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CATIA软件设计装配模块教程

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上善若水 发表于 2020-2-7 14:41:38 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
3.3 CATIA装配模块(Assembly Design)

一个产品通常由多个零件组成,这些零件只有装配成功,并且运动校核合理之后才可以试制生产。装配设计就是要将设计好的各个零件组装起来,在设计过程中协调各零件之间的关系,发现并修正零件设计的缺陷,装配设计也是数字样机(DMU)的基础。
CATIA V5 装配设计(Assembly Design)模块可以方便地定义各零件之间的约束关系,并检查装配件之间的一致性。它可以帮助设计师自上而下(Top Down)或自下而上(Bottom Up)的定义、管理多层次的大型装配结构,使零件的设计在单独环境和装配环境中都成为可能。
CATIA装配模块的进入方法通常有三种:
1、 通过“Start”菜单,选择“Mechanical Design”模块组,然后选择“Assembly Design”模块即可。
2、通过“File”菜单,选择“New”新建文件,然后在文件类型列表中选择“Product”,即可创建新的装配件。
3、通过偏好工作台设置(参第二章2.6.3),将“Assembly Design”模块列入偏好的常用模块,即可在需要时通过工作台图标切换至装配件设计模块。
CATIA装配模块的工作界面如图3-255所示,由图中模型树可见一个装配件由若干零部件及约束组成,图中还列出了该模块常用的工具条以及菜单命令:包括产品结构工具条及约束工具条等。
装配设计通常的工作顺序为:
1、插入或新建已有的零件/子装配体;
2、利用罗盘拖拽,初步定位各零件或子装配件的空间位置;
3、利用Fix约束固定该装配件的某个基准件;
4、以上一步的基准件为参照,利用多种约束关系限定其余各部件的空间位置;
5、分析该装配件的性能,如冲突、间隙等。发现并修正问题
6、添加注解等辅助工作,生成零件清单或其他报告。
为便于读者理解并掌握CATIA的装配件设计模块,本书将首先通过一个简单的双足吸盘机器人装配引导读者入门,然后阐述装配模块的工作环境设置、部件的载入、约束的设定、部件的复制、装配件分析、Top Down设计理念等知识点。
OT20120903091458764.jpg
图3-255  由一个简单装配体看CATIA装配工作台环境
3.3.1装配设计入门实例
       为便于读者上手,本小节拟建的装配体就是图3-255中所示的简单机器人结构体,仅由四个部件构成(没有轴承螺栓等连接件)。这四个部件其实只有两个零件:两个一样的吸盘、两条一样的腿。下面分步骤阐述创建过程。
1、 新建一个装配文件,并修改装配体的部件编号
点击CATIA“File文件”菜单中的“new新建”子菜单;
在弹出的对话框中,拖动新建文件类型列表框的滚动条至“Product”并选中,然后点击“Ok”确认新建一个装配文件;
新建的文件默认文件名为“Product1”,其部件编号也为“Product1”。大型装配件往往包含多个零部件,如果每个零部件的名称或者编号都没有任何含义,那么管理起来非常费劲,所以有必要给自己的每个零部件命名为容易理解的符号。
本例采用鼠标右键点击Product1模型树根节点(如图3-256所示),选择右键菜单中的“Properties”子菜单,在3-257所示对话框内更改“Part Number”属性为“Huang bo’s Robot”。
OT20120903091458209.jpg        OT20120903091458684.jpg
图3-256  Product1的右键菜单                图3-257  属性调整对话框(左半边)
2、 载入4个零部件至该装配体
按照图3-258所示,选择模型树上根节点右键菜单中的“Existing Components”子菜单,
OT20120903091458520.jpg
图3-258   模型树根节点上点右键,选定菜单中“Existing Component。。。”
系统将自动弹出文件选择对话框,供用户选定要添加至装配件的已有零部件。选定光盘3.3章节中的“Cup.Catpart”文件,再点击“Open打开”命令。则吸盘零件自动添加至装配体,结果如图3-259所示。
OT20120903091458168.jpg
图3-259  载入第一个零件之后的装配件模型
       因为最后的机器人模型需要两个一样的吸盘和两条一样的腿,所以,接下来我们需要用同样的方法再次载入一个“cup.catpart”文件和两次载入“Leg.catpart”文件。结果如图3-260所示。可以看到模型树中包含2个吸盘和两条腿,但模型区中却只能看到一个吸盘和一条腿,这没有关系,只是因为一样的模型都重叠在一起而已。
OT20120903091458393.jpg
图3-260  四个零部件全都载入后的装配体模型树和模型效果图
3、 利用罗盘在空间上大致排布各零部件
部件之间的重叠当然会影响后续操作的便利性,所以装配工作经常需要预先排布各零部件的大致空间位置,CATIA提供了一个非常好的方法,那就是利用罗盘附身来拖拽或旋转被附身零部件的空间位置。
罗盘附身的方法如下:
按照图3-261左侧所示,将鼠标挪到罗盘的中央红点附近,直到鼠标形状变为图中所示黑色十字箭头状后按住鼠标左键不放手,然后挪动鼠标至模型吸盘上直到其变为图3-261中所示形状后撒开鼠标左键,罗盘将呈绿色状态(参图3-261右图),表示罗盘已成功附身于Suction Cup.1。
OT20120903091458349.jpg     OT20120903091458876.jpg     OT20120903091458327.jpg
图3-261  罗盘附身吸盘的三个过程截图
成功附身后,就可以利用罗盘排布被附身零件的空间位置了,方法如下:
选中罗盘的某一条坐标轴,使其呈图3-262左侧所示橘黄色(图中选中竖直坐标轴),然后按下鼠标左键不撒手且移动鼠标,就可以拖动改变吸盘一的竖直位置(如中图所示);再选中罗盘的水平坐标轴后按住左键移动鼠标,可拖动改变吸盘一的X方向位置(如右图所示)。
注意:这些操作都必须在罗盘呈绿色状态下才能实现。
OT20120903091458490.jpg     OT20120903091458134.jpg     OT20120903091458933.jpg
图3-262  利用附身罗盘改变吸盘一在空间中的竖直位置和X方向位置
仅调整吸盘一的位置是不够的,仍然需要继续调整其他部件的空间位置,是不是每次调整都必须像图3-261那样单独附身一次呢?答案是否定的。
只要成功附身于某一个零件,并且用户的操作没有使罗盘褪去绿色状态的话,就可以很轻松地切换被附身的对象。方法如下:
如图3-263左图所示,罗盘仍然附身于吸盘一,且呈绿色附身状态;此时,只需点击鼠标左键模型树上的其他部件,罗盘的附身对象就变为其他部件(虽然罗盘仍然位于吸盘一上,但是它的心已经属于你新切换的部件)。如图3-263右图所示,模型树上的Leg1被选中,此时再按住罗盘的X轴拖动鼠标,将改变Leg1的X方向位置。
OT20120903091458576.jpg    OT20120903091458693.jpg
图3-263   将罗盘的附身对象由吸盘一切换至腿一,并沿X向拖动腿一的位置
  接下来,读者需要利用上述方法,挨个切换被附身对象,沿罗盘轴向拖动某个部件的空间位置,或者沿罗盘圆弧边旋转某个部件的空间位置。直到4个部件在空间上彼此分开,但距离又不太远的状态,大致如图3-264所示即可。(读者如果不能成功调整,也可打开光盘中的Robot_Step1.catproduct继续后续学习)
OT20120903091458710.jpg
3-264  利用罗盘最终将四个部件的空间位置大致调整如图
       此时,可以解除罗盘的附身状态。方法和图3-261左图一样,呈黑色十字箭头状态后将罗盘揪回CATIA右上角即可。
