基于CATIA导向件的参数化设计解读

1、xxx 大学毕 业 论 文（设计）论文题目 基于 CATIA 下导向件的参数化设计姓 名 xxx 院 系 xxxxxxx 指导教师 xxxxxx学号xxxxx专业xxxxxxxxx职称xxx中国 合肥基于 CATIA下导向件的参数化设计第2页目录 TOC o 1-5 h z 摘要： 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第一章 绪论 4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 课题来源及意义 4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 毕业论文的想要达到的目

2、的 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第二章 导向件的概述 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 导向件的基本概念 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 导向件的组成 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 钻套 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 镗套 5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 衬

3、套 5钻套、镗套螺钉 6第三章 CATIA的概述 6CATIAT 简介 63.1.2 产品及服务 63.1.3 核心技术 6功能和模块 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第四章 参数化设计 8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 参数化设计概述 8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2 应用 9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第五章 导向件的三维实体建模 9 HYPERLINK l book

4、mark38 o Current Document 三维实体建模过程 9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 零件建模 11 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第六章 零件库 19 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 6.1 零件库的定义 19零件库的意义何在 19 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 主要的零件库产品介绍 19 HYPERLINK l bookmark50 o Current Docu

5、ment 零件库的建立 21结 论 25致 谢 26 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 参考文献 27Abstract 28基于 CATIA下导向件的参数化设计第3页基 于 CATIA 导 向 件 的 参 数 化 设 计作 者 ： x x x指 导 老 师 ： xx xxxxx 大学 11 机械设计制造及其自动化 合肥 230036 下载须知： 本文档是独立自主完成的毕业设计，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2353118036，我保留着毕设的全套资料， 旨在互相帮助， 共同进步，建设社会主义和谐社会摘要：

6、导向件是机床夹具的重要组成部分，夹具的设计制造在整个制造生产开始工 作中占有十分重要的地位，它的设计与制造质量对保证产品质量的影响具有决定性 地位。用方法开品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。本文介绍了在 CATIA 环境下机床夹具导向件的参数化设计及常见导向件零件库 的建立方法。着重描述导向件的绘制，建模过程。设计过程中，设计人员往往会遇 到许多标准件， 这就需要建立零件库来方便调用， 不需要设计这费时地去逐个设计， 可以通过改变有关参数或者从库中直接调用零件，就可达到设计要求，缩短设计周 期、减少重复工作、大幅提高设计效率和工作质量。关键词：参数化设计，模型的建立，

7、CATIA，导向件，零件库基于 CATIA下导向件的参数化设计第4页第一章 绪论课题来源及意义不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。夹具对加工质量、 生产率和产品成本都有直接的影响。花费在夹具设计和制造的时间不论在改进现有 产品或者开发新产品中，在生产周期中都占有比较大的比重。工艺装备的设计、制造、使用和管理，体现着一个企业的工艺技术水平，夹具设 计制造又是制造环境中生产准备时间和加工成本的重要因素，工装设计水平的高 低，很大程度上反映出企业制造能力的高低。产品更新时往往需要重新设计相应的 夹具，加上传统的设计模式，即夹具设计在产品和工艺设计之后进行，造成夹具设 计制造周期长，

8、成本高。严重影响了新产品的研制周期，减弱了企业在产品开发中 的竞争能力。在当今激烈的市场竞争中，如何应用 CAITA这一先进工具和手段服务于夹具的设 计制造，实现产品的高质量、低成本、短生命周期，以满足日趋激烈的市场竞争是 摆在我们面前的重要问题。本课题提出经过了大量的市场调研，力图提高夹具的设 计与制造的效率和质量，缩短制造周期，降低生产成本，进一步适应企业的需求。毕业论文的想要达到的目的基于 CATIA下导向件的参数化设计第5页毕业论文主要想通过此次设计实现对导向件的三维实体建模及参数化设计，建 立导向件的零件库，从而缩短设计周期、减少重复工作、大幅提高设计效率和工作 质量。另一方面，加强

