基于CATIA支撑件的参数化设计

1、本设计是独立自主完成并顺利通过答辩，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我3103064563，我存有该设计的全部电子档，旨在互相帮助，共同进步，共同探讨新的研究方案，维护社会主义文明，建设社会主义和谐社会。毕 业 论 文论文题目 基于CATIA下支承件的参数化设计 姓 名 000000 学 号 0000000000 院 系 经济技术学院 专 业 机制3班 指导教师 0000000 职 称 教授 中国·合肥二o一五年六月目 录摘要：2第一章 绪论21.1 CATIA技术特征和应用介绍21.2 三维参数化建模的特点3第二章 参数化设计32.1 参数化设计的

2、理念与应用32.1.1 设计的概念32.1.3 参数化设计的应用42.2 毕业设计选题的背景、设计方法、目的和意义42.2.1 设计及选题的背景和设计方法42.2.2 设计的目的和意义4第三章 支承件的三维实体建模43.1 支承件 43.2 建模过程53.2.1、支承板A型53.2.2、球形调节支承83.2.3 零件建模11第四章 参数化设计134.1支承件的参数化134.2 球形调节支承参数化设计164.3、常见错误21第五章 零件库225.1 零件库的定义与发展225.2零件库的建立225.3 零件库的用途25结论25致谢26参考文献26Abstract27基于CATIA支承件的

3、参数化设计作者：00000 指导老师：000000经济技术学院 机械设计制造及其自动化 合肥230036摘要：参数化设计是现代三维软件的核心技术，利用参数化设计手段可以使设计人员从大量复杂的设计、计算和绘图工作中解脱出来，提高了设计效率。参数化设计的本质所在是参数可变的情况下，系统能够自动保持所有的约束参数。机床夹具零部件在机械行业应用相当广泛，零件相似性高，每次设计都需要根据不同尺寸重复性设计，使设计人员大部分精力集中在绘图上，设计周期比较长。而我们利用catia进行参数化设计，可以加速零部件设计过程，从而使设计人员精力集中在机构和性能的设计上。 本论文着重描述了基于catia下对机床夹具支

4、承件进行参数化设计以及支承件零件库的建立，对支撑件的三维建模过程的了解，从而实现参数化设计以及支承件的数据库建立。 关键词：机床夹具零部件，支承件，catia，参数化设计，数据库 第一章 绪论1.1 CATIA技术特征和应用介绍 CATIA是法国达索公司的开发的产品之一。它可以帮助制造商设计他们所要求的产品，并支持项目的具体设计、模拟、组装、零件到维护在内的全部工业设计流程。CATIA具有一致的用户界面、建模技术以及数据库的建立与引用。采用参数化造型技术，允许用户指定参数化设计、几何或功能化约束的参数设计。它具有卓越的智能机械产品设计、有限元分析、数字化虚拟样机、装配组装等强大的功能模块，CA

5、TIA V5的知识智能模块更好地解决了长期困扰各行业的知识重复利用和相似参数造型创造的问题。它通过特征树及各种视图工具，使得三维参数化设计中的建模更加简单而且易学。目前通用的CAD/CAM软件大多数都具有参数化建模的功能，但是有些却不尽人意，它需要通过与软件的接口编程来实现，过程过于复杂，要求开发人员具有较高的专业编程水平;有些甚至则不能进行可视化的操作.而且需要设计人员熟练掌握软件的大部分命令和操作。CATIA V5的可视化工具能使设计人员在三维视角的环境下，高效率地完成三维建模工作。【1】1.2 三维参数化建模的特点参数化建模的关键是利用参数、公式、图表、尺寸等驱动图形以达到一定要求的尺寸

6、模型目的，使用三维参数化而不是使用二维参数化，它的区别在于三维模型更能清晰地展现实物的正视图俯视图侧视图的全方位观测，其模型的参数也能更好地说明模型的特征参数。三维模型的视图可以从任意方向360度的观看模型任何一面或者任何一角，比二维模型的更加直观更加明朗，使设计人员将工作重心主要集中在放在零件结构设计及零件性能优化方面。参数化设计一直都是设计人员探索的问题，其关键是如何用模型的特征、尺寸等参数来创建相应的实物三维模型，利用特征参数只要一发生改变就能够自动地反映到三维模型中。参数化设计不仅仅给机械产品中的常用标准件和系列化产品的设计带来了非常大的便利，首先需要用参数的形式表达出来，在由用户需要

