CATIA软件在产品三维设计中的应用

1、CATIA软件在产品三维设计中的应用摘要：叙述了CATIA .主要是CATIA V5等的相关概况.主要是：CATIA的发展与技术特点.CATIA的主要功能模块和如何运用Auto CAD进行三维设计 以及举例说明CATIA 在产品三维设计中的应用-在摇杆中的应用.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 -摇杆一.前言当今世界，在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的新形势下，全球制造企业之间的竞争日趋激烈，制造业对市场的快速响应（交货期）在工业发达国家已经成为竞争的焦点。特别是我国加入WTO后，随着汽车制造业保护年限的日益迫近，国内轿车生产企业要想赢得竞争，就要以市场为中心，以满足顾客需求为主线，以技术创新为驱动力，最快速的响应市场变化，并迅速赢得市场与用户。换句话说，企业就是必须以最短的产品开发时间（TTime）、最优的产品质量（QQuality

3、）、最低廉的制造成本和销售价格（CCost）、最好的技术支持和全过程服务（SService）、最佳的环保效果（EEnvironment）以及最快速的市场适应性（FFlexibility）来生产适销对路的产品（PProduct），即：“TQCSEFP”，去进入市场，占领市场，进而领导市场。面对不可预测、瞬息多变的市场，企业的生产活动必须具有高度的敏捷性（Agility）、动态性（Dynamic）和柔性（Flexibility）。随着信息技术取得了迅速发展，特别是计算机软硬件技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们以想不到的进步，各种现代先进设计制造技术应运而生，例如：计算机辅助技术（CAX

4、：Computer Aided Design、Manufacturing、Engineering ）、计算机集成制造（CIM：Computer Integrated Manufacturing）等，这些技术的出现和实施，为实现这一目标（TQCSEFP）提供了强有力的支持与保障。二.CATIA V5的发展和技术特点CATIA V5是IBM/DS在充分了解客户的经验、并积累了大量客户的应用需求后基于Windows核心重新开发的新一代高端CAD/CAM软件系统。CATIAComputer Aided Three & Two Dimensional Interaction Applicatio

5、n System，计算机辅助三维/二维交互式应用系统，自1999年3月法国达索系统（Dassault Systems）正式发布第一个版本即CATIA V5R1（CATIA Version 5 Release 1）以来，平均每年发布23个版本，到2003年4月发布的CATIA V5R11（CATIA Version 5 Release 11），模块总数出最初的12个增加到了146个。将原来运行于IBM主机和AIX工作站环境的V4版本彻底改变为微软Windows NT环境，99%以上的用户界面图标采用MS-Office形式，并且自己开发一组图形库，使得Unix工作站版本与Windows微机版具有相

6、同的用户界面。CATIA V5充分发挥了Windows平台的优点，一经推出市场后立刻就得到业界广泛的认可，被很多CAD/CAM领域的资深咨询专家评价为第四代CAD/CAM软件，代表了CAD/CAM未来发展的方向。CATIA V5在开发时大量使用了最新和最前沿的计算机技术和标准，其中包括基于JAVA 和Web技术、C+语言、面向对象的设计思想（O-O）、STEP-SDAI、OpenGL、OLE/CORBA和Visual Basic Journaling等，这使CATIA V5具有与众不同的鲜明的特点：单一的数据结构，各个模块全相关，某些模块之间还是双向相关；端到端的集成系统，拥有宽广的专业覆盖面

7、，支持自上向下（Top-down）和自下向上（Bottom-top）的设计方式；以流程为中心，应用了许多的相关工业优秀开发设计经验，提供经过优化的流程；创新的用户界面，把使用性和功能性结合起来，易学易用；独一无二的知识工程架构，创建、访问以及应用企业知识库，把产品开发过程中涉及到的多学科知识有机地集成在一起；先进的混合建模技术，建立在优秀的、可靠的几何实现原理基础上，具有领先的几何建模和混合建模功能；CATIA建立在STEP产品模型和CORBA标准之上，具有在整个产品周期内方便的修改能力，尤其是后期修改； CATIA提供多模型链接的工作环境及混合建模方式，实现真正的并行工程的设计环境；强大的电

8、子样机技术；开放平台，为各种应用的集成提供了一个开放的平台；面向设计的工程分析，作为设计人员进行决策的辅助工具，开放性允许使用第三方的解算器（如NASTRAN）；完善的加工解决方案，唯一建立在单一的基础架构上、基于知识工程、覆盖所有CAM应用；支持电子商务，支持即插即用（Plug Play）功能的扩展等。三 CATIA的主要功能模块（1）创成式工程绘图GDR CATIA可以利用3D机械零件模型和装配体生成相关联的工程图。（2）交互式工程绘图IDI 高效、直观的交互式绘图系统，进行产品的2D设计。（3）线框和曲面造型WSF 在零件设计的初始阶段，生成线框类结构元素，作为CATIA零件设计产品的补