9、对夹具方面的知识融会贯通，解决设计中的难题。第二章 导向件的概述导向件的基本概念导向件是在机床夹具上，起引导作用的一类零部件。也是机机械制造过程中最常 用的一种工艺装备，它直接影响机械加工的质生产效率和成本，因此导向件在机械 制造中占有很重要的地位。导向件的组成导向件的组成包括钻套、镗套、衬套、钻套 、镗套螺钉等钻套钻套是安装在钻模板或夹具体上，其作用是用来确定工件上被加工孔的位置，引 导刀具进行加工，并提高刀具在加工过程中的刚性和防止加工中的振动。钻套的作用 , 主要是用来确定钻头、扩孔钻、铰刀等定尺寸刀具的轴线位置 ,钻套 的结构和尺寸已经标准化。根据使用特点，钻套具有固定钻套、可换钻套、

10、快换钻 套和特殊钻套四种型式。而且采用“光盈配合”把钻套镶入钻模板上。钻套的意义在于他可以定位和引导刀具进行加工，从而提高加工的精度。镗套镗套外形尺寸小、结构紧凑、制造简单，易保证镗套中心位置的准确，因与镗杆 之间有摩擦，主要用于低俗加工。镗套的主要作用用来引导镗杆 。镗套可以分为镗套、回转导套衬套IKO 微小型直线衬套轴承是边与轴进行转动， 接触边朝轴的方向进行无限直线运基于 CATIA下导向件的参数化设计第6页动，且轴径尺寸为 35mm的极小型直线运动导向机。特点为： 低摩擦阻抗： 钢珠可因保持器的正确导向，以极小的摩擦阻抗进行稳定的直线运动 不锈钢制：亦提供不锈钢系列，适合耐蚀性需求的用

11、途 精巧的设计：尺寸极小，可设计于精巧的机械 / 设备中 丰富的变化： 除了标准型外，还有系列化的高刚性长型，可依照用途选择 .起衬垫作用的环套 在阀门应用领域，衬套在阀盖之内，一般使用聚四氟乙烯或 者石墨等耐腐材料，用于密封作用。可分为钻套用衬套、镗套用衬套钻套、镗套螺钉机床夹具常用零件之一。第三章 CATIA 的概述CATIAT 简介CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为 PLM协同解决方案的一个重 要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具 体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。3.1.2 产品及服务模块化的 CATIA系列产

12、品提供产品的风格和外型设计、机械设计、设备与系统工 程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。 CATIA产品基于开放式可扩展的 V5架 构。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期， CATIA 解决方案加快企业对 市场的需求的反应。自 1999 年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使 之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA 系列产品在八大领域里提供 3D 设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船 舶制造、厂房设计、建筑、电力与电子、消费品和通用机械制造。3.1.3 核心技术CATIA 先进的混合建模技术基于 CATIA下导向件的参数化设计第7页设计对象的混合建模：在 CATI

13、A的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正 的交互操作；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能力。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，加速新型号推向市场的时 间。CATIA 具有在整个产品周期内的方便的修改能力，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 捷的对产品进行重复修改，即使是在设计的最后阶段需要做重大的修改，或者是对 原有方案的更新换代，对于 CATIA来说，都是非常

14、容易的事。CATIA所有模块具有全相关性CATIA 的各个模块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，能完全体实现二维，模拟分析，模具和数控加工的程序 中。并行工程的设计环境使得设计周期大大缩短CATIA 提供的多模型链接的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；由于模型之间的互相联结性，使 得上游设计结果可做为下游的参考，同时，上游对设计的修改能直接影响到下游工 作的刷新。实现真正的并行工程设计环境。CATIA覆盖了产品

15、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，作为一个完全集成化的软件系统， 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的结合 在一起，为用户提供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。功能和模块曲面设计模块CATIA拥有强大的曲面设计模块。Generic Shape Design简称 GSD，创成式造型，非常完整的曲线操作工具和最基础的曲面构造工具，除 了可

16、以完成所有曲线操作以外，可以完成拉伸，旋转，扫描，边界填补，桥接，修 补碎片，拼接，凸点，裁剪，光顺，投影和高级投影，倒角等功能，连续性最高达 到 G2，生成封闭片体 Volume，完全达到普通三维 CAD软件曲面造型功能，比如 Pro/E 完全参数化操作。Free Style Surface基于 CATIA下导向件的参数化设计第8页简称 FSS,自由风格造型，几乎完全非参。 除了包括 GSD中的所有功能以外，还可 完成诸如曲面控制点（可实现多曲面到整个产品外形同步调整控制点、变形），自 由约束边界，去除参数，达到汽车 A 面标准的曲面桥接、倒角、光顺等功能，所有 命令都可以非常轻松的达到 G

