CATIA V5入門學習筆記(3):零件設計

簡介

CATIA V5零件設計能夠讓用戶在一個直觀、靈活的界面上從簡單入手，逐步精確地設計出滿足設計要求的複雜3D幾何模型。一般實體建模有兩種模式：一種是以草圖（Sketch）為基礎，建立基本的特徵，再通過添加修飾特徵等創建複雜實體；另外一種是以基本形體為基礎，如立方體、球體等，通過並、交、差等布爾運算相組合，生成最終實體零件。CATIA V5側重於先以草圖（Sketch）為基礎，在此基礎上加以各種修飾和變換，加強細部的外形設計。

3.1零件設計基礎

1.選擇Part Design進入零件設計模塊，新建文件時不要勾選混合設計，而創建幾何圖形集的複選框可以根據情況自行決定；

2.了解默認保存的CATPart格式文件，以及有可能會用到的其他格式如stp等；

3.零件設計需要掌握如下常用的工具條：

Sketch-based Features基於草圖的特徵

Dress-Up Features修飾特徵

Transformation Features變換特徵

Boolean Operations布爾操作

Surface-Based Features基於曲面的特徵

Reference Element 參考元素

3.2 Sketch-based Features基於草圖的特徵

1.掌握Pad命令創建拉伸體的方法，了解對話框中各命令的效果。點開more按鈕，可以對pad的第二個邊界進行定義，還可以通過direction命令自定義拉伸方向。勾選thick命令，可以將輪廓本身按一定寬度拉伸成中空的實體。了解邊界定義的不同方法，除了尺寸定義之外，還可以用up to next/last/plane等方法。掌握Pad命令下multi-pad多輪廓實體的創建方法。

上述操作可以通過幫助文檔中自帶的案例來學習。

注意：草圖必須為封閉輪廓，且不能有相互交叉的輪廓出現；

2.掌握Pocket命令的用法。pocket即凹槽，與Pad命令是對應關係，對話框和操作模式基本完全一致，不同之處就是pocket命令會在實體上創建出槽。其下面的multi-pocket多輪廓凹槽命令的用法也與multi-pad類似；

3.掌握Shaft命令創建旋轉實體的方法。可以在草圖中直接用軸線命令創建軸線，shaft命令會直接識別草圖中的軸線來創建旋轉體，也可以在對話框中手動選擇軸線。與shaft所對應的命令是Groove旋轉槽，其作用是在實體上創建一個旋轉槽，用法與shaft基本一致；

shaft和groove命令，對於輪廓和軸線的位置關係有一定的要求，不滿足要求將導致實體創建失敗，具體可見下圖：

4.掌握Hole命令創建孔的方法。Hole命令可以在實體上創建多種類型的孔，例如通孔、盲孔、錐形孔、沉頭孔、螺紋孔等，孔的內徑、深度、螺紋長度、孔底形狀等參數都可以自由定義。

注意：CATIA中螺紋孔的螺紋不會顯示在模型中，但是可以在結構樹及導出的工程圖上看到螺紋。

5.掌握Rib、Slot命令創建肋/掃掠切除的方法。其中Rib命令是用輪廓沿著一條中心曲線掃描來創建三維實體的命令，而Slot與其相反，用來創建掃掠空槽。使用該命令之前需要先繪製好輪廓線和中心曲線，創建時，可以通過profile control選項選擇3種不同的方式：夾角不變（與中心線保持恆定角度）、方向不變（指定一個拉伸方向）、基準曲面（輪廓平面的法線和基準曲面角度保持不變）。可以通過幫助文檔學習此命令，同時了解零件結構樹中的partbody和geometrical set；

6.掌握Solid Combine命令創建組合實體的方法。此命令是通過選擇兩個相互獨立、不共面的輪廓，通過相互求交集的方式來創建實體。

7.掌握Stiffener命令創建加強筋的方法。此命令有from side和from top兩種不同的模式，使用前需要有對應已經創建好的實體和輪廓線才能正確啟用命令。此幫助文檔中有兩個相互獨立的body，可同時學習多body環境下操作的方法，在操作前定義body為當前工作對象。

from side的加強筋輪廓不需要封閉，但其延長線要與已存在的實體相交，否則會報錯；

from top的加強筋需要在類似一個盒子的實體中創建；

8.掌握Multi-sections Solid和Removed Multi-sections Solid命令創建多截面放樣實體/槽的方法。

Multi-sections Solid是一個輸入元素相對較多、較複雜的命令，它的主要功能是利用多個不同尺寸的截面，通過漸變的方式來創建形狀比較複雜的實體。使用幫助文檔來進行學習，點擊命令後，一定要按順序依次選擇3個方形的輪廓線，然後點擊preview就可以預覽結果。默認情況下系統自動生成實體的邊線，而通過指定guide line可以改變實體邊線的位置，比如選擇線框的四個邊作為guide line，生成的實體將完全填滿線框內部。

spine脊線用於改變實體中心線的走勢，guide line引導線與spine脊線是衝突的，兩者只能選一。spine脊線、closing point閉合點等選項都可以改變結果的外形，選項不正確時也會導致實體出錯。為了保證實體正確生成，不發生扭曲，要求closing point盡量對齊，而且閉合的方向箭頭也要保持一致。