9、充。（4）初成式外型设计GSD CATIA外形设计模块基于线框与多个曲面特征结合，可设计复杂的外形。（5）创成式零件结构分析GRS CATIA可以带给用户对于设计进行有限元分析预效验的能力。（6）实时渲染RTI CATIA可以让设计师对其设计应用色彩渲染效果和材料规格进行说明。（7）运动结构模拟KIN 通过调用系统提供的大量已有的关节连接方式或通过自动转换装配约束条件而产生关节连接，KIN可以对任何规模的电子样机进行结构定义。（8）空间分析SPA CATIA可以进行电子样机的干涉检查、断面分析和3D几何尺寸比较等验证。（9）知识工程顾问KWA CATIA可以将隐式的设计转化为嵌入整个设计过程的

10、显式知识。（10）目标管理器COM CATIA提供了所有产品人-机对话和显示管理等所必需的公共功能和整个基础结构，使所有产品共用统一的界面环境。（11）CATIA-CADAM接口CC1 CATIA提供了CATIA V5工程图与CADAM工程绘图（CCD）之间的交换接口。（12）CATIA-IGES结构（IG1） CATIA支持中性数据格式IGES V5。3版本，具有IGES素名字和CATIA几何元素标识之间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之间的转换接口。四.如何运用AutoCAD进行三维机械设计在运用AutoCAD三

11、维实体设计中，首先要保证作图环境为模型空间（Model Space）而不是图纸空间（Paper Space），否则无法生成三维模型。在AutoCAD中体素是指最基本的实体元素，通过这些不同尺寸实体元素的相加（Union）、相减（Subtract）、相交（Intersect）等运算可以得到我们所需要的实体模型。通常AutoCAD提供的体素有以下几种：Box（长方体）、Sphere（球体）、Wedge（楔体）、Cone（圆锥体）、Cylinder（圆柱体）和Torus（圆环体）。形状较为复杂的实体虽然也可以通过各种运算由体素形成，却较为繁琐。此时我们可以使用拉伸（Extrude）和旋转（Revol

12、ve）命令作出形状复杂的拉伸体和回转体，再用相加、相减、相交等命令得到所需要的实体。必须注意的是拉伸和旋转命令作用的对象一定要是在同一平面内的封闭多义线或一个面域，多义线可以通过绘制多义线命令（Polyline）得到，使用多边形（Polygon）、长方形（Rectangle）和圆（Circle）命令得到的多边形、长方形和圆也是封闭多义线。我们还可以用编辑多义线（Edit Polyline）命令将由单线条组成的图形编辑成多义线。面域是通过面域化命令（Region）将封闭的多义线转化为面域，它已不再是线条而是面，所以面域和面域之间可以进行相加、相减、相交等运算。拉伸命令除了可以以一定的高度和锥角拉

13、伸外，还可以按照一定的路径拉伸，但此拉伸路径必须是一条多义线但不必封闭，并且与被拉伸的多义线或面域不在同一平面。需要注意的是AutoCAD有一些用来制作三维曲面的命令，这些命令与三维实体命令较为相似，并且用法也基本相同，这主要是应用于建筑行业建立建筑模型，进行布局及外观效果的分析。但得出的只是曲面而不是实体，因此不能进行物理特性计算及干涉检查，因此要加以区别使用，以免产生不必要的误会。用户坐标系（User Coordinate System）的使用对于三维设计有着重要的意义。在二维设计中我们早已在使用一种特殊的UCS，称为大地坐标系（World Coordinate System），这个坐标系

14、就是我们的作图平面。但在三维设计中我们不可能将所有的图形都在这一个平面中作出，我们还需要设定许多不同的二维作图平面，通过UCS命令我们就可以定义这些二维平面。如我们可以用三点法定义所需的UCS，即选取一个平面上的三个点，这三个点可以用捕捉方式拾取实体的交点、边的中间点、球的球心、圆柱面的圆心或将点的坐标输入等等方法，另外UCS坐标平面还可以通过已有的平面用偏移或旋转的方法得到。坐标之间可以切换，对于定义好的UCS还可以进行保存，已备日后编辑时使用。我们不可能在一个视图中将三维实体看清楚，同样AutoCAD也提供了各种视角观测的视图，如正交视图有上、下、左、右、前和后；等轴视图有东南等轴、东北等

15、轴、西南等轴和西北等轴视图，另外还可以用三维动态视图命令（3D Dynamic View）将实体转成任意角度观察，便于我们理解实体的形状。实体在设计完成后，AutoCAD还有一些编辑实体的命令，如Slice命令、Fillet命令和Chamfer命令。Fillet和Chamfer命令可以将实体的边界根据需要倒圆角或直角；Slice命令则可将实体根据所选平面分割，这个命令可以使我们很容易看出实体的内部形状，检查设计是否正确。通过使用渲染（Render）命令，可以根据默认的或自己设定的颜色、光线、背景等条件渲染得到所设计实体的效果图，并且可以保存为图片格式文件，便于做方案和演示时使用。如需得到实体的

