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1、2019/5/6,CATIA 教程 (一),黄 翔 教 授 南京航空航天大学,CATIA入门介绍（2课时）,2019/5/6,一、绪 论,2019/5/6,时空观是关于时间和空间的根本观点。它是哲学世界观的重要内容和有机组成部分，是在人类长期的生产活动和生活历史实践过程中形成的。近代时空观是在自然科学发展的基础上形成的，主张时间、空间是物质存在的绝对形式，并提出时空无限的思想。辨证唯物主义承认时间、空间的客观性、绝对性和无限性，同时又承认时间和空间的具体形态和具体特性具有多样性、相对性和具体事物时空的有限性。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。,从时空观谈起,2019/5/6,任何物
2、理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。 在没有合适的手段表示三维模型前，人们用（二维）工程图来表示三维的物体。工程图以画法几何的投影理论为基础，以直尺、圆规、图板为工具，按照一定的技术标准的绘制的表示三维的物体的图纸。 工程制图是一门专业基础科，体现工科特点的入门课程，也是工科学生必须学习的专业基础课程之一。在培养学生作为创造性思维基础的空间想象力及构思能力和促进工业化进程等诸多方面发挥了重要的作用。 工程图是生产中必不可少的技术文件，是在世界范围通用的“工程技术的语言”。正确规范的绘制和阅读工程图是一名工程技术人员必备的基本素质。,工程制图,2019/5/6,三维模型是物体的多边形表示，通
3、常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体是可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。 三维模型经常用三维建模工具这种专门的软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。,三维模型,2019/5/6,CAD发展简历,1、CAD是什么？ Computer Aided Drawing & Drafting（CADD） vs. Computer Aided Design（CAD) 2 、广义的CAD 3、CAD的发展史 4 、主流CAD软件 CATIA，UG，PRO/E，Solidworks 等,2019/5/6,CATIA V5
4、是IBM和法国Dassault公司共同开发的三维工程设计软件，是一个先进的产品生命周期管理（PLM）的解决方案，在航空、汽车业有着广泛的应用。CATIA V5是在世界上广为应用的主流工程设计软件。 本培训课程重点介绍CATIA V5的三维机械设计功能，通过基本操作和实例讲解，使学员基本掌握该软件的实体、简单曲面、装配和二维工程图的功能。具有应用CATIA软件进行产品的机械结构设计的基本能力。 学习方法：科学方法，基本技能，数学的形式化和本质化 授课方法：讲解+实际操作（机房） 考核方法：,课程描述,2019/5/6,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
5、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。 模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、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系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房
6、设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。,CATIA介绍,2019/5/6,CATIA先进的混合建模技术 设计对象的混合建模：在CATIA的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正的互操作； CATIA建模技术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
7、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，都是非常容易的事。,CATIA介绍,2019/5/6,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，能完全体现在二维，以及有限元分析，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
8、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。,CATIA介绍,2019/5/6,CAD/CAM/CAE系统功能,201
9、9/5/6,CATIA V5构架,CATIA V5主程序：为核心，所有的设计、制图/加工和模拟等操作都是在次构架下完成。 CATIA V5在线帮助：包含所有主程序模块的时用说明、技术文件和操作实例。 CAA V5：CAA（Component Application Architecture）提供用户在开发的接口，使用户可以在Microsoft Vistual C+6.0下，通过API调用程序核心，并在此基础上进行开发。 CATIA LUM：是CATIA的License（许可）管理工具，可以管理CATIA的许可使用，并建立License Server（许可服务器）。,2019/5/6,CATIA