Coupling耦合選項卡，提供四種不同的耦合方式用於控制頂點的對應連接方式：ratio比例，tangency切線，tangency then curvature曲率，vertices頂點。如果幾個輪廓的形狀、頂點數量、切線不連續點數量等不一致的話，則只能通過ratio方式耦合，其他幾種耦合方式要求較高，需要滿足對應類型的點數量一致，方可正確的耦合。

3.3 Dress-Up Features修飾特徵

1.掌握EdgeFillet命令創建倒圓角的方法。選擇一個或多個棱邊均可創建倒圓角，直接選擇面可以將該面相連的棱邊進行倒圓角。對話框propagation選項如果為tangency時，倒圓角命令將自動延伸到與所選擇棱邊相切連續的邊上去，如只希望對所選元素倒角，可選擇minimal選項。對於倒角半徑大於所在角高度的情況，可以通過指定保留邊界的方法（Edges to keep）來實現倒角。使用limiting element選項，可以將倒角限制在所選限制元素的一側。點擊半徑尺寸框右側的按鈕，可以在半徑倒角和弦長倒角兩種模式之間進行切換；

2.使用EdgeFillet命令對話框下的Variable選項，可以創建可變倒角。啟動命令後，在棱邊上點擊選擇點，雙擊出現的半徑，可以逐個對半徑進行編輯。注意如果相鄰點的半徑相差過大，可能會導致倒角創建失敗。類似的也可以創建變弦長的倒角；

3.掌握Face-Face Fillets面面倒角和Tritangent Fillets 三切面倒角的用法。Face-Face Fillets命令中倒角的半徑要大於兩個面之間的最小距離。Tritangent Fillets命令使用時先選擇兩側的面，最後選擇中間需要移除的面。

4.掌握Chamfer命令創建倒斜角的方法。操作與倒圓角類似，只不過創建出來的角為平面型的斜角。創建倒斜角的命令包含四種類型，最常用的是長度+角度的方式，另外還有2個長度、斜面長+角度、高度加角度幾種方式；

5.掌握Drafts命令創建拔模的方法。Drafts命令首先要選擇被拔模的面，也可以一次選擇多個面，然後選擇基準面作為中性面，所謂中性面就是在拔模操作後面積保持不變的面。pulling direction拔模方向默認情況為中性面的法向，也可以通過創建草圖或者線的方式，手動指定拔模方向，點擊方向箭頭可以改變方向的正反。勾選parting element選項則可以從實體的中部向兩側創建雙向的拔模。

點擊Draft Type右側的按鈕可以切換為可變拔模模式，通過點擊中性面邊緣，可以自由定義多個不同角度的拔模。可變拔模只能應用於單個面或者相切連續的多個面，如果多個面之間有稜角的話是不能夠同時使用可變拔模的。

6.掌握Shell命令對實體進行抽殼的方法。默認情況各處殼體厚度一致，通過other thickness faces可以選擇將部分面單獨定義厚度；

7.掌握Thickness命令，對實體的面進行增厚或者減厚；

8.掌握Thread/Tap命令在圓孔或圓柱上創建螺紋的方法。先選擇創建螺紋的圓柱面，再選擇螺紋的起始端面。螺紋不會在模型中顯示，但能夠在結構樹上看到。

9.掌握Remove surface命令移除面的操作方法。該命令能夠自動判斷移除相切連續的面，但在圖形比較複雜的情況下，需要定義faces to keep來明確需要保留的面。（下圖紫色為移除，藍綠色為保留）

該命令對於斷參模型的修改十分有用。

10.掌握Replace face替換面的命令。

11.掌握實體斷參的方法（附加項）。對PartBody進行複製和粘貼的操作，粘貼時注意選擇paste special選項，在彈出的對話框中選擇As result，就可以粘貼為斷參的模型。而選擇As result with link的話，可以粘貼為帶連接的斷參模型。

3.4 Transformation Features變換特徵

1.分別掌握用羅盤和transformations命令下的移動、旋轉命令操作方法。

2.掌握transformations命令下Symmetry對稱命令的使用方法，注意對稱命令與上級菜單中鏡像命令的區別，對稱命令使用後，原實體會被移動到新位置；

3.掌握transformations命令下Axis to Axis命令的使用方法，該命令可以將實體在不同的坐標系之間進行移動，同時了解使用tools工具條中Axis命令新建坐標系的方法；

4.掌握Mirror命令進行鏡像操作。鏡像命令的操作方法與對稱類似，但是會創建新的零件實體，而且鏡像命令可以在使用前先選擇具體的一個部件。鏡像結果本身無法被再次鏡像。如果僅選擇實體進行鏡像的話，實體上附加的修飾特徵（如倒角，開孔等）無法被鏡像，必須在結構樹上選中所有特徵後，再進行鏡像；