4、 利用Fix约束固定住吸盘一
选定约束工具条 OT20120903091458280.jpg 中的Fix Component OT20120903091458212.jpg 图标,然后点击模型树上的 OT20120903091458101.jpg 或者模型区中的吸盘一,则CATIA将锚定吸盘一的空间位置。模型树中多出一个Constraints节点,该节点包含Fix.1约束;且模型区的吸盘一上多了一个绿色的锚。如图3-265所示。
OT20120903091458699.jpg
图3-265 添加Fix Component约束于Suction Cup.1后的模型
5、 依次约束其他部件
机器人的设计构想是腿一的厚头和吸盘一铰接;腿二薄头和腿一薄头铰接;且腿二和腿一之间呈90度角。腿二厚头和吸盘二铰接。
用几何约束关系来表达这种设计构想的话,应该如下:
腿一的厚孔和吸盘一的孔同心;且腿一厚孔侧面正好贴住吸盘一的槽。
腿一的薄孔和腿二的薄孔同心;且腿一的薄孔侧面贴住腿二的薄孔侧面。
设定腿一和腿二之间的角度为90度。
腿二的厚孔和吸盘二的孔同心;且腿二的厚孔侧面贴住吸盘二的槽。
下面,将依次实现这些约束关系。
1) 腿一的厚孔和吸盘一孔同心。
选定约束工具条中的Coincidence相合图标 OT20120903091458677.jpg ,CATIA在窗口底部状态条中提示用户选择相合对象 OT20120903091458835.jpg 注意:各种软件的学习都应该有随时查看系统提示的习惯,软件自身提供的帮助和提示通常都是最好的老师)。
此时,应该选定腿一厚孔轴线和吸盘一孔的轴线作为相合对象,可是初学者经常会选择不到轴线,CATIA选定轴线的最简便办法是放大并旋转孔,直到你能看到足够的内孔圆弧面,此时,你再将鼠标靠近内孔圆弧面,CATIA将智能地呈现轴线供您选择。如图3-266左侧所示,选定吸盘一的孔轴线;然后再依3-266右图选定leg.1的厚孔轴线。即可设定两者同轴。
OT20120903091458529.jpg       OT20120903091458049.jpg
图3-266  放大内孔,直至能顺利选定吸盘一的孔轴线和腿一的孔轴线
约束设定成功后,模型树和模型如图3-267所示。可见模型树中Constraints节点中多了一个Coincidence约束(Leg.1和Suction Cup.1之间的相合约束),且几何模型区多了两个橘红的小圆圈。但是两个部件的位置并没有变化,二者没能实现同心,细心的读者还可以发现模型树中Coincidence节点的左下角有一个 OT20120903091458579.jpg 图标;这表明这个相合约束虽然设定成功,但是需要用户手动更新(Update)使其生效,CATIA才会重新计算部件的空间位置。本例中,我们先不更新这个相合约束,而是等到贴合约束定义好之后一起更新。
OT20120903091458585.jpg
图3-267  定义成功,但是尚未更新生效的Coincidence约束
2) 腿一侧面贴住吸盘一的内槽面
选定Contact贴合约束图标 OT20120903091458382.jpg ,然后需要选定两个欲贴合的面。旋转装配件,然后选择3-268左图所示腿一的左侧面,和吸盘槽的左边侧面。则生成3-268右图所示尚未更新生效的Surface Contact面贴合约束。
OT20120903091458496.jpg    OT20120903091458290.jpg
图3-268 Contact约束的两个侧面及定义成功但未更新的Contact约束
3) 更新这两个约束
约束的更新非常简单,只需点击工具条上的 OT20120903091458168.jpg 图标即可。更新后模型如图3-269所示。
OT20120903091458144.jpg
图3-269 第一条腿约束成功且更新后的模型
4) 利用罗盘调整腿一和吸盘一之间的角度
本例欲将腿一和吸盘一之间的角度大致调整成45度左右,可以利用图3-261中阐述的罗盘附身方法,将罗盘吸附于腿一,然后按住3-270左图所示罗盘圆弧边旋转腿一。旋转所得模型有点怪,点击Update图标 OT20120903091458168.jpg 更新模型,可得图3-270右图所示结果。实现旋转后记得将罗盘揪回右上角。(阶段结果文件参光盘3.3中的robot_step2.catproduct文件)。

OT20120903091458049.jpg        OT20120903091458981.jpg         
图3-270  罗盘附身于腿一并旋转腿一过程及更新后的模型图。
5) 定义腿一和腿二之间的同轴和贴面约束
方法和第一二步类似,先选择Coincidence图标 OT20120903091458677.jpg ,然后选择3-271左图所示两个薄孔轴线完成同轴约束;再选择Contact图标 OT20120903091458382.jpg ,选定3-271中图所示腿2的薄孔侧面后旋转模型,直到3-271右图所示腿一的薄孔面能够选中,选定这个面完成贴合约束。
OT20120903091458704.jpg    OT20120903091458249.jpg    OT20120903091458955.jpg
图3-271  相合的两个轴线、Contact约束的第一个面、Contact约束的第二个面
    此时两个约束虽已定义成功,但尚未更新生效,点击Update图标 OT20120903091458168.jpg 更新模型,可得如图3-272所示结果。
OT20120903091458601.jpg
图3-272  上述约束更新后的结果图(参Robot_step3.catproduct文件)
6) 定义腿一和腿二之间的角度
选择Angle角度约束图标 OT20120903091458428.jpg ,然后选择两个要设定夹角的元素(线或面)即可。本例中选择图3-273所示两条腿的内面即可完成定义。两个呈夹角的面选定后,系统将弹出图中所示对话框,在最底下的Angle中输入90Deg即可完成定义。(由对话框可见,角度值的定义除了直接输入角度,还有其他多种方式,详见3.3.5)。最后点击Update OT20120903091458168.jpg 更新模型。
OT20120903091458343.jpg
图3-273  选择两条腿的内面定义90度角(更新后模型参光盘Robot_step4.catproduct)
7) 定义腿二和吸盘二之间的同轴和贴面约束
同轴约束采用第一步的方法即可完成,但本例中的同轴约束采用另一种方法:先选择对象,再选择命令(Object/Action)的方法,即先选择图3-274中所示两个内孔面,然后再选择Coincidence约束 OT20120903091458677.jpg 即可完成同轴定义。至于贴面约束,读者可以参照第二步的方法自己完成。最后更新模型 OT20120903091458168.jpg ,即可完成入门实例。
OT20120903091458945.jpg
图3-274  先选择两个内孔面,再选择coincidence图标实现同轴约束
3.3.2 装配工作台环境设置
    为了更好地驾驭装配工作台,有必要较为系统地了解装配工作台的设置。几个常用的设置阐述如下:
1、 视觉模式Visualization Mode/设计模式Design Mode
默认情况下,所有装配文件都工作在设计模式(Design Mode)下,该模式自动装载装配体包含的所有零部件特征和参数,这有利于用户随时从装配工作台提取某个零部件或特征进行设计修改,但是比较费内存;如果想节省内存开销加快速度,用户还有另一种工作模式可以选择­——视觉模式(Visualization Mode),该模式仅装载所有零部件的几何外观,工作在视觉模式时,用户不能编辑修改装配体重的零部件,如果希望修改某个零部件的话,需要在模型树上双击该零部件的节点切换到设计模式,然后就可以修改该节点部件。