16、物理特性可用Massprop命令计算体积、重量、转动惯量或其他物理特性。对于装配件，用干涉检查命令（Interfere）可以检查零件之间是否有干涉，并可找出干涉的位置，这样可保证设计的正确性。另外，AutoCAD还提供了用三维实体图生成二维平面图的功能，除了可以生成正交的视图外，还可以生成轴侧视图。五 建立摇杆的三维模型.【例1】建立摇杆的三维模型图1所示为摇杆的三维模型，为了便于叙述，将摇杆划分为A、B、C、D、E、5个结构。 图1 摇杆实体三维模型 图2 结构C草图（1）建立结构C。步骤如下：选择zx坐标面，单击图标 ，进入草图设计模块，绘制如图2所示两个同心圆。单击图标 ，返回三维建模模

17、块。单击图标 ，在随后弹出如图3（a）所示对话框的Type下拉列表选择Dimension，Length文本框输入42mm，Profile栏选择连杆草图，单击OK按钮，生成如图3（b）所示结构C。（a） （b）图3 拉伸对话框及结构C（2）建立结构A。步骤如下：选择zx坐标面，单击图标 ，进入草图设计模块。绘制如图4所示图形，单击图标 ，返回三维建模模块。图4 结构A草图单击图标 ，选择结构A草图，拉伸长度为12mm，结果如图5所示。图5 结构A和结构C（3）建立连结构A与结构C的结构B。步骤如下：选择zx坐标面，单击图标 ，进入草图设计模块。单击图标 （Project），选择结构A的内表面，得

18、到结构A内表面的投影。单击图标 ，绘制如图6所示外轮廓线。单击图标 ，返回三维建模模块。图6 结构B草图单击图标 ，在随后单击如图7（a）所示对话框图的Profile栏选择结构B草图，在First Limit栏的Length 文本框中输入12mm，Sencond Limit 栏的Length文本框中输入2，结果如图7（b）所示。（a） （b）图7 建立结构B（4）建立与xy坐标面呈450的平面，作为结构D、E草图的基准面。步骤如下：单击图标 ，弹出如图8所示定义点的对话框。在该对话框的Point type下拉列表选择Coordinates，X、Y、Z坐标的文本框中均输入0mm，生成第一点。同样

19、方面生成X、Y、Z坐标的文本框中依次输入0mm、10mm、0mm，生成第二点。单击图标 ，弹出如图9所示定义直线的对话框。在该对话框的Line type下拉列表选择Point-Point,依次选择上述生成的两点，得到直线。单击图标 ，弹出如图10所示定义平面的对话框。在该对话框的Plane type下拉列表选择Angle/Normal to plane, Rotation axis文本输入前面生成的直线，Reference文本框输入xy坐标面，Angle文本框输入45deg，生成经过Y轴与xy面成450的平面。图8 定义点的对话框 图9 定义直线的对话框图10 定义平面的对话框 图11 矩形草

20、图（5）生成结构 。步骤如下：单击图标 ，在特征树上得到特征Body.2，并自动作为当前工作特征。单击图标 ，选择与xy坐标面呈450的平面，进入草图设计模块。绘制图11所示矩形草图。单击图标 ，返回三维建模模块。单击图标 ，在随后弹出的拉对话框的Profile栏选择图11所示矩形，First Limit栏的Lengty文本框输入24mm，Sencond Limit栏的Length文本框输入-4mm，结果如图11。图12 拉伸得到结构D单击图标 ，选择如图12所示结构D的4个棱边，在随后弹出的倒圆角对话框的圆角半径Radius文本框输入3mm，单击OK按钮，嬉果如图12。图13 结构D摇杆实体

21、三维模型支臂倒棱（6）生成结构E。步骤如下：单击图标 ，在特征树上得到Body.3，并自动作为当前工作特征。单击图标 ，选择与xy坐标面呈450的平面，进入草图设计模块。绘制如图13所示矩形草图。单击图标 ，返回三维建模模块。图14结构E的草图 图15将结构E的草图的拉伸为圆柱单击图标 ，在随后弹出的拉伸对话框的Profile栏中选择如图14所示圆，First Limit栏的Length文本框输入28mm，结构E结果如图14所示。单击图标 ，在随后弹出的抽壳对话框的Default Inside thickness文本框输入8mm，选择圆柱（结构E）的上下表面，单击OK按钮，结果如图15所示。图

22、16 结构E经抽壳得到圆孔（7）将结构D（Body2）与结构E（Body3）联成一体，并去掉圆孔内的多余部分。步骤如下：单击图标 ，在随后弹出的修剪对话框的Trim文本框输入Body3，With文本框输入Body2，Faces to remove文本框输入圆孔内的多余部分，如图16所示，单击OK按钮即可。图17 连接结构D和E，去掉孔内选择的多余部分单击图标 ，将17所示上下两条交线倒圆角，圆角半径圆角为5mm。图18 倒圆角（8）将所有的结构合为一体，并去掉圆孔内的多余部分。结构C是第一个建立的PartBody，结构A和结构B是在PartBody基础上建立的，因此这三个结构是一体的。结构D与结构E在第7步已合并为Body2。所以只需将PartBody和Body2合并一体，并去掉圆孔内的多余部分即可。单击图标 ，在随后弹出的修剪对话框的Trim