”、长度为3mm，轮廓为“草图2”，单击“确定”按钮，生成如图3-7所示的“凸台2”。图3-5 凸台1倒角1 图3-6 草图2 图3-7 凸台2 （4）选择“凸台2”的下表面，以原点为圆心绘制如图3-8所示“草图3”。单击凹槽命令按钮，弹出如图3-9所示的对话框。类型为“尺寸”深度为0.25mm，轮廓为“草图3”，单击“确定”按钮，生成如图3-9所示的“凹槽1”。图3-8 草图3 图3-9 凹槽1 （5）选择凹槽1底面，以原点为圆心绘制如图3-10所示的“草图4”。单击凸台命令按钮，弹出如图3-11所示的对话框。选择类型为“尺寸”、长度为2.25mm，轮廓为“草图4”，选择反转方向，单击“确定”按钮，生成如图3-11所示的“凸台3”。图3-10草图4 图3-11 凸台3 （6）选择“凸台3”的下表面为基准面，以原点为圆心绘制如图3-12所示才“草图5”。单击凸台命令按钮，弹出如图3-13所示的对话框。选择类型为“尺寸”、长度为6mm，轮廓为“草图5”，单击“确定”按钮，生成如图3-13所示的“凸台4”。图3-12 草图5 图3-13 凸台4 （7）单击倒角命令按钮，选择模式为“长度1/长度2”，长度均为0.25mm，要倒角对象为“凹槽1”底面边线，单击“确定”形成“倒角2”，如图3-14。单击倒圆角命令按钮，倒角半径为半径为0.3mm，要圆角化的对象为“凸台4”和“凹槽1”的交线，单击“确定”形成“倒圆角1”，如图3-14所示。图3-14 凹槽里倒角2和倒圆角1 （8）单击倒角命令，选择模式为“长度1/长度2”，长度均为为0.25mm，要倒角对象选择“凸台4”和“凸台3”的交线，单击“确定”按钮，生成“倒角3”。单击倒角，命令选择模式为“长度1/长度2”，长度均为0.4，要倒角对象选择“凸台4”的下表明边线，单击“确定”按钮，生产“倒角4”。如图3-15。 图3-15 凸台4上的倒角3和倒角4 （到这里固定式定位销的建模已经完毕，下面将进行参数化设计）图3-16 新建参数并设定起始值（9）单击命令按钮，弹出如3-16所示的对话框，新建参数类型选择长度。单击11次新建参数类型，新建11个参数，更改参数名和设定初始参数值并逐个应用。单击“确定”按钮。.（10）找到参数所对应的草图或实体，右击对象编辑公式（图3-17），打开如图2.3.17所示的对话框。零件几何体凸台.1草图.1半径.1半径，在特征树关系中选择“D”（注上面的关系显示的是半径，所以这里需要填“D/2”）。单击“确定”按钮，然后会发现标注参数数值旁边会出现f（x），如图3-18所示。 图3-17 编辑公式 图3-18 确定关系式 同理，把特征树中的参数全部与相应的草图或实体对应起来。 （注：1、其中L用凸台4定义，关系式为L -H -E +F 2、凹槽1下的草图3应该用d /2+I +I 定义）（11）所有的约束都编辑完毕后，单击图标，打开如图3-19所示的对话框，选择“使用当前的参数值创建设计表”，单击“确定”按钮，弹出如图3-20所示的对话框，在过滤器类型中选择“用户参数”选择参数，逐个点击图标，把参数插入到右边的空白处。（注：E、F、I参数是辅助参数，不是要参数化的对象，不是要插入的参数）单击“确定”按钮。 图3-19 创建设计表 图3-20插入参数值 (12) 如图3-21保存参数表，单击“保存”按钮。自动弹出图3-22所示的对话框，单击“编辑表”按钮会自动弹出Excel表格。如图3-23所示，对弹出的Excel进行编辑。在第一列插入一列单元格，在第一个单元格上输入“PartNumber”,并在该列下输入各个参数编号，然后逐个输入参数值，保存表格。图3-21选择参数表保存位置 图3-22 未编辑的参数表图3-23编辑参数表并保存 (13) 关闭表格后，会自动弹出如图3-25所示的对话框，这样任意单击设“设计表1”的一组参数，就会得到该参数对应下的定位销。