3CATIA实用教程(清华大学出版社)全套电子教案

CATIA实用教程高等学校计算机基础教育教材精选李学志李若松编著总目录第1章CATIA简介第2章工作界面与基本操作第3章草图设计第4章零件的三维建模第5章部件装配第6章绘制工程图第7章曲面设计第8章工程分析第9章参数化与知识顾问第10章图形输出第1章CATIA简介1.1概况1.2CATIAV5的运行环境1.3CATIA的主要功能模块1.1概况CATIAV5是IBM/DS基于WindowsNT/2000操作系统上开发的高端的CAD/CAM软件，它涵盖了产品开发的全过程，提供了完善无缝的集成环境。CATIAV5之前的版本CATIAV4是基于UNIX系统开发的，随着NT操作系统的普及，以及个人计算机性能不断地提高、成本不断地下降，许多高端的CAD/CAM软件纷纷从UNIX移植到WindowsNT平台。IBM/DS在充分了解客户的需求，并积累了大量客户的应用经验后，决定开发新一代基于NT平台的CATIA即CATIAV5。在CATIAV5的开发过程中应用了许多先进的技术，例如：C++语言、面向对象的设计思想、基于JAVA和Web的技术、STEP-SDAI、OpenGL、OLE/CorbRa、VisualBasic等。CATIAV5是新一代全新设计的软件，运行的硬件平台独立，即可运行于UNIX也可以运行于WindowsNT。它适合于各种规模的企业，支持电子化企业的解决方案，可以将隐式的设计实践转化为嵌入整个设计过程的显式的知识。对于原有客户可以平滑的过渡到V5版本。CATIA与NT紧密联系，与NT的组件Office可以很容易地实现互操作，熟悉Office的用户可以很容易的接受CATIA的的工作界面。很多操作，例如拖拽，粘帖等操作完全一样。CATIAV5是基于图形化的界面，易学易用。1999年3月发布了CATIAV5的第一版的，即V5R1。2000年3月发布了V5R6，2001年7月发布V5R7版。2002年3月发布V5R8。2003年4月发布了V5R11。作为世界领先的CAD/CAM软件，CATIA在过去的二十多年中一直保持着骄人的业绩，并继续保持其强劲的发展趋势。CATIA在汽车、航空航天领域的统治地位不断增强。同时,CATIA也大量地进入了其他如摩托车、机车、通用机械、家电等行业。国际一些著名的公司如空中客车、波音等飞机制造公司，宝马、克莱斯勒等汽车制造公司都将CATIA作为他们的主流软件。国内10几家大的飞机研究所和飞机制造厂选用了CATIA，一汽集团、二汽集团、上海大众集团等10多家汽车制造厂都选用CATIA作为新车型的开发平台。1.2CATIAV5的运行环境1.硬件环境Intel奔腾II或III以上的CPU、256M以上的内存、2G以上的硬盘、1024×768以上分辨率的显示器、16M以上显卡（推荐1280×1024、支持OpenGL、支持24位真彩双缓冲区/24位Z缓冲区/Stencil缓冲区）、推荐使用3键鼠标并需要CD-ROM。1.软件环境Microsoft公司的Windows2000/XP或NT，IBM公司的AIX，HP公司的HP-UX，SGI公司的IRIX等操作系统。1.3CATIA的主要功能模块1.创成式工程绘图GDR模块利用3D模型生成相关联的工程图。图纸生成辅助器可大大简化绘制多视图的工作，并且可以自动生成尺寸标注。可以建立与零件材料规格说明相关联的剖面线，可以进行基于标准的附加信息和注释等后处理。图纸与3D主模型的几何关联性可使用户并行地进行设计和工程绘图工作。同时还可输出DXF格式的数据文件。2.交互式工程绘图ID1模块高效，直观的交互式绘图，进行产品的2D设计。可以在一个以CATIA为主干系统的扩展型企业中，供所有2DCAD用户使用。ID1产品集成化的2D交互功能和高效的辅助作图和注释从两方面进一步丰富了CATIA创成式工程绘图功能，它为用户提供了更加容易和流畅的从2D设计过度到3D设计方式的转变过程。3.