10、 V5模块,1、基础构架Infrastructure 提供管理整个CATIA 构架的功能，包括Product Structure、Material Library、Catalog Editor、Rendering等,2019/5/6,2、机械设计Mechanical Design 包含机械设计的相关单元,3、曲面设计Shape 提供曲面与逆向工程设计单元，可以自由塑造不规则曲面，利用手绘草图来构件曲面。,2019/5/6,4、分析与仿真Analysis & Simulation 提供实体的网格划分（mesh）与静力、共振等有限元分析功能，并可输出网格分割数据共其它分析软件使用。,5、APC 工
11、厂布局 提供工厂的规划建制功能。,CATIA V5模块,2019/5/6,6、数控加工NC Manufacturing 包含两轴到五轴加工的编程能力，并支持快速原型功能（STL Rapid Prototyping）。,7、数字化仿真Digital Mockup 包含动态机构仿真、装配配合空间分析、产品功能分析与功能优化等。,CATIA V5模块,2019/5/6,8、设备与系统Equipment and Systems 提供各种系统设备的建置，管路和电线的配置以及电子零件配置等功能。,2019/5/6,9、制造的数字化过程Digital Process for Manufacturing 提供
12、在三维空间中进行产品的特征、公差与配合标注等功能。,10、人体工学设计与分析Ergonomics Design&Anaysis 提供人体模型，并可对产品进行人体空间分析。,11、知识工程Knowledgeware,CATIA V5模块,2019/5/6,Syllabus,草图 sketcher 特征造型 Part design 初级装配 essential assembly plan 线框和曲面设计 wireframe & surface design 自由曲面设计 generative shapedesign高级装配 advanced assembly plan 工程图 drafting 数
13、控加工NC Manufacturing 数字化仿真Digital Mockup ,2019/5/6,学习的内容,学习的内容,学习的内容,主模型思想,2019/5/6,三、 CATIA基本操作,2019/5/6,启动三维造型 (1)开始- 机械设计-零部件设计 (2)文件-新建-part (3)文件-新建自-.CATPart（创建基于现有文档的副本的新文档） (4)文件-打开-.CATPart,用户界面：文件创建,2019/5/6,用户界面,2019/5/6,操作窗口,2019/5/6,菜单及工具条,2019/5/6,CATIA对话框,2019/5/6,用户界面：语言设置,2019/5/6,用户
14、界面：工具栏,2019/5/6,CATIA文档即是CATIA数据按某种格式存储的格式文件，CATIA按数据建立的不同而有不同类型的数据存储格式文件，常用的类型见下图所示：,CATIA的文档类型（CATIA Documents）,用户界面： CATIA的文档类型,2019/5/6,鼠标的使用,使用三键鼠标，利用鼠标可以完成数种功能，包括选择和编辑对象、移动视角、右击打开弹出式菜单、旋转视角、物体的缩放等，具体使用如下： 选择和编辑对象：点击MB1 移动物体Translate：用MB2，按住中间不放，则物体随鼠标的移动而移动。（移动物体的视角） 打开弹处菜单：用MB3，在物体上单击右键，可打开快捷
15、菜单。 旋转物体Rotate：用MB2+MB1或MB2+MB3，现按中键，再按右键或左键不放，移动鼠标即可。点击中键可确定旋转中心。 物体缩放ZOOM：按中键MB2，再点击右键MB2或左键MB1，向上是放大物体，向下是缩小。,2019/5/6,Pad2.CATPart,用户界面：视图操作,按住中键直接拖动,按住中键，然后单击左键（右键）,按住中键+左键（右键）,CTRL+中键,中键+ CTRL,2019/5/6,对象选择Select Objects,1、单选Simple Selection： 直接用鼠标的MB1单击物体； 在左边的“特征树Selection of Geometry of Tre
16、e Feature”上单击物体的名称，即可选择对应的物体，被选择的物体会高亮显示。,2019/5/6,2、一次选多个物体Selection of Several Objects (Multi-selection)：按Ctrl键，用鼠标MB1点击多个物体，即可选择多个物体。 直接用“编辑Edit”菜单中的“搜索Search”，按指定的属性选择有同一属性的物体。 利用“选择工具SelectToolbar”拖动鼠标,对象选择Select Objects,2019/5/6,指 南 针 Compass,指南针（Compass）代表三维坐标系统。帮助用户建立空间概念和了解坐标系统。通过指南针，用户可以在P
17、roduct Structure, Assembly, FreeStyle Shaper, DMU Navigator等过程中完成一系列的操作，如指定物体在X,Y,Z三轴的旋转和平移、在XY,YZ, ZX平面上的移动等，提高操作效率。,应用指南针,“视图 (View)”“指南针 (Compass)”命令可以显示和隐藏指南针,字母X、Y和Z表示轴。Z轴是默认方向。Z轴附近的点是自由旋转手柄，用于同时自由旋转指南针和文档中的对象。 红色正方形是指南针操作手柄，用于拖动指南针并将其放置到要操作的对象上。还可以绕该点旋转对象。 指南针的底部是XY平面，它是优先平面。当只是使用“选择 (Select)”
18、命令时，此概念无用。只有当使用的应用程序命令所使用的操作器需要工作平面时（例如，当使用自由风格曲面造型创建平面补面或修改控制点时），此概念才有用。,2019/5/6,使用 3D 指南针能够做什么？ 使用鼠标和指南针操作视点：这是同时平移和旋转文档中的所有对象的另一种方法 使用鼠标和指南针移动和旋转非约束对象 在这里，移动对象意味着物理移动它们，以便相对于文档中的绝对轴系重新定义对象的空间坐标。切勿将移动对象与平移对象混淆，平移对象只是修改查看对象的视点：对象在文档中的位置保持不变。 使用“编辑. (Edit.)”上下文命令移动和旋转非约束对象 锁定指南针方向 将指南针自动与选定的对象对齐 将移
