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1、CATIA软件曲面建模的具体应用乐扣乐扣塑料杯的建模 【摘要】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。【关键词】CATIA、混合建模技术、软件控制、3D设计引言 西比爱斯汽车技术(上海)有限公司最早成立于1995年11月，总部设在日本名古屋市。CATIA绘图员，主要完成日本日野和沈阳日野的零部件绘制，2D出图，还有一些汽车底盘的排管等等。一、CATIA软件简介CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CA
2、M一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝
3、马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车，各种车辆在CATIA 上都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。CATIA 的技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。二.划时代产品CATIA V5V5版本的开发开始于1994年，CATIA V5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务
4、过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。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。CATIA V5版本具有： 1.重新构造的新一代体系结构 为确保CATIA产品系列的发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术
5、和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 2.支持不同应用层次的可扩充性 CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。 3.与NT和UNIX硬件平台的独立性 CATIA V5是在Windows NT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5在Windows平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX平台上NT风格的用户界面
6、，可使用户在UNIX平台上高效地处理复杂的工作。 4.专用知识的捕捉和重复使用 CATIA V5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 5.给现存客户平稳升级 CATIA V4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的CATIA V4用户，V5年引领他们迈向NT世界。对于新的CATIA V5客户，可充分利用CATIA V4成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。三、未来发展3.1全面协同创新 CATIA V6通过PLM工具栏和指南针提供向D的产品定义的直觉
7、式连通，使线上社区能够围绕D的模型聚集、共享和体验。例如，用户能够访问上下文中的 PLM信息，识别其他贡献者并与其实时连通。一旦连通，他们就可使用在线即时协同工具进行D的 brainstorming，从聊天室和快照直到联合检查和联合设计。 3.2身临其境的体验 为了获得首次逼真情境的体验，CATIA V6 引入了范式的转换，带给了D的产品设计无与伦比的真实感。 此外，由于提供尖端的D操纵器，用户只需轻轻点击便能连通上下文。CATIA V6 还使用户能够直接从D模型迅速获得有关PLM的信息。 3.3面向知识产权管理的一个PLM平台 利用集体智慧。让各种社团在任何时间从任何地点都能访问更新的有关产
8、品定义的信息。促进使用CATIA的设计人员、使用SIMULIA的工程人员和使用DELMIA的制造人员使用同一个知识数据库进行多学科的协同。3.4在线建模和协同在线协同: 协同D产品创建能够远程操作和在线完成。通过向扩展型企业的社区提供一个带有中央数据仓储的通用的平台，CATIA V6促进了每个人在线上的连通。向系统工程方案迈进: 为了管理日益复杂的产品和项目，系统工程成为一个集体的、一体化的多学科产品开发方案。CATIA V6将这一趋势从零件设计推向装配， 并将独一无二的RFLP方案用于系统工程。 该方案提供一个完备、协同的产品定义，具备不同的视图，如工程要求、功能、逻辑、物理等视图。 3.5
9、即开即用的PLM业务流程 这些解决方案专门为特殊的工业流程量身订制。在首次发布的 V6R2009中，CATIA V6向下述产业提供产业导向的产品和包装: 汽车、航空航天、工业设备、消费品和高科技。3.6投资成本低 保护V5投资: 作为V5自然的扩展，CATIA V6保证平稳的升级和从V5向V6的快速转变。 首次发布的CATIA V6覆盖近80%的V5产品组合，相关产业企业能够打开即用。四、CATIA软件的主要功能和模块CATIA软件拥有80个左右的模块，正版的全套模块价值上百万元。接下来我分别介绍一下其中的四个模块：创成式外形设计、零件设计、装配设计、创成式工程绘图。4.1创成式外形设计一个产