用户可以通过“Tools”菜单中的“Options”子菜单弹出设置对话框,照图3-275选择对话框左边的条目“Product Structure”,右边选择“Cache Management”卡片,选中该卡片中的“Work with the cache system”,则装配工作台将切换到缓存模式(弹出警告对话框:提示用户重新启动CATIA以保存设置,使之生效)。此时,再查看该条目右边的卡片项“Product Visualization”,如图3-276所示,装配件可以工作于视觉模式(需要重新启动才能生效)。由图3-277可以看出,打开的装配件模型树中,零部件节点没有Å号,表示模型不具备可编辑性能,如果需要编辑某个零部件,双击模型树中该节点即可切换至设计模式。
OT20120903091458847.jpg
图3-275 切换到缓存模式
OT20120903091458033.jpg
图3-276 缓存模式下,装配件工作于视觉模式
OT20120903091458750.jpg
图3-277 视觉模式下,模型树上零部件节点左边没有Å号,不具有可编辑性
2、 装配工作台的一般设置(General)
用户点击“Tools”菜单中的“Options”子菜单,弹出图3-278所示选项设置对话框,照图选择对话框左边 “Mechanical Design”下面的“Assembly Design” 子条目,右边选择“General”卡片,可进行装配工作台的一般环境设置。
Update更新,如果选择Automatic,则装配件每进行一次改动,系统自动更新计算;如果选择“Manual”,则系统需要点击 OT20120903091458168.jpg 图标才重新计算所作修改。
Update Propagation Depth更新计算的繁殖深度:如果选择Active Level,则CATIA的更新计算仅针对当前的活跃子装配体(Active);如果选择 All the Levels,则CATIA的更新将针对所有部件。
Compute Exact Update Status at open:该选项仅当工作于缓存模式且打开一个装配文件或新插入一个子装配体时生效,如果选择Automatic,则系统装载装配体形体数据后自动判断需要更新与否;如果选择Manual,则CATIA如果装载装配体形体数据如果需要更新,则显示未知状态需要更新图标。
Access to geometry几何模型的获取:如果用户激活Automatic Swith to Design Mode,则当用户工作于视觉模式时,装配件虽然打开时处于视觉模式,只要用户针对某个部件设置约束,则CATIA自动将该部件切换至设计模式。
  Move Components involved in a Fixtogether: 这三个选项用于选择:当用户通过罗盘等操作移动绑定在一起的某个部件时,是否出现警告提示。
OT20120903091458874.jpg
图3-278  装配工作台的一般设置
3、 装配工作台的约束设置(Constraints)
用户点击“Tools”菜单中的“Options”子菜单,弹出图3-279所示选项设置对话框,照图选择对话框左边 “Mechanical Design”下面的“Assembly Design” 子条目,右边选择“General”卡片,可进行装配工作台的约束设置。
OT20120903091458337.jpg
图3-279 装配工作台的约束设置
Paste Components:四个选项用于选择当用户粘贴零部件时,是否附带粘贴与之相关的约束设置。默认状态为不粘贴相关约束。
Constraints Creation:提供了三个选项,用于选择约束是否可以针对任何几何零部件、或者只能子装配件的Published(发布)零部件、或者任何层次的发布件。(关于发布Published知识点参后续内容)
Quick Constraint: 当用户定义快速约束时,系统自动判断应该采用何种约束。这个选项则用来设置这些备选约束的优先级,可以通过上下箭头调整约束的优先级。
3.3.3部件(或库内标准件)的载入及新建
       装配件由多个部件组成,CATIA建立一个装配件首要的工作就是把部件添加进来,这些部件可以装载磁盘上已有的文件,也可以新建将来要单独保存在磁盘上的零部件,还可以新建将来不单独保存在磁盘上的零部件。
       CATIA提供了三种获取零部件添加命令的方式,如图3-280三个边框所示:
Insert菜单获取命令,最不常用的方式。
通过模型树上装配体节点的右键菜单获取命令,最快捷的方式。
工具条上获取命令,最显而易见的方式。
OT20120903091458780.jpg
图3-280  载入零部件命令的三种获取方式
       下面,以工具条方式为例,分别阐述这五种方法 OT20120903091458857.jpg
OT20120903091458338.jpg Component:该方法将新建一个子装配件到您接下来选定的装配件中。操作方法为:点击该命令图标,然后在模型树中选取新建子装配件的上级装配件即可完成创建。(注意:该方法创建的子装配件不会单独存盘,只存在于上级装配件中。细心的用户可以看到这个图标与其它4个图标不同,该图标的背后没有白纸,其他4个图标都有白纸,表示在磁盘上有单独的文件存在)
   OT20120903091458139.jpg Product:该图标也是新建一个子装配件到您接下来选定的装配件中。操作方法同上,唯一的不同在于新建的这个子装配件将来以单独文件形式(*.catproduct)存盘。
   OT20120903091458626.jpg Part:该图标新建一个零件到您接下来选定的装配件中,操作方法同上。保存时也会在磁盘上有单独的CatPart文件存在。
OT20120903091458949.jpg Existing Components:该方法不新建零部件,用户点击该命令图标,并且在模型树上选定装配目的件后,CATIA将弹出文件选择对话框,供用户选定已有的零件或者装配件添加至目的装配件中。
   OT20120903091458547.jpg Existing Components with Postitioning:该方法与上一条方法唯一的不同在于零部件载入时,可以同时弹出对话框供用户定位之用。
OT20120903091458385.jpg Catalog Browser库浏览器:该图标供用户选定库内包含的标准螺钉螺栓,并且可以将这些标准件添加到装配件中。如点击 OT20120903091458385.jpg 图标,CATIA将弹出图3-281左侧所示库文件浏览对话框,可以利用对话框顶部的下拉框选择不同的标准库;也可以利用顶部的 OT20120903091458898.jpg 图标打开指定目录内的库文件;还可以左键选择双击框内图例,直到将选定的标准件添加到当前装配体中为止(参3-281右图)。
OT20120903091458258.jpg OT20120903091458346.jpg
图3-281 库文件浏览对话框
3.3.4 装配件的结构体系
讲解后续内容之前,读者有必要系统地了解CATIA的装配件结构体系,这种结构体系主要体现在模型树上。
图3-282所示模型数是一个典型的简单CATIA装配件模型树,读者可照图且搭配下述文字理解各术语的含义(参光盘“3.3\装配件结构体系\robot on the desk.catproduct”文件)。
OT20120903091458549.jpg
图3-282  装配件结构体系阐述图
Active Item活跃部件:活跃部件就是当前能够编辑的部件,用户的操作仅能针对活跃部件的子节点,至于用户到底操作谁,还要进一步取决于用户的选中部件(Selected Item);活跃部件呈蓝色;可以选定模型树上的任何零部件或装配件节点作为活跃部件;活跃部件的切换可以通过鼠标左键双击目的节点实现,如欲将图中的活跃节点切换为Huang Bo’s Robot,则用户双击它就可以。活跃节点切换过来之后,定义约束等其他操作都不能选择上半部分模型树的内容,因为他们不属于Huang bo’s Robot管辖的范围。
Selected Component选中部件:选中的操作目标部件,呈橘黄色,后续操作就针对这个部件。