7、的尺寸与特征及时反映到零部件中去，并能指导快速生产。总之，三维参数化建模技术是机械行业不可缺少额一部分，是加快零件生产和加快工业化的一个关键步骤，既加快了生产又减少了劳动力，使技术人员有更多精力去研究结构优化性能。【2】第二章 参数化设计2.1 参数化设计的理念与应用2.1.1 设计的概念参数化设计也称变量化设计，它是机械领域里的一大研究热点。近十年来，国内外从事CAD研究的专家对其投入了大量的精力与时间，其原因是因为参数设计越来越需要适合时代的发展。草图设计是将用户故而出的尺寸进行参数特征化，对实物进行尺寸约束，将约束了的尺寸进行固定，将未约束的尺寸可以进行自由改变，建模过程中用户可以从多种

8、角度全方位的观察模型设计，草图编辑也更加方便明了，是用户在三维的空间里更加的自由发挥。参数化设计技术是可以快速的有效的进行软件模型额开发，二次开发，有必要对参数化设计的过程结果做出进一步研究与讨论。目前，参数化设计还有不少下需要完善的方面，我国的对于这方面虽然已有显著成绩但是与发达国家相比还是有很大差距， 本文提出了支承件的参数化设计。在实际设计的过程中，过度约束或者矛盾约束问题是经常遇到的，约束问题的解决以及应对方法，可以在实际过程中进行解决参考。 本文提出了约束方法和问题以及解决方法，可以使约束问题参数化问题的过程变得更简单，并可使参数化设计的建立更加轻松容易。【3】 2.1.3 参数化设

9、计的应用(1)应用catia进行三维参数化设计,很容易的进行参数化建模以及数据的重新处理 ,提高了视图的多角度观看，很容易的从设计步骤基础开始一步步建立参数发展，很容易进行设计的比较，使设计与质量提高的更多，效率大幅度提高。(2)因为catia的三维实体是参数化的,可以从二维试图改变三维视图，也可以从三维视图反过来观察二维图的不足，可以将二维与三维之间不断地改变与对比，使其更直观。(3)能自动计算零件的参数变化,使设计人员无需复杂而操作，可以直接改变数据库或者调用数据库，从而改变参数达到指定的形状，也能进行数据之间的运算，如加减乘除等使工作更加省时又省力。(4)可以直接调用零件库或者下载数据库

10、，从中直接得到所需的常用件和标准件等系列化的产品。【4】2.2 毕业设计选题的背景、设计方法、目的和意义2.2.1 设计及选题的背景和设计方法本次设计的支承件是机床夹具的零部件之一支承件，其参数化设计可以使零件整体性直观性的设计出多种参数化设计，使零件更加便捷的设计出来，减少了设计人员的繁琐工作，加快了工作效率，无需做多余重复的工作，参数化支承件加速了零件的绘制过程,减少了人员的重复性劳动使人员的精力用于机构与性能的设计上。程序版本及运行环境Windows xp、Catia V5R20。2.2.2 设计的目的和意义通过这次毕业设计，预期达到以下目的：1）机床夹具支承件的设计计算2）支承件的三维

11、实体建模3）支承件的参数化设计与零件库的建立夹具设计是一门实践性很强的学问，若想对它融会贯通，还需要长期的生产实践经验。在毕业设计中，需要将大学四年的相关知识进行汇总和复习，既可以加深对已学知识的理解，又可以从中发现不足同时，也可以加强创新以及动手能力的培养，加强独立分析和解决问题的能力，因此，本次支承件的设计有非常重要的现实意义第三章 支承件的三维实体建模3.1 支承件 （1） 固定支承，有支承釘和支承板两种形式的支承件，实用中他们都是固定不动的。当工件是粗糙不平的粗基准定位时，要准确的采用球头支承钉。齿纹头支承用在工件的侧面，它可以增大摩擦因数，而且能够防止工件滑动。而