线框和曲面造型WSF模块在零件设计的初始阶段，生成线框类结构元素，作为CATIA零件设计产品的补充。线框特征元素和基本的曲面特征元素的使用大大丰富了现有的3D机构零件设计方法。它的基于特征的方法提供了高效、直观的设计环境，可用于捕捉和重复使用设计的方法和规则。4.创成式外形设计GSD模块外形设计模块基于线框与多个曲面特征组合，可设计复杂的外形。它提供了一套广泛的工具集，以建立并修改用于复杂外形和混合造型设计中的曲面。CATIA创成式外形设计产品的基于特征的设计方法，提供了高效，直观的设计环境，以对设计方法和技术规范进行捕捉并再用。5.创成式零件结构分析GPS模块可以带给用户对设计进行有限元分析预校验的能力。通过专为设计人员提供的简单易学的界面，设计者可以容易的理解分析计算结果，进行初级的机械及振动行为分析。借助颜色编码的图形功能，可以直观地显示变形，位移和应力。该产品还可以根据实际零件的状况对分析零件添加约束条件。6.实时渲染RT1模块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。用户可以通过手工绘制，直接修改已输入的数字化图像或系统提供的库中选择进行纹理生成。可以管理材料库和零件应用之间的关联。7.运动机构模拟KIN模块通过系统提供的关节联结方式或自动转换装配约束条件而产生关节连接，可以对任何规模的电子样机进行机构定义。通过鼠标操作，能够模拟机械运动以校验机构性能。通过干涉检验和分析最小间隙来进行机构的运动分析。可以生成运动零件的轨迹或扫掠体以指导未来设计。还可以通过与其他DMU产品的集成做更多组合的仿真分析。能够满足从机械设计到功能评估的各类工程人员的需要。8.空间分析SPA模块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。可以进行碰撞，间隙及接触等计算，并得到更为复杂和详尽的分析结果。剖面观察器可以帮助用户对曲线进行分析和标注。还能够比较3D几何体，并将结果进行可视化显示。通过与CATIA目标管理器COM的集成，能够进行质量和惯性测量和计算。9.知识工程顾问KWA模块可以将隐式的设计实践转化为嵌入整个设计过程的显示知识。用户通过定义特征，公式，规则和检查，例如制造周期中的特征包括成本，表面抛光或进给率，从而在早期的设计阶段就考虑到这些因素的影响。10.目标管理器COM提供了所有产品人机对话和显示管理等所必须的公共功能和整个基础架构，使所有产品共用统一的界面环境。11.CATIA-CADAM接口CC1模块CATIAV5工程图与CADAM工程绘图（CCD）之间的交换接口。12.CATIA-IGES接口（IG1）模块支持中性数据格式IGESV5.3版本，具有IGES元素名字和CATIA几何元素标识之间的名字匹配管理功能。CATIA可以读/存IGES格式文件。该产品能够处理3D线架元素，曲面和剪裁曲面元素，等距偏置曲线，表皮和表皮边界，二次曲线和颜色。13.CATIAV4集成器V4ICATIAV4和CATIAV5之间的转换接口。第2章工作界面与基本操作2.1启动和退出CATIA2.2CATIA的工作界面2.3文件操作2.4鼠标操作2.5罗盘操作2.6特征树2.7选择操作2.8查找操作2.9取消与恢复2.10得到帮助2.11显示控制2.12设置或修改几何对象的图形特性2.13测量习题2.1启动和退出CATIA1.启动CATIA单击Windows的按钮，从弹出菜单中选择或者双击CATIA的快捷图标即可启动CATIA。2.启动工作模块通过【Start】菜单启动工作模块，例如【Start】【MechanicalDesign】【PartDesign】，即可开始零件的三维建模。也可以通过【File】菜单开始一个新文件，或者打开一个已有的文件，文件的具体类型确定了要进入的模块。3.退出CATIA从【Start】或【File】下拉菜单选择【Exit】，即可退出CATIA。2.2CATIA的工作界面CATIA采用了标准的Windows工作界面虽然拥有几十个模块，但其工作界面的风格是一致的，见图2-1。