子装配件:一个装配件可以由多个零件组成,也可以由多个子装配件组成,或者由零件及子装配件混合组装。图3-282中Robot On the desk总装配文件由两个子装配件组成:一个是Desk;一个是Huang bo’s Robot。(这两个子装配件略有不同,那就是Desk子装配在磁盘上没有单独保存的文件,图标上没有白纸符号)。
零部件:图中的两个子装配件分别由多个零件组成,注意观察零件节点,可以发现模型树上所有零件节点的图标右下角都有个红色的坐标系。
Constraints约束:约束用来限定各零部件之间的关系,一个装配件中可能有多种层次的约束,即作用于子装配件的约束;作用于总装配件的约束等。
Part Number零件编号:装配件中的每个零部件或者子装配都有一个零件编号,其默认值就是部件的名字,图3-282中模型树上每个节点括弧外的名字就是编号。
Instance Name实例名称:一个装配件中包含某个零件的多个实例时,每个实例的零件编号都一样,但是实例名称却应该有所区别。图3-282中模型树上每个节点括弧内的名字就是实例名称。
  零件编号和实例名称的修改:通过点击模型树上该节点右键菜单中的Properties菜单可以获取修改名称的对话框,参图3-256和3-257。3.3.5 约束的设定及编辑
该小节主要包括四部分内容,即:
1、 CATIA构建约束的规则;
2、 常用约束的建立方法;
3、 约束的高级用法;
4、 约束的操作,包括显示控制及编辑。
1、 CATIA构建约束的规则
CATIA添加约束时有一定的规则,基本的要求就是只能将约束添加至活跃部件(Active Item)所管辖的范围,而且约束所限定的两个部件共同的第一个上级(子)装配件必须是活跃部件,否则约束无法添加成功。如果用户不能正确设置活跃部件,那么就会经常出现一种情况:设置两者之间的约束时无法选取到您希望选择的目标对象。
CATIA关于约束的规则,可以较为清楚地描述于图3-283所示模型树图中:
OT20120903091458391.jpg
图3-283 约束规则阐述的模型树图
纵观图3-283的模型树结构,可见:
  Product1由Product2和Product8两个子装配件组成
Product2由Product3、Product5、product6三个子装配组成
Product8由Product9、Porduct10、Product11三个子装配组成。
当前的活跃部件为Product2,那么,此时如果欲针对图中7种箭头所指的两个对象之间添加约束,CATIA会作何判断呢?答案如下:
①  Product5以及Product6的直接上级是Product2,正好是活跃部件,当然允许添加约束。
②  Product4的直接上级虽然是Product3,但Product6的直接上级是Product2,所以仍然可以。
③ 同第一种情况一样,可以添加。
④  Part1和Product7的直接上级是Product6, Product2作为活跃部件是不可以的,如果想添加两者之间的约束,必须双击Product6,使之获取活跃焦点(呈蓝色)。
⑤  Product9 和 Product10的直接上级是Product8,此时不能添加两者之间约束,如果希望添加,必须双击Product8,使之获取活跃焦点。
⑥  Product10和Prodcut11情况同上。
⑦  Product11和Product3的第一层次共同上级是Product1,所以必须双击Product1,使之获取活跃焦点,方能添加两者之间的约束。

2、 常用约束的建立方法
CATIA提供的约束工具条为 OT20120903091458280.jpg ,阐述如下:
OT20120903091458120.jpg Coincidence相合,可以用来作为相合对象的体素包括:点、直线、平面。具体操作过程参前面的入门实例即可。(点击命令,选择两个对象即可)
OT20120903091458655.jpg Contact接触,可用来定义接触约束的体素有:平面、柱面、球面、锥面等。具体的操作过程也参前面的入门实例。(点击命令,选择两个对象即可)
   OT20120903091458563.jpg Offset偏距,该约束定义两个选定对象之间平行且相隔一定距离,可以选择的对象有:点、线或者平面。打开光盘中3.3节Constraints目录下的hinge_step1.catproduct,如图3-284所示,点击 OT20120903091458563.jpg 图标,并选择图中所示两个合页的顶面,在弹出的对话框中可以设定这两个顶面的方向Orientation(同向Same;相对Opposite;系统自动判断Undefined);此外,还可输入两者的距离值(Offset 框);若用户选择Measure单选框,则该约束将转化为测量。此例中,我们要求两个顶面同向且距离为零。
OT20120903091458670.jpg
图3-284  设定合页两顶面之间同向且偏距为零
      OT20120903091458114.jpg Angle角度,设定两个对象之间呈一定角度,对象可以选择为直线或者平面。点击 OT20120903091458114.jpg 图标,并选择如图3-285所示合页的两个内面,系统将弹出角度定义对话框。本例选用图中所示参数。
角度的定义有4种模式,分别为:Perpendicularity垂直;Parallelism平行;Angle在角度框内输入具体数值;Planar Angle平面角度(平面角度模式需要选定一根同时属于两个对象平面的轴线方可定义)。
  角度值还可以通过Sector选取不同的象限来决定(象限1、2、3、4)。
OT20120903091458332.jpg
图3-285  设定合页两内面之间夹角为60度
         继续下一步之前,请设定两个合页之间的轴线相合约束Coincidence,达成图3-286所示同轴效果。
OT20120903091458162.jpg Fix锚定,被锚定的部件在重新更新计算时禁止偏离它的父对象,CATIA提供两种类型的锚定,即:Fix in Space和Fix。其中Fix in Space类型限制对象的空间绝对位置;Fix仅和其他部件的相对位置。
用户新定义的锚定约束都是Fix in Space类型的,点击 OT20120903091458162.jpg 图标,并选定Hinge1零件,则模型如图3-286所示(注意模型树上的Fix约束左下角有个锁形符号,表示锁定该部件的空间绝对位置),这种情况下,如果用户将拖动罗盘附身到Hinge1零件上,然后移动Hinge.1零件。最后点击 OT20120903091458168.jpg 图标更新模型的结果将是:Hinge1弹回原始位置。
OT20120903091458397.jpg
图3-286  Hinge1部件被Fix in Space约束
如果用户希望将该锚定约束调整Fix,即仅限定Hinge1相对于其他部件的位置,那么需要双击模型树节点 OT20120903091458532.jpg ,系统将弹出图3-287左侧所示对话框,点击More按钮,对话框变为3-287右侧所示内容,去掉其中的Fix In Space单选框,确定后类型变更为简单的Fix,注意观察此时的模型树节点变为 OT20120903091458574.jpg (左下角没有锁形符号)。这种情况下,如果用户将拖动罗盘附身到Hinge1零件上,然后移动Hinge.1零件。最后点击 OT20120903091458168.jpg 图标更新模型的结果将是:Hinge1保持新位置不动,其他和Hinge1有关系的部件都被其拖到新的位置。
OT20120903091458633.jpg     OT20120903091458247.jpg
图3-287 Fix约束的类型变更
OT20120903091458584.jpg Fix Together绑定,该约束较为简单,负责将两个对象别在一起。
   OT20120903091458046.jpg Quick Constraint快速自动约束,该命令按照约束设置规定的优先级顺序(参图3-279),自动采纳一种可能的约束种类来约束用户选定的两个对象之间关系。如用户选择两个轴线,则系统可能设置两者同心;如用户选择两个平面,则用户可能设定两者贴合等。读者可自行尝试。