10、品的形状特征是在创成式外形设计中产生的，经过拉伸、旋转、修剪等等才能初步确定形状，。创成式外形设计中大都数是曲面建模的工具，也有一小部分的实体建模工具，所以一般人们在这个模块建模时用的是片体，很多实体建模工具是在零件设计中的。一般来说，像一些外形比较简单的机械五金类产品，用实体建模就可以了，因为他的外形并不复杂，用拉伸旋转扫描就可以实现了，但是有一些外形比较复杂的，或者一些对曲面的质量有较高要求的时候，此时用实体建模不好实现，一般在这种情况下要用到曲面来建模。曲面来建模的时，相对实体要复杂一些，除了要能够构出面来外，还要特别注意曲面的连接光顺度。在CATIA中出现了一个非常实用的工具：历史树。
11、他能显示设计产品的步骤，相应的也出现了父子集这个概念，任何步骤都有父子集，这对于设计者们来说无疑是方便实用的，当产品出现了问题，你无须从头开始检查哪里出现了错误。11在历史树中有几何图形集和有序几何图形集之分，有序几何图形顾名思义在其内部所建立的几何特征都是有序的，步骤的前后是有关联的;几何图形（又称为无序几何图形），在其内部的步骤前后无关联。一般我们把草图建立在无序中，其他特征建立在有序几何图形里，这能方便以后修改。 在建模初期，首先要确定基准点、线、面，定完之后再开始画特征，无论产品多么复杂，无论是板金还是铸件只要遵循这一点就能准确无误的画出来。4.2零件设计前面讲过在零件模块中有很多实体
12、建模的工具条，比如倒角和孔，在创成式外形设计模块中没有倒斜角和开孔、螺纹定义等工具，这需要转到零件设计模块中进行。实体建模相对于曲面建模简单易懂，因此这些工具条也相对简洁明了。4.3装配设计一个物体在空间中有6个自由度，在装配设计模块中要让产品没有自由度，才能保证装配准确。一般的我们把最主要的零件先导，作为主体，固定，然后再导入其他小零件，进行约束。经常用到的工具条有相合约束、接触约束、偏移约束、角度约束、固定部件等。相对于上两个模块来说装配设计比较简单，检查自由度很方便。4.4创成式工程制图如果说创成式外形设计是设计者工具的话，那么创成式工程绘图就是设计者和制造者交流的纽带，在工程图中设计者
13、们必须把产品的所有信息准确无误的表达在图纸上。在CATIA里，工程制图模块的尺寸是真实的，所以很多人都是在出工程图时随便检查尺寸，错了再进行修改下面我利用乐扣乐扣塑料杯的绘制来具体介绍一下CATIA强大的曲面建模功能。五、乐扣乐扣塑料杯的设计乐扣乐扣塑料杯由于他的外形美观、携带方便、密封性好而广受人们喜爱。它的外形比较复杂，而壁比较薄。使用CATIA的曲面设计功能可以很方便的实现乐扣乐扣塑料杯的设计。5.1乐扣乐扣杯的成形设计曲面特征作为三维实体建模时的一种重要造型材料，用途非常广泛。在设计外形复杂但比较对称的曲面时常常使用多截面曲面形成的方法。多截面曲面曲面模型建模过程中有着广泛的应用，例如
14、飞机的机翼和气泡形的座舱盖，都可以通过控制截面形状的方法来进行造型。在曲面造型设计中会广泛的使用到结合工具，它可以将现有的特征合并成一个特征，在多个特征同时操作时可以使操作变得更方便。本实例首先绘制相应的外形轮廓基准曲线，然后使用拉伸、填充、旋转、修剪、倒圆角等方法创建曲面。最后形成如下的设计图。5.2塑料杯设计演示我们可以把塑料杯分割成2部分：瓶盖和瓶身，如下图所示： 首先我们先来完成瓶身部分。1.首先将画出瓶身的轮廓草图，并使用旋转命令旋转360度。 2.通过拉伸和修剪命令做出一个锁扣的外形。3.使用旋转命令将刚做好的锁扣旋转3个。需要注意的是，复制对象时要把“在新集合体中创建”这一选项点
15、掉，否则会创建新的有序几何图形集，会对后面的作图产生影响。4.接下来制作的是挂绳子的扣环，制作方法同上。 5.将杯子挖空后，并将前面几步做的特征修剪在一起，这样杯身的基本外形已经完成。6.最后按照尺寸使用倒圆角命令将倒角完成，将制作完成的曲面使用封闭曲面命令填充成实体，这样乐扣乐扣塑料杯的杯身就完成了。 杯身制作完成了，接下来制作杯盖。1.首先要给杯盖定住草图基准面，在杯口部分做一个和瓶口同心的圆心，使用平面命令将原始的XY平面平移到这个点上，方便后面作图。 2.先将杯盖的外轮廓画出并拉伸到尺寸。 需要注意的是在这里要先将杯盖外沿倒圆角，否则后面加入搭扣后会发生无法倒角的问题。3.使用草图、拉
16、伸、修剪命令制作出被盖的搭扣 这样一个搭扣外形就完成了，使用旋转命令将4个搭扣特征完成。4.将被盖的另外几个简单的特征通过草图、拉伸、修剪命令完成 5.最后按照尺寸使用倒圆角命令将倒角完成，将制作完成的曲面使用封闭曲面命令填充成实体，这样乐扣乐扣塑料杯的杯盖就完成了。 下图为工程图六、总结 在实习的这几个月里，我们充分了解到CATIA功能的强大，主要学习了创成式曲面模块。制作这个乐扣乐扣杯充分利用了CATIA的一些基本功能，比如旋转，修剪，填充等。因为工作需要，我们制作的东西都是先拿面做好，再用封闭曲面命令填成实体，最后用添加命令做成实体零件。所以这个乐扣乐扣杯也是用面是制作完成。之所以用乐扣
17、乐扣杯举例，是因为这是我们生活当中经常见到的，大家都比较熟悉，看的时候容易想象它的外形。七、致谢我在这里首先要感谢的是我的论文指导老师孙星老师。这篇毕业论文从开题、资料查找、修改到最后定稿，如果没有他的心血，尚不知以何等糟糕的面目出现。我很自豪有这样一位老师，他值得我感激和尊敬。我的辅导员杨天光老师，在大学的三年时间里，他教会我如何适应社会。在生活上他经常关心同学们，使我们这些外地生倍感亲切。感谢和我共度三年美好大学生活的08级数控2班的全体同学。感谢我的所有授课老师，你们使我终身受益。感谢所有关心、鼓励、支持我的家人、亲戚和朋友。最后要感谢的是我的父母。没有他们在物质和精神上的支持，我不可能顺利完成这三年的学业。参考资料1. 王霄. CATIAV5R17高级设计实例教程王霄_CATIA数字化产品设计与开发丛书冶金工业出版社 2009.8.1 2. 陈英 李伟. 基于Pro/E的CAD/CAM技术机械工业出版社 2009 年2月3. 詹熙达.CATIAV5模具设计教程机械工业出版社 2010.1.13. 曹岩.UGNX4.0基础篇化学工业出版社 20084. 杨佩璐 张洪伟.CATIAV5R17中文版基础教程张洪伟北京大学出版社 2009.8.315. 蔡颖.CAD/CAM原理与应用机械工业出版社 1998