17、2。Automotive Class A简称 ACA，汽车 A 级曲面，完全非参，此模块提供了强大的曲线曲面编辑功能， 和无比强大的一键曲面光顺功能。几乎所有命令可达到 G3，而且不破坏原有光顺外形。可实现多曲面甚至整个 产品外形的同步曲面操作（控制点拖动，光顺，倒角等）。FreeStyle Sketch Tracer简称 FST，自由风格草图绘制，可根据产品的三视图或照片描出基本外形曲线。Digitized Shape Editor简称 DSE，数字曲面编辑器，根据输入的点云数据，进行采样，编辑，裁剪已达 到最接近产品外形的要求，可生成高质量的 mesh小三角片体。完全非参。Quick Su

18、rface Reconstruction简称 QSR，快速曲面重构，根据输入的点云数据或者 mesh以后的小三角片体，提 供各种方式生成曲线，以供曲面造型，完全非参。7.Shape Sculpter小三角片体外形编辑， 可以对小三角片体进行各种操作， 功能几乎强大到与 CATIA 曲面操作相同，完全非参。8.Automotive BIW Fastening 汽车白车身紧固，设计汽车白车身各钣金件之间的焊接方式和焊接几何尺寸。9.Image & Shape可以像捏橡皮泥一样拖动， 拉伸，扭转产品外形、 增加“Image Shape（橡皮泥块 ）” 等方式以达到理想的设计外形。可以极其快速的完成产

19、品外形概念设计。19 包括在 Shape design & Styling 模块中10.Healing Assistant一个极其强大的曲面缝补工具，可以将各种破面缺陷自动找出并缝补。第四章 参数化设计参数化设计概述参数化设计是 Revit Building 的一个，它分为两个部分：参数化图元和参数化 修改引擎。Revit Building 中的图元都是以构件的形式出现， 这些构件之间的不同， 是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。 参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动 都可以自动的在其它相关联的部分反映出来， 采用智能建筑构

20、件、 视图和注释符号， 使每一个构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构件的移动、删除和尺寸的改动 所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变基于 CATIA下导向件的参数化设计第9页更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对 所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。2 应用用方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。 零件设计初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编 程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将 模型中的定量信息变量化，使之成为任意调

21、整的参数。对于变量化参数赋予不同数 值，就可得到不同大小和形状的零件模型。在 CAD中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件 图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几 何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺 寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间 的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。第五章 导向件的三维实体建模三维实体建模过程1 这里选用机床夹具手册导向件中的长型固定钻套3 检查每一步的约束是否合理，是否存在过多约束、不合理约束。然后退出草

22、图界基于 CATIA下导向件的参数化设计第 10 页2 打开 CATIA V5R20软件，进入 CATIA界面点击开始，进入机械设计，零件设计， 进入草图编辑器，按照数据要求画出零件草图如下面，点击“旋转” ，得到下图：基于 CATIA下导向件的参数化设计第 11 页零件建模其他导向件零件建模过程和 5.1 过程一致，这里我截取部分展示如下：基于 CATIA下导向件的参数化设计第 12 页固定钻套 A 型基于 CATIA下导向件的参数化设计第 13 页钻套用衬套基于 CATIA下导向件的参数化设计第 14 页镗套用衬套基于 CATIA下导向件的参数化设计第 15 页钻套螺钉然后利用 CATIA

23、的 Formula（公式）功能、 Design Table （设计表）功能和 Catalog （目录）功能 ，进行零件的参数化设计，并建立相应的三维零件库，这里我们还 是以长型固定钻套为例对其进行参数化设计。1 首先点击 f（x ）图标，打开参数建立对话框。 点击“新类型参数”选择“长度”单值”，输入“D”，“24mm”然后依次输入其他数据，在点击“确定如图基于 CATIA下导向件的参数化设计第 16 页2 在依次对这些参数对应的约束进行关联处理，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 L0”，进 行参数关联。同理长型固定钻套的其他数据进行参数关联。基