   OT20120903091458654.jpg Change Constraint改变约束类型,操作方法为选定模型树中要改变类型的约束节点,点击 OT20120903091458654.jpg 命令图标,在对话框内设定要变为何种类型约束即可。如按图3-288将Offset.1变为Surface Contact约束后,合页将由图中形状变为装倒了的效果。
OT20120903091458094.jpg
图3-288 将Offset.1变为Surface Contact约束的设置
3、 约束的高级用法
当装配零部件比较多时,经常会面临下面几种情况:
希望连续设定多个螺栓和多个孔同心;
希望连续设定若干个部件上的面之间平行且互成一定偏距;
希望连续设定某个零件上的一个平面和其他多个部件的面贴合或平行;
  某个零部件具备阵列(pattern)生成的多个孔,且第一个孔内已经装上了螺栓,希望将这个螺栓阵列到其他孔内。
这些时候,如果仍然按照前面的方法一个一个约束的添加,未免会觉得有点呆板,CATIA当然提供了解决这些问题的方法。那就是当鼠标左键双击某个约束添加图标时(如双击 OT20120903091458689.jpg OT20120903091458026.jpg 中的某一个时),CATIA将处于连续定义该约束的状态,此时再配合 OT20120903091458711.jpg 这三个图标定制连续约束状态下的零部件选择模式(分别是多对多、链式及一对多)就可以顺利完成工作;另外CATIA提供了 OT20120903091458940.jpg 功能负责再利用零件上的阵列,下面就这四种情况依次阐述:
1) “多对多”选择模式 OT20120903091458928.jpg
默认状态下,CATIA保持“多对多”的选择模式,该选择模式下连续定制约束时,第一个约束定义在第1、2次选择的对象之间;第二个约束定义在第3、4次选定的对象之间;第三个约束定义在第5、6个选定的对象之间;依此类推。
如打开“3.3\Advanced_Constraints”目录中Advanced_Constraint.CATProduct,定义4个子块和基座之间的4个侧面贴合约束,确保选择模式处于默认状态 OT20120903091458928.jpg ,然后鼠标左键双击Contact约束图标 OT20120903091458157.jpg ;则系统处于连续定义贴合约束的状态,欲定义图3-289所示4个贴合约束,则用户需要选择四组侧面(每次都需要选择一次基体槽的左侧面,然后再选择子块的左侧面,共计选择8次侧面)方能完成这4个侧面贴合约束的设定。设定完毕后左键点击Contact约束图标 OT20120903091458157.jpg 退出连续定制状态。
OT20120903091458076.jpg
图3-289  多对多选择模式下,多个贴合约束的定义示意图
2)  “链式”选择模式 OT20120903091458001.jpg
该选择模式下连续定制约束时,第一个约束定义在第1、2次选择的对象之间;第二个约束定义在第2、3次选定的对象之间;第三个约束定义在第3、4个选定的对象之间;依此类推。
如继续定义上述装配件中子块插入基座槽的长度各差20mm,则可以点击 OT20120903091458879.jpg 图标将选择切换为“链式”;然后双击Offset图标 OT20120903091458618.jpg ;选定基块朝向我们的断面以及第一个子块的同向端面;弹出图3-290所示Offset定义对话框,输入Offset值-20mm后点击Ok完成第一个Offset约束的定义;然后点击第二个子块的同向端面;在弹出对话框中输入Offset值-20mm后点击Ok完成第二个Offset约束的定义;然后点击第三个子块的同向端面;在弹出对话框中输入Offset值-20mm后点击Ok完成第三个Offset约束的定义;最后点击第四个子块的同向端面;在弹出对话框中输入Offset值20mm后点击Ok完成第四个Offset约束的定义。结果如图3-291所示。
OT20120903091458234.jpg
图3-290  链式选择模式下,第一个Offset约束的定义示意图
OT20120903091458828.jpg
图3-291  链式选择模式下,定义4个Offset约束并更新后的结果图
3)  “一对多”选择模式 OT20120903091458965.jpg
该选择模式下连续定制约束时,第一个约束定义在第1、2次选择的对象之间;第二个约束定义在第1、3次选定的对象之间;第三个约束定义在第1、4个选定的对象之间;依此类推。
如继续定义上述装配件各子块底面和槽底贴合,可以左键点击 OT20120903091458965.jpg 图标将选择模式切换为“一对多”,再双击 OT20120903091458157.jpg 图标进入连续定义Contact约束状态;然后选择基座的一个槽底,接着依次选定各子块的底面,则轻松定义成功图3-292所示4个底面贴合约束。
OT20120903091458486.jpg
图3-292  一对多选择模式下, 4个Contact约束的定义只需选择5次贴合面
4) 零部件中阵列的再利用 OT20120903091458940.jpg
当零部件中利用阵列功能复制了多个同样的特征,而装配时又希望能添加一样的零部件与这些阵列特征相配合时, OT20120903091458940.jpg 功能就显得非常方便,它可以简单地再利用零件特征复制。
打开光盘“3.3\Reuse_Pattern”目录中Reuse_Pattern.CATProduct,该装配件的基件有6个孔,编号为“1”的孔是母孔,其他5个孔是按照自定义阵列复制过来的;该装配件已经装配了一个螺栓在母孔内,现在希望其他5个复制孔都安装一样的螺栓,方法非常简单:点击 OT20120903091458940.jpg 按钮,选择User_Pattern.2至对话框的Pattern栏;然后选择螺栓至“Component to Instantiate”栏;如图3-293所示,则CATIA将自动再次利用UserPattern.2复制螺栓至其他5个孔,结果参Reuse_Pattern_finished文件。
OT20120903091458924.jpg
图3-293  阵列的再利用范例
4、 约束的操作(显示及编辑)
默认状态下,设置成功的约束都以绿色图符标附于几何模型上,一般来说,这些图形标示符号能给用户的后续操作带来便利,如:提示用户已有哪些约束、用户可点击图标来选定某个约束进行操作等。如用户确实希望隐藏某个(或全部)约束图符,方法非常简单,用户只需选中模型树上该约束子节点(或所有约束子节点、或Constraints节点),然后利用其右键菜单中的Hide功能将其隐藏即可。
除此之外,读者在构建约束时,经常会遇到四种状态的约束状态:
正常工作状态,如 OT20120903091458875.jpg (图标上没有附加图符)
Deactive非活跃状态,如 OT20120903091458493.jpg (图标左下角有红色括号),约束处于非活跃状态表示该约束不再生效,可以通过模型树上该约束节点的右键菜单中(Active/Deactive)子菜单进行状态切换。
需要更新的状态,如 OT20120903091458707.jpg (图标左下角有一个 OT20120903091458189.jpg 图标),约束处于欠更新状态表示该约束新近被改动过,如果要使改动生效,需要点击 OT20120903091458189.jpg 图标。
无解状态UnResolved状态,如 OT20120903091458644.jpg (图标左下角有个惊叹号),该状态表示约束的要素丢失或者约束不再可能。
读者应熟悉上述四种约束状态和相应的解决办法,这样才能更好地驾驭装配设计(打开光盘“3.3\装配件结构体系\Robot_Status.catproduct”文件,模型树中可见这四种状态)。
再者,CATIA的约束一般是定义选定的某两个零部件之间的某两个体素呈一定几何关系,如 OT20120903091458487.jpg OT20120903091458026.jpg 都是如此。比如说用户原来定义的是Part1的左侧面Part2的右侧面贴合,现在却希望修改该贴合约束的两个要素,怎么办呢?