12、工件以加工平面定位是可采用平支承板。 为保证各固定支承的定位表面严格共面，装配后，要将其工作表面一次性磨平，不会出现滑动等意外（2) 可调支承，是指可以调节高度的支承件。调整时要先松开再调，调好后再将防松螺母锁紧。 可调支承主要用于工件以粗基准面定位、或者定位基面的形状复杂（如成型面、台阶面等），以及各批毛坯的尺寸、形状变化较大时的情况。可调支承每一次加工前都需要调整一次。在同一批工件加工中，它的使用是与固定支承相同的性能。（3)自位支承又称浮动支承在工件定位过程中，它能自动地调整位置，其特点是：支承件可以因定位基准所在的不同位置改变而变化，定位基面只要一点下降

13、，那么其他的点便会与之相反而上升，甚至于每一个点都能与其接触。随着接触的数量越多，可以更好的提高了工件的装夹强度和固定性，但其作用仍可以当做一个固定支承，只限制工件一个自由度。（4）辅助支承 辅助支承用来提高工件强度和固定性但是不起定位作用。另外，辅助支承还可以起预定位的作用。常见的辅助支承有：螺旋式辅助支承、自位式辅助支承和推引式辅助支承。【5】3.2 建模过程3.2.1、支承板A型技术条件：（1） 材料：T8按GB 1298-86碳素工具钢技术条件。（2）热处理： HRC55-60。（3）其他技术条件按GB 225980机床夹具零件及部件技术条件。标记示例：H=20mm，L=12

14、0mm的A型支承板建模过程 (1)进入CATIA“机械设计”模块，点击“草图编辑器”，进入草图设计，参考右图的零件尺寸与图例3-1图3-1表一（2）绘出零件草图如下图所示，先制作支撑板的整体轮廓，给出约束图3-2 图3-3（3）退出草图编辑器，对图形进行“凸台”操作，再制作倒角，之后以支撑板顶面平面进入草图编辑，画出准备制作的圆形轮廓如图3-3所示（4）退出草图编辑器，进行“凹槽”功能，同理进入草图，选择凸台的一面为平面进入草图，再制作里面的圆形孔洞。注意圆的尺寸与图形之间的联系，标出能确定位置关系的约束，退出草图进行“凹槽”功能，得到所需的支承板，如图3-4所示。图3-4 图3-5（5）再进

15、行内里的凹槽制作，先可以以之前的大圆做投影确定圆心，做出需要尺寸的圆，注意约束标注最好能够将圆确定住，防止参数化后图形的变形，完成之后的图形如图3-5所示3.2.2、球形调节支承技术条件：（1）材料：45（2）螺纹按3级精度制造（3）表面发蓝或其他防锈处理（4）热处理：淬火HRC4348表2图3-7（1）首先观察图形，d为该图形的螺纹公称直径，L是其总长度，注意根据d1确定d2的具体位置，是因为要做旋转体所以只要做中心线的一半草图，所以先画出如图的图形轮廓，注意每个尺寸的标注，做好约束，好避免以后参数化出现各种错误（2）退出草图编辑器，对图形进行旋转得到右图所示图形，接下来选择与地面垂直的平面

16、进入草图编辑，因为上图的圆是以坐标原点为圆心，所以在作图时打孔的圆就能更容易的确定，因为是同心圆所以画出如图3-9所示图3-9（3）退出草图编辑器利用打孔或者凹槽功能,选择“直到最后”，因为平面在球体中间，所以还要点击“更多”，在新的页面同样选择“直到最后”，最后将图形最底面以倒圆角来做出要求的倒圆角，生成的图形如下图图3-8图3-103.2.3 零件建模同理支承件的其他零件制作方法相似，下面给出其他支承件的图示：支承板B型图3-11支承板B型支承钉A型图3-13支承钉B型图3-14支承钉B型螺纹调节支承中的支承图3-16调节支钉中的螺钉图3-15调节支承图3-18带v形块的螺纹调节支承中的支

17、承图3-17推引式辅助支承中的支承图3-12第四章 参数化设计4.1支承件的参数化利用草图编辑，零件设计，零件库建立等功能，我们可以很容易地进行零件的参数化设计，并建立相应的三维零件库，我们还是以支撑板A型为例对其进行参数化。（1） 首先点击，打开参数创建对话框。点击“新类型参数”，选择“长度”、“单值”，输入“L”，“60mm”，即可新建参数L。同理建立参数B=16mm。此时参数定义完成，可在结构树中看见建立的参数, 如图4-1所示图4-1（2）将各种参数与对应的约束进行关联，在草图界面，双击约束右击选择“编辑公式”，打开“公式编辑器”， 选择“参数长度B”，可对支承板的宽度进行参数关联。同