24、于 CATIA下导向件的参数化设计第 17 页约束边的 f （x）表示关联成功，结构树会出现图示如下：3 创建设计表，使用当前值创建设计表，将所有数据插入基于 CATIA下导向件的参数化设计第 18 页4 最后将表格填入 Excel 表中，得到设计表，注意 Excel 表中第一列插入 PartNumber列，并给定该列的序列号选择每组都会得到对应数据的零件基于 CATIA下导向件的参数化设计第 19 页根据如上所述的方法，其他导向件参数化设计大致相同，这里就不赘述。第六章零件库6.1 零件库的定义零件库是为三维 CAD软件提供零部件模型的插件，可以帮助工程师快速创建标准件 和常用件模型。按种类

25、分为紧固件(如螺钉、螺母、螺柱和螺栓、垫圈和档圈、销 和键、铆钉和焊钉)、轴承、密封件、润滑件、电动机、液压缸、法兰、管接头等。零件库的意义何在 在产品开发过程中零件库能节省大量的设计成本，如果没有标准件和常用件的三维 模型库，工程师将花费大量的时间在简单的重复建模工作上， 造成设计资源的浪费。 以一个轴承模型为例：工程师通常需要 2 个小时才能建立一个合格的模型，而从零 件库中选用，只需要 1 分钟。主要的零件库产品介绍世界 3 大零件库Traceparts 零件库Traceparts 拥有全球最大使用最广泛的数字 3D 零件库,1 亿多个 3D数字零件模型 , 支持 CATIA, Soli

26、dWorks and Spatial,AutoCAD, Inventor,Mechanical Desktop, Pro/ENGINEER), GOOGLE (SketchUp) ,KOMPAS 3D,TopSolid, Unigraphics, Solid Edge等主流 3D建模软件格式 . 所有的零件库模型开放免费下载拥有各国标准零件库GB国标库,DIN 德国工业标准库 , ISO 国际标准化组织 ,ANSI ASME ASTM美 国国家 标准库,UNI 意大利标准库 , JIS 日本标准库 .数百家制造商零件库如西门子 ,施耐德, 研华, FAG, NSK, 空中客车 , 米其林,AB

27、B, 阿尔斯通 ,SKF 等数 百家知名制造商零件库基于 CATIA下导向件的参数化设计第 20 页各行业零件库机械系统和通用部件 , 液压系统和通用部件 , 制造工程 , 能量和热传导工程 , 电 气工程, 电子元件 , 信息技术 , 办公设备 , 新能源, 图像处理 , 道路和车辆 , 飞 机和航天器 , 原料处理设备 , 货物包装和调运 , 农业, 食品技术 , 采矿 , 石油及 相关设备 , 冶金, 橡胶和塑料 , 建筑和建筑物 , 工木工程 , 计量和测量 , 文娱和 体育等行业库 .Cadenas 零件库德国 CADENA公S 司推出的“零件库”分为两个产品序列，即在线版和离线版，

28、在线 版的中国(简体中文)主站已于 2010 年上线，名为 LinkAble PARTcommunity ，是 CADENAS与国内的翎瑞鸿翔公司共同开发的，新用户可以通过百度等搜索引擎搜索 “LinkAble PARTcommunity”访问并登录，这个网站囊括了 ISO / EN / DIN / GB / JIS 等主要的标准件外，还包括数百家国内外厂商的产品模型，如国内用户所熟知 的工业电气 ABB，魏德米勒，施耐德等等，轴承行业的 FAG/ NSK/ WD/ NTN等等， FA自动化的 MISUM，I 气动的 SMC / FESTO / AIRTAC亚德客等等，以及液压行业的 AHP等

29、，三维模型达数百万个规格。全部模型数据可被访客免费注册后，免费使用， 其提供的众多主流 CAD原始数据接口包括： Pro/E (Creo) ，SolidWorks ，UGS NX， Solid Edge, Inventor, CATIA ，AutoCAD等等，此外提供的 STEP, STL, IGES, SAT 等中间格式接口满足访客的不同需求。而其离线解决方案名为 PARTsolutions ，其不仅为 CAD系统提供上述零部件数据资 源外，更提供更广泛的 ERP/PDM接口，实现与主流 PLM系统的紧密集成，如 SAP, Windchill, Intralink, Enovla, Vaul