二维作图或三维建模的区域位于屏幕的中央，周边是工具栏，顶部是菜单条，底部是人机信息交换区。罗盘特征树三维坐标平面工具栏图2-12.3文件操作2.3.1建立新文件单击图标或选择菜单【File】【New…】，将弹出图2-2所示确定新文件类型的【New】对话框，例如选择Part，单击OK按钮，即可建立一个新文件，并且进入三维零件建模模块。图2-22.3.2打开已有的文件单击图标或选择菜单【File】【Open…】，将弹出【Fileselection】对话框，选择一个已有的文件，例如选择“Drawing1.CATDrawing”，单击OK按钮，即可打开该文件，并且进入二维作图模块。2.3.3保存文件1.保存已命名的文件单击图标或选择菜单【File】【Save】即可。2.以另外的名字保存文件选择菜单【File】【SaveAs…】，在随后弹出的【SaveAs】对话框内输入文件名即可。3.保存未命名的新文件单击图标或选择菜单【File】【Save】，在随后弹出的【SaveAs】对话框内输入文件名即可。2.4鼠标操作CATIA推荐用三键或带滚轮的双键鼠标，各键的功能如下：1.左键确定位置、选取图形对象、菜单或图标。2.右键单击右键，弹出上下文相关菜单。3.中键或滚轮（1）按住中键或滚轮，移动鼠标，拖动图形对象的显示位置。（2）按住中键或滚轮，单击左键，向外移动鼠标，放大图形对象的显示比例，向内移动鼠标，缩小图形对象的显示比例。（3）同时按住中键或滚轮和左键，移动鼠标，改变对图形对象的观察方向。以上操作可以改变图形对象的位置、大小和旋转一定角度，但只是改变了用户的观察位置和方向，图形对象的位置并没有改变。2.5罗盘操作罗盘是由与坐标轴平行的直线和三个圆弧组成的，其中X和Y轴方向各有两条直线，Z轴方向只有一条直线。这些直线和圆弧组成平面，分别与相应的坐标平面平行，见图2-3。通过菜单【View】【Compass】可以显示或隐藏罗盘。当罗盘与形体分离时，利用罗盘可以改变形体的显示状态。当罗盘附着到形体的表面时，利用罗盘可以改变形体的实际位置。图2-31.改变形体的显示位置当光标接近罗盘的直线和圆弧段时，直线或圆弧段呈红色显示，光标由箭头改变为手的形状。按住鼠标左键，沿罗盘的直线移动时，形体将沿着相应的方向做同样的“移动”。按住鼠标左键，沿罗盘的弧线移动时，形体将绕相应的坐标轴同方向做同样的“旋转”。用光标指向罗盘顶部的圆点时，圆点呈红色显示。按住鼠标左键，拖动圆点绕另一端红色的方块旋转时，形体也会跟着“旋转”。以上操作只是改变了观察形体的位置和方向，形体的实际位置并没有改变。2.改变形体的实际位置当光标指向罗盘的红色方块时，光标改为。按住鼠标左键，拖动罗盘到形体的表面，罗盘呈绿色显示，坐标轴名称改变为U、V、W，表示罗盘已经附着到形体的表面上，见图2-4。操作方法和操作过程与改变形体的显示位置相同，但改变的是形体的实际位置。用鼠标拖动罗盘底部的红色方块，或者选择菜单【View】【ResetCompass】，罗盘即可脱离形体表面，返回到原来位置。图2-42.6特征树2.6.1特征树的结构特征树以树状层次结构显示了二维图形或三维形体的组织结构，见图2-5。根结点的种类和CATIA的模块相关，例如零件建模模块的根结点是Part、绘制二维图形模块的根结点是Drawing。带有符号“”的结点还有下一层结点，单击结点前的“”，显示该结点的下一层结点，单击结点的“”，返回到该结点。结点后的文本是对该结点的说明。图2-5例如，图2-5所示特征树的根结点是Part1，它以下有xy、yz、zx三个基准平面和PartBody四个结点。结点是一个三维形体。它的下一层有，4个Pad和3个pocket，共7个结点。说明它是经过4次Pad（填加）和3次pocket（挖切）形成的2.6.2特征树的操作1.显示或隐藏特征树通过功能键F3可以显示或隐藏特征树。2.移动特征树将光标指向特征树结点的连线，按住鼠标左键，即可拖