如打开光盘上“3.3\Constraints\Hinge_Finished.catproduct”,双击模型树上最后一个约束节点“Offset.10”,系统弹出图3-294所示对话框,点击 OT20120903091458483.jpg 按钮对话框变为图3-295所示;可见该Offset约束限定的两个对象是Part3.1端面和Hinge1.1端面,选中框内的Hinge1.1断面,然后点击Reconnect按钮,再选择新的平面(如Hinge2的顶面),则CATIA将该OFFSET约束替换为Part3.1端面和Hinge2.1端面之间的约束。当然,用户还可以通过该对话框调整偏距值(Value)或者方向(Same、Opposite等)。
OT20120903091458658.jpg
图3-294 约束重定义弹出的对话框
OT20120903091458138.jpg
图3-295 选中约束的一个要素通过Reconnect进行要素替换3.3.6零部件的操作
和零部件设计模块提供了丰富的特征操作功能一样,CATIA的装配件设计模块也提供了丰富的零部件操作功能,如:复制、粘贴、删除、对称、替换、Reorder等。
       复制和粘贴操作非常简单,只需要选中被复制的零部件,然后利用“Ctrl+C”快捷键或者利用右键菜单中的复制功能,既可以将该零部件复制到剪贴板;接下来您需要指定剪贴板上这个零部件的粘贴目的地(该目的地需要是一个子装配节点或者总装配节点),选中目的地,然后利用“Ctrl+V”快捷键或者利用右键菜单中的粘贴功能都可以顺利完成粘贴工作。
       Fast Multi-Instantiation OT20120903091458468.jpg (快捷键Ctrl+D)和Define Multi-Instantiation OT20120903091458847.jpg (快捷键Ctrl+E),第一个负责快速复制选定零部件;第二个则负责按一定的方式复制选定零部件。如打开光盘“3.3\Constraints\Hinge_Instantiate.catproduct”:选定螺栓然后点击 OT20120903091458468.jpg 图标,则CATIA马上复制出另一个螺栓(按照默认模式),如图3-296所示。如果选定螺栓后点击 OT20120903091458847.jpg 图标,则系统弹出图3-297所示对话框,框内可以指定复制的方向(如沿着某个边或者X、Y、Z某个方向),还可以指定复制的个数及彼此之间的间距。读者还应该注意到对话框内提供了 OT20120903091458259.jpg 选项,供用户决定是否将该次模式定义为默认复制模式。
OT20120903091458973.jpg
图3-296  Fast Multi Instantiation快速复制
OT20120903091458888.jpg
图3-297  Defined Multi Instantiation定制复制模式
       删除操作仅仅从装配件中移除您选定的零部件,而不是将该零部件从硬盘上删除。选定您希望删除的零部件,然后利用“Del”键或者右键菜单中的删除功能都可以实现删除操作,如果装配件中没有针对选定零部件设定约束,则该零部件将被直接删除;如果已经设定了约束,则系统将弹出图3-298所示对话框,提示用户选择该次删除操作将影响到的其他内容是否都删除。
OT20120903091458520.jpg
图3-298  零部件删除操作删除内容敲定
对称操作需要分四步完成:首先点击 OT20120903091458514.jpg Symmetry图标;系统弹出图3-299所示提示框,提醒用户选择对称平面;然后再选定要对称的零部件;完成这两个要素选定后,系统弹出对称方式确认对话框,如图3-300所示。该对话框内主要参数含义如下:
Mirror,New Component:表示镜像选定对象,模型树内多出新的零部件,新添加的零部件具有与原零部件不一样的零件名称(Part Number不同于原件)
  Rotation,New Instance:表示镜像后再旋转选定对象,模型树内多出新的实例(新件与原件Part Number相同,但Instance Name不同)
Rotation,Same Instance:去掉原件,原件变到新的位置,但保留原来的实例名称(Instance Name)
Tanslation,New Instance:平移,新的实例名称(Part Number与原来一样)。
Keep Link保持联系:选中该选项后,如果原件的几何形状或者位置发生改变,则对称件也发生改变;如果不选中该项,则二者之间不再保持联系。
读者可以打开任意装配件,然后尝试这几种不同的复制方式,不再赘述。

OT20120903091458589.jpg
图3-299 对称操作的步骤
OT20120903091458104.jpg
图3-300  对称方式确认对话框
       部件替换Replace Component OT20120903091458207.jpg ,用户可以通过工具条或者选定部件的右键菜单获取该命令,实际操作很简单,用户只需在弹出对话框内选定替代部件即可,只是如果被替代部件与其他部件之间存在约束的话,这些约束需要重新连接(ReConnect),然后更新Update。
       重新排序Reorder OT20120903091458660.jpg ,该功能仅仅按照用户需求重新排序装配件模型树。可以通过工具条上的 OT20120903091458670.jpg 图标或者Edit菜单中Component子菜单-Graph Tree Reorder进入。如打开“3.3\装配件结构体系\robot.catproduct”文件,点击 OT20120903091458660.jpg 图标并选定装配节点,则CATIA弹出图3-301所示Reorder对话框,可以利用方向箭头调整选定部件的上下位置,也可以利用 OT20120903091458481.jpg 箭头互换两个部件的位置。读者可以将图中的两个吸盘挪到一起,两条腿挪到一起,确认后可以看到模型树上有所变化。
OT20120903091458072.jpg
图3-301  模型树的重新排序
3.3.7  装配件的分析。
装配件装配过程中或者装配结束后经常需要了解其现在的状态和参数,比如测量两者之间的距离、角度;分析某个部件的自由度;分析某个子装配件的机械参数;查看装配件的某个剖面;有时还需要分析两者之间的干涉情况或间隙状态。CATIA较为系统地提供了这些分析功能,分别阐述如下:
1、 测量Measure OT20120903091458994.jpg
OT20120903091458363.jpg 负责测量两者之间的距离、角度等参数; OT20120903091458505.jpg Measure Item负责测量某个体素; OT20120903091458981.jpg 负责测量惯量(Measure Inertia)。打开Robot.catproduct文件,然后点击 OT20120903091458363.jpg 图标,系统弹出图3-302所示对话框供用户选择测量模式及测量对象,可见 OT20120903091458505.jpg 功能也涵盖在此对话框内。点击 OT20120903091458981.jpg 图标,并选定欲测量的子部件后弹出图3-303所示对话框显示结果。读者可以利用Customize功能定制测量内容,也可利用Create Geometry创建与被测量对象基本参数呈一定关系的集合形体。
OT20120903091458260.jpg    OT20120903091458876.jpg
图3-302  Measure Between和Measure Item                  图3-303  Measure Inertia
2、 分析自由度Degree of Freedom(DoF)
用户可以利用Analyze菜单中的Degrees of Freedom子菜单(图3-304)分析选定子装配件的自由度;用户还可以利用模型树上选定零部件的右键菜单中Component Degrees of Freedom子菜单来评价该零部件的自由度(如图3-305所示),系统将弹出图3-306所示对话框显示自由度分析结果,如Leg1只有一个转动自由度。
OT20120903091458157.jpg          OT20120903091458423.jpg
图3-304 分析菜单                               图3-305  自由度分析右键菜单
OT20120903091458217.jpg
图3-306  Leg1的自由度分析结果
3、 Clash(Clearance)
可以利用Clash检查功能来检验装配件的选定部件之间是否存在干涉碰撞;也可以利用Clearance检查功能来检验装配件的选定部件之间间隙是否满足最小间隙要求。
如打开光盘“3.3\装配件结构体系\robot_clash.catproduct”文件,点击Clash图标 OT20120903091458282.jpg ,系统弹出图3-307所示对话框,对话框中Type栏可以定制检查的类型以及针对哪些对象进行检查,如图中对话框是针对两个选定的对象进行碰撞和接触检查,选定Leg.1至Selection.1,选定Leg.2至Selection.2;然后点击Apply按钮弹出图3-308所示大对话框,选中对话框内列表项,则弹出干涉预览效果如图3-308所示,可见这两个部件在关节处存在2.3mm的干涉量。
OT20120903091458453.jpg
图3-307 干涉检查定制对话框