关闭设计表，会发现前面所编辑的设计表就会出现在特征树“关系”下面。如图3-23。 图3-23 编辑后的参数表和特征树的变化 图3-23 编辑后的参数表出现在特征树函数关系下保存定位销设计图，到这里该定位销的参数化建模全部完成。依照本章所介绍的方法，可以对其他类型定位销进行参数化建模，如可换式定位销、定位插销、偏心定位销等。第四章 零件库的建立4.1 功能模块介绍CATIA的Catalog是一个多任务能的库文件，可以是产品、零件、特征、设计规则等把设计中可以重复使用的资源，最大化集中起来，在其他产品的设计中加以应用加逞了产品的设计效率，避免重嬍设计。廓Ctahog暯一个CATIA的文件类型，文件名后缀“.Catalo”，通过它可以快速预觊并获得其仔的CATIA文桡、结构特征（Features），它用“章节”、“子章节”和“关键字”来清晰地给文字或结构特征进行分类管理，便于检索眬斧将创建一Catlog库文件对标准仴库知识系统进行分类管理。4.2 定位销零件库的建立本章将详细介绍宺位销零件库的建竉，包括小定位销、固定式定位销、可换式定位销、定位插销、阶型定位销、偏心定位销、定位衬套定位心轴。 图4-1 新建Catalog文件（1）单击CATI聁文件菜单，新建文件，文件类型为AatalgDocument，如图4-所示。 （2）单凹右侧的“添加零糺列命令”选择剭面所焻的定位销参数化模型，如图4-2所示。 图4-2 选择打开定位销零件图（4） 双击“零件系列2”，点击上方的“预览”就可以看见不同尺寘类型的宊位销零件，如图4-3。保存所得到的定位销零件库。 图4-3 形成定位销零件库4.3佅销零件库总览以上是定位销零件库建立的详细步骤，其他类型未偞详细介绍本节将展示所有籹型定位销的零件库。1、 小定位销A型B型 图4-4 小定位销零件库（共12种）2、 固定式定位销 图4-5 固定式定位销A型（D310mm 共6种）A型 A型 图4-5 固定式定位销A型（D3-10mm） 图4-6 固定式定位销A型（D1018mm 共6种） 图4-7 固定式定位销A型 （D18mm 共15种）B型 图4-8 固定式定位销B型（D310mm 共6种） 图4-9 固定式定位销B型（D1018mm 共4种）3、 可换式定位销A型 图4-10 可换式定位销A型 （D310mm 共6种 ）图4-11 可换式定位销A型（D1018mm 共4种） 图4-12 可换式定位销A型（D18mm 共15种）B型B型 图4-13 可换式定位销B型 （D310mm 共6种）图4-13 可换式定位销B型 （D310mm）图4-14 可换式定位销B型 （D1018mm 共4种） 图4-15 可换式定位销B型 （D18mm 共15种）四、定为插销 图4-16 定为插销 （共60种）五、阶型定位销 图4-17 阶型定位销 （共30种）6、 偏向定位销 图4-18 偏向定位销 （共4种） 七、定位衬套图4-19 定为衬套A型 （共27种）A型A型B型 图4-20 定位衬套B型（共27种）八、定位心轴 图4-21 定位心轴（共7种） 图4-22 总零件库（共20个系列） 第五章 定位销的简单应用5.1应用简介 定位销在机械制造行业有着十分重要的应用，尤其在模具设计中应用最为广泛，包括冲压模具，注塑模具等等。他们的精度都要求的特别高，而如果是仅仅靠螺栓来固定模板的话肯定是不行的，所以只有借助定位销来达到定位的目的，或是防止安装位置、方向的错误等等。还有定位销在一些机械的设备中都有一定的应用，主要用于基于二维空间的位置确定。本章借助CATIA三维制图软件制成简单的装配图，来介绍定位销的应用。5.2应用装配简介5.2.1固定式定位销组合 图5-1 固定式定位销组装工程图 如图5-1所示，固定式定位销主要是限制基体在XYZ方向上的移动和旋转，根据上图，我们可以得到其装配三维图。如图5-2所示【7】-【8】。