19、动对象的平面设置为与屏幕平行 将优先平面切换到指南针的 XZ 或 YZ 平面 在应用程序（例如，自由风格曲面造型应用程序）中将优先平面作为工作平面，例如当在平面补面和曲线上操作控制点操作器时。 如果您同时使用了装配设计应用程序（它提供了一些高级定位工具），可以考虑将 3D 指南针作为初步的工具，在将部件精确定位在装配中之前先确定好部件的空间位置。 如果您使用的是空间鼠标，则在 3D 指南针位于屏幕中时还可以操作它，此外可以使用空间鼠标操作视点。,应用指南针,2019/5/6,使用指南针操作视点（Manipulating Viewpoints）的方法如下： （1） 自由旋转：抓住指南针Z轴顶点，
20、移动鼠标 （2） 旋转：抓住指南针平面上的弧线，移动鼠标 （3） 轴向移动：抓住指南针上的轴线，移动鼠标 （4） 平面移动：抓住指南针上的平面，移动鼠标。 （5）指向 X、Y 或 Z 以突出显示该字母，然后单击该字母使该轴与您的视点垂直 （6）单一物体的移动：抓住指南针上的红色方块，移动指南针到物体的任何一点，便可直接对物体进行移动、旋转等操作。在装配时，此功能非常有用。,Manipulators.CATProduct,应用指南针,2019/5/6,（7） 快捷菜单：在指南针上单击右键，弹出快捷菜单,锁定当前方向：固定当前视角-当您将指南针拖动到对象上时，指南针符号的方向保持不变 将优先平面的
21、方向锁定为与屏幕平行的方向：强制优先平面与屏幕平行。即使更改文档中的视点，此操作也仍然有效。 使用局部轴系 (Use Local Axis System):将指南针锁定到局部轴系 使XY平面为优先平面：指定XY平面为指南针的基准面。 使优先平面最大程度可见：在操作视点时保持优先平面最大程度可见。 自动抓取选定对象：但击此项，再单击一个物体，指南针便指定到确定的物体上,自动将指南针与选定的对象对齐,应用指南针,2019/5/6,“编辑. (Edit.)”,通过指南针的操作手柄（红色正方形）重置指南针（和选定对象）的位置，指定它的 X、Y 和 Z 坐标以及相对于 3D 场景中心的旋转坐标 将对象（
22、或仅指南针）按一定的递增量沿 X、Y 和 Z 轴平移到一个新位置 将对象（或仅指南针）按一定的递增量绕 X、Y 和 Z 轴旋转 沿优先平面的方向平移指定的距离 平移两个选定元素（直线/边线/平面）之间的距离 旋转一个设置的角度，或选定的两个元素（直线/边线/平面）之间的角度。,“绝对 (Absolute)”轴系：允许您沿包含该零部件的产品的绝对轴系移动零部件 “活动 (Active)”对象：允许您相对于活动对象移动零部件。若要将对象定义为“活动的”，请在结构树中双击它：对象随即以蓝色突出显示，表明它是活动的。例如，假设活动对象是一个将局部轴系定义为当前轴系的零部件：在这种情况下，选择“活动的
23、(Active)”将显示相对于零部件的局部轴系的指南针坐标。 “递增 (Increment)”选项允许您按一定的递增沿 U、V 和 W 轴平移或旋转指南针。 若要沿派生自两个选定对象的向量平移对象，请在“测量 (Measures)”区域中单击“距离 (Distance)”并选择两个元素。 若要按照两个元素之间的角度旋转对象，则单击“角度 (Angle)”并选择这两个元素。,应用指南针,2019/5/6,利用罗盘（compass）控制视点旋转,应用指南针,2019/5/6,沿一平面平移,绕一轴旋转,沿一平面平移,应用指南针,2019/5/6,沿一轴视察,用鼠标控制视点旋转,应用指南针,2019/
24、5/6,放大和缩小,移动,应用指南针,2019/5/6,以指定位置为显示和旋转中心,应用指南针,2019/5/6,把罗盘（compass）附着到零件上来移动零件,应用指南针,2019/5/6,把罗盘附着到零件上移动所有与它有关联的所有零件,应用指南针,2019/5/6,练习,Manipulating Viewpoints Using the Mouse and Compass pan along the direction of any axis (X, Y or Z) of the compass rotate in a plane pan in a plane rotate freely
25、about a point on the compass view the document perpendicular to any of the axes of the compass.,Manipulators.CATProduct,Manipulators.CATProduct,Manipulators.CATProduct,练习,Manipulators.CATProduct,应用指南针,2019/5/6,Manipulating Objects Using the Mouse and Compass,Using the mouse and compass, you can mani
26、pulate not only viewpoints but also non-constrained objects recognized by the compass, by moving or rotating them. You do so by dragging and dropping the compass onto the object to be manipulated.,练习,Manipulators.CATProduct,Manipulators.CATProduct,Manipulators.CATProduct,练习,Manipulators.CATProduct,r