OT20120903091458244.jpg
图3-308  Leg.1和leg.2两条腿之间干涉的预览效果
         同样的操作方法,只是类型选定为“Clearance +Contact+Clash”且将间隙值设为希望的值,如5mm。分析吸盘与腿之间的间隙,可见结果如图3-309所示,间隙不符合要求。
OT20120903091458126.jpg
图3-309  吸盘2 与Leg1之间的间隙检查结果
4、 剖面查看
点击Sectioning图标 OT20120903091458239.jpg ,CATIA将直接新建剖面窗口供用户查看装配图的剖面效果,如图3-310所示,同时弹出图中所示对话框供用户设置,对话框中提供了四个卡片:Definition卡片定义截面方式、Positioning卡片定制截面方位(其实读者更可以利用剖面上附带的红色罗盘调整剖面的方位)、Result卡片定制结果显示方式及输出、Behavior卡片定制更新模式等。这些设置都比较形象和简单,读者可自行尝试。
OT20120903091458436.jpg
图3-310 剖面查看示意图
5、 Distance and Band Analysis两者之间的距离 OT20120903091458110.jpg
该功能负责分析两个零部件之间的距离,点击 OT20120903091458110.jpg 按钮,弹出图3-311所示对话框,由框内Type栏可见分析有五种模式:Minimum分析两者之间的最小距离;AlongX(Y、Z)分析两者X(Y、Z)方向距离;Band Analysis负责分析两者之间的距离带(该项分析需要配合对话框内的Minimum Distance和Maximum Distance设置,如最小距离设为10mm,最大距离设为20mm,则分析完成后,系统将在两个部件上以红色和绿色标示出相应的区域,A物体红色区域内所有点到B物体的距离都满足最小距离的要求,A物体绿色区域内所有点到B物体的距离都满足最大距离的要求;B物体上红色和绿色区域也是同样的道理)。
OT20120903091458697.jpg
图3-311 距离和距离带分析对话框
         如打开Robot_Clash.Catproduct文件,点击 OT20120903091458110.jpg 按钮进行距离分析,选择两个吸盘进行分析,分析模式设定为最小距离minimum,可得结果如图3-312左图所示;同样针对两个吸盘进行分析,将分析模式设定为Band Analysis距离带分析,最小距离设定为125,最大距离设定为140;可得结果如图3-312所示颜色区域效果。
OT20120903091458734.jpg OT20120903091458278.jpg
图3-312  两吸盘之间最小间隙分析及两吸盘之间距离带分析
6、 Mechanical Properties
所谓机械属性也就是零部件的物理属性,该功能可以利用模型树上选定节点的右键菜单中Properties子菜单获取,如图3-313所示,分析Robot_Clash装配节点的机械属性,可从属性对话框的Mechanical卡片中获取该装配件的体积、质量、表面积等属性。
OT20120903091458228.jpg     OT20120903091458388.jpg
图3-313  机械属性分析功能的获取及结果显示3.3.8  Top-Down设计理念
一个机械产品的设计应该先根据产品的功能需求构思产品效果,然后再细化设计零件。传统的CAD软件设计过程却往往是绘制好一个一个的零件,然后再将这些定型的零件插入到新建的装配体文件中进行组装,这属于“由底至上的设计模式”(Bottom up),不利于产品的快速设计;现在的CAD软件大多提供新的设计模式:即在已有装配体环境中进行新零件的设计或者修改已有零部件的设计,装配环境中进行零部件设计属于“由顶而下的设计模式”(Top-Down),这种模式有利于零部件设计时参照其应用环境,设计成功率和效率都将大幅提高,设计师应适应这种工作模式并熟练应用。
Top-Down设计模式的应用过程较为简单,如:以装配件中其他零部件的投影作为剖面设计新零件;以装配件的某个测量作为参数设计新零件;新建零件拉伸到已有部件的某个面为止等等。限于篇幅,本文仅举一个简单零件设计实例及两个装配件操作实例。
一、装配环境中桌子腿撑杆设计实例
打开光盘“3.3\装配结构体系\Robot on the desk.catproduct”文件,如前面图3-282所示,该桌子还缺两条桌底支撑杆。现在的任务就是通过装配环境添加一个零件Pole2,使其正好装配于空缺处方形孔内,新建的Pole2零件在设计过程中必然要参照桌子腿的现有位置,但是设计结果却可以有两种特性:
  Pole2零件设计成功后与桌子腿之间仍然保持关联,即桌子腿是其参考父对象,桌子腿的几何形状及位置改变都将给Pole2零件带来影响。
Pole2零件设计成功后与桌子腿之间断绝父子关系,将来形同陌路。
这种“保持关联”或者“断绝关系”如何设定呢?用户可以利用CATIA的Tools菜单中Options子菜单,在弹出对话框左边树状结构中选定图3-314所示“Part Infrastructure”节点,将General卡片中“Keep Link With Selected Object”选项选中,则保持关联;不选中则断绝关系。
OT20120903091458781.jpg
图3-314  关联与否的设定对话框
我们希望新建的Pole2与桌子腿之间保持关联,所以要选中“Keep Link with Selected Object”选项。
完成设置后,着手开始Pole2零件的设计:
1、 Pole2应隶属于Desk子装配体,所以双击模型树上Desk子装配节点,将活跃节点切换为Desk子装配。
2、 利用Desk节点的右键菜单中“New Part”子菜单,新建一个零件至Desk子装配件中(如图3-315所示)。系统提示利用装配件原点作为新零件的原点还是重新确认原点,选择N即可。
OT20120903091458373.jpg
图3-315 新建一个零件至Desk子装配件,默认文件名为Part1
3、 模型树中多出新建零件的节点,如 OT20120903091458361.jpg 。利用该节点的右键菜单中Properties子菜单将零件的Part Number和Instance Number改为 OT20120903091458708.jpg
4、 单击Pole2节点左侧的“+”号,展开该零部件节点,双击其展开内容中的 OT20120903091458304.jpg 节点,进入Pole2零件设计模式,系统自动将工作台切换为“零件设计Part Design模式”。
5、 点击草绘图标 OT20120903091458256.jpg ,然后选择图3-316所示左前桌腿的后面作为草绘基准面,CATIA进入草绘模式。
6、 在草绘模式内缩放图形至适当比例,然后绘制图3-317所示矩形(该矩形比方形槽大一圈,每边约大10mm),绘制完成后点击 OT20120903091458682.jpg 图标返回到零件设计模式。
OT20120903091458678.jpg     OT20120903091458165.jpg
图3-316 选择图中鼠标所指平面作为草绘基准面   图3-317 绘制如图所示矩形作为剖面
7、 以刚完成的剖面作拉伸体,点击Pad图标 OT20120903091458330.jpg ,在pad定义对话框内将拉伸长度类型设置为“Up to Plane”,确保拉伸方向如图3-318所示指向另一条桌子腿;然后选定另一条桌子的内面作为拉伸终止平面,Pad预览效果如图3-318。
OT20120903091458267.jpg
图3-318  Pole2的第一个Pad定义参数示意图
8、 接下来,需要定义Pole2插入方形槽内的方形销部分。仍然选定第5步中的平面作为草绘基准平面,点击 OT20120903091458256.jpg 图标进入草绘。
9、 利用Project 3D Elements图标 OT20120903091458176.jpg 将方形槽的四条边投影到平面上作为剖面,如图3-319所示。完成后点击 OT20120903091458682.jpg 图标返回到零件设计模式。
10、 以刚完成的剖面作Pad,点击Pad图标 OT20120903091458330.jpg ,按图3-320所示图形配置Pad的定义参数,保证方形销的大小及长短正好吻合桌腿的方形槽即可。
OT20120903091458889.jpg        OT20120903091458902.jpg
图3-319  以方形槽投影作为Sketch.2             图3-320 以Sketch.2作Pad,长度正好桌腿厚度
11、 以8-11步类似的步骤绘制另一头的方形销,即可完成Pole2零件的设计。
这11步操作中,读者应该注意到图3-318和图3-319的模型树中有一个 OT20120903091458844.jpg 节点组,该节点组用来管理Pole2零件设计中用到的装配件参考体素,因为我们之前在图3-314中设置了“Keep Link with Selected Object”选项,所以这些外部体素就是Pole2与装配件的联系纽带,装配件改变时,这些参考元素相应改变;这些参考元素的改变必然导致Pole2的改变。
此外,读者还应该注意到 OT20120903091458877.jpg 节点的左下角多了一个链条状图符,且右下角的齿轮也变成了绿色,这都表明Pole2零件依赖某些外部参考元素。