图5-2 固定式定位销组合剖视图和爆炸图5.2.2可换式定位销与定位衬套组合 图5-3 可换式定位销与定为衬套组合工程图如图5-3所示，可换式定位销与螺母配合，这样在基体中的定位销就可以自由拆卸，方便加工。定为衬套的作用主要是保护定位销与基体之间的磨损，起保护作用，根据工程图，我们可以得出其三维装配图，如图5-4所示。图5-4 可换式定位销与定位衬套组合装配图和爆炸图5.2.3定位插销与定位衬套组合图5-5 定位插销与定位衬套组合工程图如图5-5所示，加工对象（图中圆柱体）放在下面的V型块上，定位插销与工件上面的孔进行配合，这样可以对工件起定位作用，防止工件的转动。加工零件时，可以卸下定位插销，这样不会影响对工件的加工。定位衬套与定位插销进行配合，可以有效地减小基体对定位插销的磨损，对其起保护作用。根据图5-5，我们可以得到定位插销与定位衬套组合的三维装配图9。如图5-6所示。 图5-6 定位插销与定位衬套组合装配图与爆炸图结 论我国机械制造行业的高速发展，对一些零部件的采购力度的加大，对我国机械制造行业带来了新的机遇和挑战，而针对企业产品的CAD系统，可大大缩短产品开发的周期和工作量。本文针对以上问题做了以下几点总结：（1） 介绍了CAD系统的基本概念和发展，总结了CAD技术以及定位销等标准件在产品开发和设计中的发展趋势，据此分析基于CATIA平台下进行参数化设计的意义。（2） 阐述了参数化设计的思路和方法，比较了参数化设计的几种方法，总结了基于特征参数化建模的过程（3） 详细的阐述了定位销零件的参数化过程（4） 介绍了定位销零件库的建立方法以及零件库的管理，展示了定位销的所有零件库和定位销的总零件库。（5） 通过对固定式定位销、可换式定位销、定位插销以及与定位衬套的简单配合，阐述了定位销在实际生产制造中的应用。 致 谢值此论文完成之际，我要深深感谢我在大学期间给予我关怀和帮助的人们。本论文是在指导老师孔晓玲教授的悉心关怀和亲切指导下完成的。在此论文完成之际，谨向指导老师孔晓玲教授致以深深的谢意，她对学生高标准，严要求，她不仅向我传授知识，更注重启发我的思维和思考方法，培养我的科研能力。孔教授严谨的治学态度和对问题深邃的感知能力，给我们留下了深刻的印象，让我受益匪浅。在这里谨向孔晓玲教授致以崇高的敬意和衷心的感谢！最后，作者向在本科期间所有曾给予过我关心与帮助的老师和同学们表示衷心的感谢！感谢诸位专家、学者在百忙之中抽出时间阅读本文。参 考 文 献1.沈燕辉，邹凌华，戴礼强，赵行阳，赵福全.基于CATIA标准件参数化设计及标准零件库的建立：吉利汽车研究所，2009（9）2.刘军，李永奎，陶栋材.CAD/CAM技术及应用.北京：中国农业大学出版社，2013（8）3.李学志，李若松，方戈亮.CATIA实用教程.第2版.北京：清华大学出版社，20114.张学文，郑午，刘文彦.CATIA机械零件参数化设计.北京：机械工业出版社，20135.毛春升.基于CATIA的零件参数化建模技术研究与系统实现：学位论文，武汉：武汉理工大学，2007（5）6.王光斗.机床夹具设计手册.第3版.上海：上海科学技术出版社，2000（11）7.朱奇志，唐玉如，李志仁.机床夹具零件及部件生产图册.北京：机械工业出版社，1109吴宗泽，高志，罗圣国，李威.第4版.北京：高等教育出版社，2012（5）10.Borko H，Bernier C LIndexing concepts and methods .New York:Academic Pr,2006耍Title Paremeterized design basedon CAV聉A positioning Pin $ ! ! Abs|ractthe dowel in the automobile, engine, clutch, mtrcycle, conectine rod, and manyther manuf