5.掌握Pattern命令進行陣列的方法。陣列命令下包含矩形陣列、環形陣列和自定義陣列三種不同的子命令，它與鏡像命令類似，可以針對具體的部件進行。

矩形陣列可以定義兩個方向上的元素數量、間距、總長等參數，陣列生成後，還可以通過點擊陣列上的點來取消單個陣列元素。

參數選項的定義如下：

Instances&length：陣列數量和總長

Instances&spacing：陣列數量和間距

spacing&length：間距和總長

Instances&Unequal spacing：數量和不相等的間距，間距可以通過雙擊逐個指定

環形陣列可以定義圓周和徑向兩個方向上的陣列，參數包括數量、角度、層間距等等。同樣可以通過點擊取消個別的元素。Reference element可以選擇軸，也可以選擇圓形面、圓柱面等，系統可以自動捕捉到軸。

圓周方向參數選項的定義如下：

Instances&total angle：陣列數量和總角度

Instances&angular spacing：陣列數量和角間距

Total angle&angular spacing：總角度和角間距

Complete crown：完整的環形陣列

Instances&Unequal angular spacing：數量和不相等的角間距，陣列元素之間的角度可以通過雙擊逐個指定

徑向參數選項的定義如下：

Circles&crown thickness：圓周數量和陣列的總厚度

Circles&circle spacing：圓周數量和圓周的間距

Circle spacing&crown thickness：圓周的間距和陣列的總厚度

自定義陣列需要提前繪製好包含點的草圖，啟動命令後，選擇需要陣列的對象及草圖，就可以按照草圖中指定的點創建自定義陣列。默認情況下，會按照陣列對象本身的幾何中心或重心作為參照點創建陣列，而使用anchor選項，則可以手動指定陣列參照點。

6.使用scaling命令對零件Body進行縮放。參考元素可以選擇點或者面，選擇點時整體按比例縮放；

7.使用affinity命令對零件Bod進行放射操作。本命令首先定義一個坐標系，然後可以分別對其X,Y,Z方向按照指定的倍數進行縮放操作；

Notes：

本工具條下，只有Mirror和Pattern命令可以針對具體的部件進行操作，其他命令的操作均針對整個PartBody，使用時需要注意對應的條件和環境要求。

3.5 Boolean Operations布爾操作

布爾操作適用於包含2個及以上實體的環境，可以通過布爾運算功能將不同的實體組合起來。

1.掌握布爾運算下三個子命令Add、Remove、Intersect的操作方法。注意被操作的對象不能為Partbody，它是必須要保留的對象，只能作為To後面的選項來選取。而對於後續添加的Body，則沒有此限制。

2.掌握Assemble命令將多個實體進行組合的操作。Assemble操作時會考慮body的正負屬性，如果為負的話會進行切除操作。負body的創建方式，是在創建時第一步就使用pocket、groove之類的切除命令，在負Body中進行的操作與正常情況相反。正body類似於Add命令，負body類似於Remove命令。

3.掌握Union Trim命令進行聯合修剪操作。本命令根據操作時指定的去除、保留面，同時對多個實體進行局部去除操作，最終得到一個新的實體。正確使用本命令的關鍵在於理解和正確選擇需要去除和保留的面。

4.掌握Remove Lump命令進行移除塊的操作。該命令可以除去body中獨立成塊的特徵，也可以用於處理布爾運算後沒有完全移除，剩餘的部分無用實體。

3.6 Surface-Based Features基於曲面的特徵

本工具條是與曲面相關的實體特徵，一般在曲面繪製完成之後，在其基礎上生成實體。

1.掌握Split分割命令，使用曲面對實體進行切割。曲面要完全超過實體的面積，才能夠正常切割。除曲面外，平面也可以作為切割對象。；

2.掌握Thick surface命令，使用曲面加厚的方式創建實體；

3.掌握Close surface命令，在封閉曲面的內部創建實體。對於有開口的曲面，開口端面完全在一個平面時，本命令也可以正常生成實體，如果開口不在同一平面的話，則要求必須是完全封閉的曲面；

4.掌握Sew surface命令，使用曲面對實體進行縫補操作。本命令的一些要求：用於縫補的曲面是一整張面，幾張曲面拼合為一張時，不能有縫隙，曲面的邊界必須完全與被縫補的實體表面貼合。

一些通用的零件設計經驗：

1.盡量避免將修飾特徵如倒角、切邊等作為參照對象，因為這些修飾特徵很有可能在後續操作中發生改變，甚至被移除，導致參照失效；

2.創建草圖輪廓時，總是使用定位草圖；

3.總是選擇模型中最穩定的特徵作為基礎特徵，參照建立在該特徵上（比如零件中最基礎、最大的PAD）；

4.選擇最優的深度選項。例如在模型中開槽，如果要求該槽永久有效，那麼就不要在開槽時選擇一個確定的尺寸，因為模型尺寸如果變化，開槽就有可能失效。這種情況建議選擇Up to Last選項；