27、otate the object in a plane (by dragging one of the compass arcs): the degree of rotation is also displayed in real time move the object in a plane (by dragging one of the compass planes): the distance from the origin to the new location (along both axes in the plane) is displayed in real time rotat
28、e freely about a point on the compass (by dragging the free rotation handle at the top of the compass),应用指南针,2019/5/6,Manipulating Objects Using the Edit. Command,练习,Manipulators.CATProduct,How to manipulate objects precisely, using the Edit. contextual command. reset the position of the compass (an
29、d selected object) via its manipulation handle (red square), by specifying its X, Y and Z coordinates and rotation coordinates with respect to the center of the 3D scene translate the object (or just the compass) to a new position in increments along the X, Y and Z axes rotating the object (or just
30、the compass) about the X, Y and Z axes in increments translate over a specified distance in the direction of the privileged plane translate over the distance between two elements (line/edge/plane) you select rotate through an angle you set, or an angle between two elements (line/edge/plane) you sele
31、ct.,应用指南针,2019/5/6,应用指南针,2019/5/6,Swapping the Privileged Plane,Manipulators2.CATProduct,This task explains how to swap to a different privileged plane (XZ or YZ). This command is not useful when simply using the Select command. It is only useful when using application commands that use manipulators
32、 which require working planes, for example, when creating planar patches or modifying control points using the FreeStyle Shaper.,Keeping the Privileged Plane the Most Visible during Viewpoint Manipulations,This task explains how to keep the privileged plane visible during viewpoint manipulations. Th
33、is command is not useful when simply using the Select command. It is only useful when using application commands that use manipulators which require working planes, for example, when creating planar patches or modifying control points using the FreeStyle Shaper.,应用指南针,2019/5/6,1.3 CATIA入门实例,2019/5/6
34、,三维造型的一般过程,going from THIS,to THIS,to THIS,5,三维造型一般流程,入 门实例,2019/5/6,Gettingstarted.CATPart,三维造型一般流程,2019/5/6,Creating a Pad,三维造型一般流程,2019/5/6,Drafting a Face,三维造型一般流程,2019/5/6,Filleting an Edge,三维造型一般流程,2019/5/6,Editing the Pad,Mirroring the Part,三维造型一般流程,2019/5/6,Sketching a Circle from a Face,三维造型一般流程,2019/5/6,Creating a Pocket,三维造型一般流程,2019/5/6,Shelling the Part,三维造型一般流程,