30、t, Teamcenter, Smarteam 等 等 。 PARTsolutions 可将其上游 ERP系统中的物料信息与模型信息实现对接，并经 CAD 系统导入 PDM，从而打通企业的整个 PLM流程，将饱含产品全寿命周期的几何与非 几何信息贯穿始终，并在不经意间解决了常见的“一物多码”现象。到目前为止， CADENA及S 其在华服务商翎瑞鸿翔提供的 PLM辅助解决方案赢得西门子、空客、戴 姆勒、依维柯、大众、 MAN、博世、中国北车、中国南车在内的众多工业巨头的青 睐。经过近 20年的发展， CADENA凭S借着其技术优势，迅速打入了欧洲和美国市场。目 前 CADENA已S 发放超过 2

31、00 万个软件许可证，拥有全球员工 300 人，年度营业额迅基于 CATIA下导向件的参数化设计第 21 页猛增长，同时 CADENA的S 中国步伐也在逐步推进，其 PLM解决方案目前拥有第一家 认证服务商和授权经销商。Strack Norma 模具标准件库Strack Norma提供注塑模具和冲压模具标准件。使用标准件完成的部件在设计、计 算和分类上都更容易一些。在这个系统里有超过 30,000 个完整的模架和 40,000 个 标准零件可用于高效的注塑模具设计。 W&b%:|aN-.此外还有专门用于冲压成型模具的标准件。所有用于冲压和成型模具的标准件都包 含在 STRACK分类里面。这个分

32、类清晰的系统有超过 20,000 完整模架， 30,000 个可 用标准件和齐全的其他附件 .国内的零件库零件库的建立打开 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，然后右键编辑章节下的小项的定义 即可改名，如下图所示：在分别点开每个零件图，就可以得到每个零件参数化设计图，如下：基于 CATIA下导向件的参数化设计第 22 页固定钻套 A型（GB 22-80）长型固定钻套基于 CATIA下导向件的参数化设计第 23 页钻套用衬套( GB 2263-80)镗套用衬套( GB 2267-80)基于 C

33、ATIA下导向件的参数化设计第 24 页钻套螺钉( GB 2268-80)其他零件库的建立方法与这里一样，这里就不过多举例。基于 CATIA下导向件的参数化设计第 25 页结论通过这几个月的学习，我已经掌握了 CATIA软件的一些基本命令操作，能够独立 完成导向件的参数化设计及零件库的工作。期间虽然遇到了很多困难，问题，但在 老师的指导下，同学的帮助中，最终还是解决了，我深深地体会到了做任何事都不 是一蹴而就的，坚持是成功的基石。本次毕业设计我完成了 CATIA下的导向件参数化设计， CATIA的强大建模功能给设 计带工作带来了很大的方便，可以看到参数化设计大大提高了模型的生成和修改速 度，零

34、件库的建成带来了很便捷的体验，其优越性、效率显著，在很多方便都具有 较大的应用价值。基于 CATIA下导向件的参数化设计第 26 页致谢在本次论文设计过程，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节细心指 导，使我得以最终完成毕业论文设计。同时室友耐心的帮助，解决了很多小问题， 使得毕业设计能顺利的完成。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议 和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢！基于 CATIA下导向件的参数化设计第 27 页参考文献【1】江洪要，仲兴等 .CATIA V5 基础培训教程机械工业出版社 2005.11【2】孙恒，陈作模 .机械原理 . 北京高等教育出版社 . 200

35、1 【3】马铁林，刘海桥从零开始 CATIA M. 人民邮电出版社 .2004 【4】宁贵欣 .CATIA .V5 造型设计实例教程 M . 清华大学出版社 .2004 【5】李益民等 . 机械设计制造工艺设计简明手册 . 机械工业出版社 .2005.7 【 6】彭春雷，吴雪飞 . 基于 CATIA下零件库的建立 . 机械研究与应用 【 7】曹岩，曹现刚 CATIA V5R12产品设计实例精讲北京：机械工业出版社， 2005.4【 8】吴宗泽，罗圣国机械设计课程设计手册 M. 北京高等教育出版社 ,2006. 【9】王光斗 . 机床夹具设计手册 .第 3 版. 上海科学技术出版社， 2008 【 10 】 Chang,G.S.,Hwnang,J.S.,Chenon,S.U.,2006.AutomaticGeneration of Parametric Models.Proceedings of the Korean Society of CAD/CAM,p.567-575基于 CATIA下导向件的参数化设计第 28