18、理对支承板的高度进行参数关联。约束边的f（x）表示关联成功，如图4-24-3所示：图4-2图4-3结构树会出现如上的关系公式。（3）创建设计表，使用当前的参数值创建设计表，将左侧新的参数插入到右侧参数中。图4-5（4）最后将表格填入Excel表中，得到设计表，注意Excel表中要在第一列插入PartNumber列，并在下面依次填入序列号。【6】图4-64.2 球形调节支承参数化设计（1）根据3.2.2的球形支承建模得到模型，然后点击，会出现如图所示的公式：参数的对话窗口，将表2的数据全部输入且与相应符号对应。编辑完成后点击确定。成功后出现在左侧显示有参数列表 图4-7（2）之后对每一个草图和三

19、维结构进行编辑，如下图所示先进行草图6的参数化关联，先选中其中一个约束，双击约束尺寸，出现尺寸编辑，右击点击“公式编辑”选项，进入下图的公式编辑器将对应的参数进行关联，直到每个约束边出现个小f（x）表明已经与某个参数关联图4-8 （3）接下来的草图9与倒角都可以与上述步骤类似，将参数与约束关联，这里就不具体说明了，将参数化的草图9与倒角图示如下图图4-9 （4）将所有参数关联后，接下来点击会得到如下图所示的窗口创建图表，然后将左边新的参数插入到右边，图4-10图4-11（5）最后会出现个设计表，此时点击编辑表，将建模中表二数据填入出现的excel表中，最后得到设计表如图所示，只需要双击设计表中

20、的任意一组数据就能得到相应的尺寸的图形图4-12根据上述所建立的支承板的参数化设计，其他支承件的参数化大体相同，这里就不一一列举了4.3、常见错误catia运用中常出现以下各种错误，及其解决方法：1）catia参数化之后常常出现约束过少的问题，导致图形出现各种变形、错误等问题解决方法：在所在的错误数据图形页面当中的每个草图进行排查，观察每个草图是否图形相似，是否只是与原图尺寸改变，将错误的图形进行约束使其满足只改变尺寸不改变大体形状（2）参数化改变数据后图形尺寸没有变化解决原因：为变化图形数据是否参数化，观察是否参数没有关联，最后看数据表是否与参数关联（3）镜像后的图形在参数化后图形变位解决原

21、因：图形镜像是根据轴线变化的，保证镜像后图形的位置必须把轴线也要约束，先确定轴线的位置才能确定镜像的位置。（4）参数化之后图形的位置不在坐标原点了解决方法：需要将坐标原点的相关图形进行约束固定才能保证图形围绕原点。【7】第五章 零件库5.1 零件库的定义与发展零件库是为三维模型进行参数化设计的结果，他是为机械或者装配件提供零部件的数据库之一，技术人员可以直接从中调取所有数据库中的零部件为己所用，虽然尺寸可能有些差距，但是仍可以通过调用三维模型进行零部件的修改，而且仅仅只需要通过改变参数数据的变化，就能将零部件模型修改为所需的零部件，技术人员还可以定时更新下载数据库从而能够保持零件库的最新信息与

22、最新数据。【8】5.2零件库的建立参照第五章打开catia新建CatalogDocument文件， 添加零件系列，选择所画的所有零件图一一添加上去,将得到所有零件集合的零件库，如下图所示：图5-1图5-2图5-3图5-4图5-5图5-6图5-7图5-8图5-9图5-10图5-115.3 零件库的用途用常用的或标准的零部件，经过参数化建模后，汇总其模型建立零件库，在设计过程中需要常用件或标准件，我们就可以直接调用或者直接进行修改后再进行使用。技术人员之后可以直接从系统数据库或者更新下载最新数据库获取所需的零部件。根本不需要繁琐的工作。对于工厂和供应商，零件库可以满足对于客户要求的需要快速做出相应

23、的零件，行业可以对相似的零件快速做出反应，让技术人员专注于性能的优越上和结构的优化上。【9】面向设计常用的标准的零部件库有以下两种功能：(1) 利用参数化建模建立数据库设计人员在进行装配或者大型机械设计时，需要其中的大量常用件与标准件，且需要大量尺寸，此时可以从数据库中直接调取出来进行装配使用。 (2) 参数化的直接对比设计人员设计相似的零件或机械时，可以将不同的尺寸数据替换到参数化表格中，对参数化的零件不断筛选，从中可以容易看出结构的合理与不合理，是否存在任何的问题，对于零件的优化更加快速方便。【10】结论随着生产力的发展，科学技术进步的需求，工业和科技的现代化要求机械行业必须不断的提供先进

24、而优良的装备，而在一般机械行业中机床所占的比重还是很大的，因为机床是制造许多及其零件的必需工具，机床的质量必然决定机械产业的发展，虽然我国机床工业已取得巨大成就，但是我国的工业机械行业仍处于发展阶段，与世界发达国家的水平相比还是有很大差距的，机床工艺水平过低和机床不稳定等，机床夹具的零件参数化设计大大提高工作效率，使技术人员更专注于机床的开发与性能的设计上。机床夹具所有零件均可用参数化设计，便于在初始设计和运动仿真以及装配设计上的随时改变，实现一个模型多种形状的参数化设计。利用CATIA V5软件进行多种角度视角观察设计，可以在产品的初始阶段对不需要的结构和较差的性能进行改变，比如模型的随时调

25、用随时改变随时组装，而且，这样的廉价便捷设计可以更加多的解决不必要的多余操作，既使工程师更容易使用与改变，又能给与其更多的时间优化结构性能。致谢通过三年的机械专业学习，了解了我国工业发展的辉煌成就，但和发达国家相比还有一定距离，我在大学四年的学习中已基本掌握专业技能，具备了一个大学生应有的专业技能素质，系统学习了机械制图、机械原理、机械设计、电子技术、电工技术、数控编程、公差与测量技术等专业课程，希望自己在以后的学习和工作中更加努力锻炼自己，检验自己掌握的程度，这次的设计就达到了这样的目的，使自己的理论与操作水平更上一层楼。非常感谢学校在毕业的最后时间学到了很多常识，此次设计不仅体现了我们对设

26、计的思虑，更重要的是对我们四年所学知识的应用和实践，使我明白了今后过程中的一般步骤和要领。此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的帮助，老师的帮助与教导才能让我完成这次论文，引导了我的前进，此次毕业设计不仅仅是对理论知识进行强化，更重要的是在此基础上又学到了许多新知识，对以前不理解的知识都有了新的认识。最后感谢我的父母，他们是我生存的起点，他们对我的希望与支持是我多年学习生涯的精神支柱和学习源泉，感谢他们对我的学业付出的巨大努力和辛勤劳动！ 参考文献1、 王晓友. 基于CATIA的三维参数化建模方法及其应用：发表文章，20132、 王光斗. 机床夹具设计手册 .第3版. 上海科学技术出

27、版社，20083、 张霞.面向产品设计重用的零件库研究：硕士学位论文.华中科技大学.20084、 曹运涛.PDM中产品结构和面向重用的零件库德研究：硕士学位论文.大连理工大学.2006.125、 马金英. 三维参数化设计应用：发表文章.山东.山东理工大学.2006.46、 陈靖芯,徐晶,陆国民,蔡兰.基于CATIA的三维参数化建模方法及其应用：发表文章.江苏. 江苏大学.2003.87、 陈酹滔.零部件参数化设计方法研究与系统实现：硕士学位论文.南京.南京理工大学.2003.128、 陈毅.基于SolidWorks二次开发的齿轮参数化系统设计. 期刊. 四川大学制造科学与工程学院.2009.2

28、9、 李学志，李若松.CATIA实用教程.清华大学出版社.2004.210、Kuang-Hua Chang,  Kyung K. Choi. A Geometry-Based Parameterization Method for Shape Design of Elastic Solids. Taylor & Francis Journal. 1992.Title Parametric design based on CATIA supportAbstractParameterized design is the core technology of modern 3D software, the parametric design method can free the designer from a large number of complex design, calculation and drawing work, improve