如果我们将图3-314中的“Keep Link with Selected Object”选项去掉,也就是说断绝新零件与参考元素的父子关系,然后再以某些参照绘制新零件,结果会有何不同呢?这一点我们可以展开本例中Pole1零部件节点,然后对比Pole2零部件节点。如图3-321所示,Pole1的参考体素左下角都有一个红色的闪电图符,这表明这些体素已经和原来的对象划清界线,投靠了新零件Pole1;Pole2的参考体素则统统是卧底。当然,CATIA也提供了将卧底完全吸收的办法,那就是Isolate,该功能可以从节点的右键菜单中获取,可以针对某个单独的参考元素Isolate;也可以点击零部件节点将其整个Isolate(Isolate Part命令)。
OT20120903091458728.jpg          OT20120903091458773.jpg
图3-321  断绝关系、保持关联两种模式创建出来的零件模型树差异对比图
二、装配环境中的操作实例
       用户经常会需要针对装配在一起的多个零件进行整体(或部分)操作,如:去掉多余部分、添上之前没有设计好的孔或槽、甚至希望利用一个部件和另外的部件进行布尔运算等。CATIA提供了这些功能 OT20120903091458719.jpg ,大致阐述如下:
Split OT20120903091458913.jpg :利用一个面(平面曲面都可以)将若干个零部件分割成两部分;保留其中一部分;
Hole OT20120903091458119.jpg :在一个或多个零部件上同时挖孔;可以选择某个零件上的已有孔特征扩展到其他零部件上。
Pocket OT20120903091458057.jpg :在一个或多个零部件上同时挖槽;可以选择某个零部件上的已有槽(Pocket)特征扩展到其他零部件上。
Add/Remove OT20120903091458059.jpg :利用某些部件与另外的一些部件进行加减运算。
这五种操作中,前三种类似;后二种类似,所以本节仅举2个实例
1、针对装配件中部分零件进行Pocket操作
打开Robot On the Desk.catproduct文件,希望创建图3-322所示贯穿桌子腿及Pole1方形销的小圆形槽(将来用于安装销钉等)。点击Pocket图标 OT20120903091458057.jpg ;然后选择图中小圆剖面作为Sketch;系统弹出图3-322右侧所示“Assembly Features Definition”对话框,该对话框用于选定您这次挖槽操作将影响到当前装配节点中的哪些零部件,利用 OT20120903091458614.jpg 箭头将您感兴趣的零部件调整到该对话框下部的Affected Parts列表框中,本例中选择DeskLeg及Pole1;选定了挖槽的对象(Affected Parts)后,系统弹出“Pocket Definition”对话框用于定义挖槽操作的参数,选择参数“UP to Last”然后点击“Ok”按钮即可完成槽的定义。
OT20120903091458865.jpg
图3-322  利用装配件挖槽特征实现桌子腿和撑杆同时挖槽
2、 利用Remove操作在面板上同时挖出所有键盘槽
打开光盘“3.3\Top_down\Assembly_remove.Catproduct”文件,如图3-323所示。该装配件中的Panel零件现在还没有与这12个键相应的槽,读者可以利用图中所示右键菜单中的“Open in new Window”命令看出这一点,现在希望利用Keyboard零件的12个键直接在Panel零件上挖出这12个槽。
OT20120903091458144.jpg
图3-323  挖孔前的面板和键盘装配件
         点击Remove按钮 OT20120903091458291.jpg ,然后选择Keyboard零件作为被移出的部件(如果希望在模型树上选取的话,必须展开该节点,选择其PartBody节点方能选择成功;当然,也可以在几何区中选择任意一个按钮就可以了);系统弹出图3-324所示对话框供用户选定要操作的对象,将Panel移到Affected Parts列表框中,则CATIA理解为从Panel中移除掉与Keyboard重叠的部分;点击OK完成定义。此时,用户再打开Panel.part零件,可见其上已经有12个键孔,如图3-325所示。
OT20120903091458435.jpg
图3-324  利用键盘实现面板上12个键孔
OT20120903091458459.jpg     OT20120903091458138.jpg
图3-325  面板在挖槽操作前后对比图
所有利用装配特征进行操作的方法基本上都和上面2个实例差不多,关键是选择好Affected Parts(操作的对象)。读者可参照这两个实例以及CATIA窗口的底部提示条实践其他三种方法。3.3.9 Move工具条及场景
前面较为详细地阐述过利用罗盘拖拽旋转零部件,达到零件摆放的目的。除了罗盘之外,CATIA还提供了零部件位置摆放的工具条 OT20120903091458514.jpg ,下面分别介绍。
1、 Manipulation OT20120903091458236.jpg
该工具供用户利用鼠标徒手移动选定零部件的位置,操作方法如下:
点击 OT20120903091458236.jpg 按钮,系统弹出图3-326所示对话框,对话框内列出三行四列共12个图标供用户选择移动模式,第一行表示沿X(Y、Z、或选定边线)方向移动部件;第二行表示沿XY平面(YZ、XZ、选定平面)方向移动部件;第三行表示沿X方向(Y、Z、选定轴线)旋转。对话框底部单选框“With respect to Constraints”如果选中,则部件移动时系统将考虑已有约束的影响(不允许超越约束的移动);如果不选中,则可以随意移动。用户选中移动模式后,可以鼠标左键拖拽任意部件按指定模式操作(注意,左键按住某个部件不要撒手再移动即可)。
OT20120903091458973.jpg
图3-326  Manipulation对话框
2、 Snap OT20120903091458777.jpg
该操作可以快速移动零部件,不管两个部件原来空间位置差别多大,CATIA都会将您选定的第一个几何要素投影至第二个几何要素上,从而移动第一个要素所属的零部件至新的位置。比如:选定Part1的线1和Part2的平面2进行Snap操作,CATIA将移动Part1的位置来保证线1属于平面2。根据两次选择的要素类型不同,CATIA判断移动方案如下表:
选择的第一个要素
选择的第二个要素
结果
点1
点2
点1移动至点2
点1
线2
点1移动至线2上
点1
平面2
点1移动至平面2上
线1
点2
线1变动至过点2
线1
线2
线1移动至与线2同线
线1
平面2
线1移动至平面2上
平面1
点2
平面1移动至过点2
平面1
线2
平面1移动至过线2
平面1
平面2
平面1移动至与平面2重合
       掌握这个原理后,读者自行尝试Snap操作,会发现非常简单。
3、 Stop Manipulate On Clash OT20120903091458076.jpg
该功能图标本身不进行任何操作,仅作一个状态设定。图标处于选中状态时:CATIA检测到零部件之间的碰撞就不再继续进行Manipulate操作;而且该状态只有当图3-326对话框中“With respect to Constraints”单选框选中时才有效。读者可自行尝试该功能。
4、 场景Scene及爆炸图Explode
为了诠释装配件中用到的零部件以及装配关系,经常会用到爆炸图。为了保存爆炸图的效果和多种爆炸方案,爆炸图通常是与场景配合使用。
CATIA在装配模块中提供了两个场景工具按钮,即Enhanced Scene和Scenes Browser OT20120903091458950.jpg ,一个负责创建场景,一个负责浏览已有场景。

打开“Robot on the desk.catproduct”文件,点击 OT20120903091458923.jpg 图标,系统弹出图3-327所示对话框供用户确定场景模式及名称。点击“Ok”确认创建后,系统进入场景视窗,提供图3-328所示Enhanced Secnes工具条,用于创建爆炸图,保存视角、退回默认装配模式等。此时,点击Explode图标 OT20120903091458538.jpg ,系统弹出图3-328所示对话框用户确认爆炸方式,Ok确认生成爆炸图,如图3-329所示,此时,用户可以将罗盘吸附至某个炸开件,然后拖拽或旋转其位置。
OT20120903091458407.jpg     OT20120903091458971.jpg
图3-327 场景生成对话框                图3-328 场景视图工具条及爆炸图生成对话框
OT20120903091458425.jpg
图3-329  默认模式生成的爆炸图及利用罗盘拖拽各炸开件位置
3.3.10    Publication
将某个零件或者零件上的一些几何体素公开发表(Publication)有利于其他零部件利用其特征,这一点在Top-Down设计理念中以及装配件设计环境都显得非常有意义。下面通过一个实例阐述Publication的用法
       光盘“3.3\Pulication”目录中有4个零件,分别为Base、Bolt1、Bolt2、Bolt3。分步骤阐述实例如下:
1、 如何将Bolt1零件的轴线及螺头底面公开发表Publication
打开该目录中的Bolt1零件,然后选择CATIA窗口顶部Tools菜单中的Publication子菜单命令 OT20120903091458077.jpg ,系统将弹出图3-330所示对话框;
我们希望公开发表螺栓的轴线,可是初级用户往往不太会选择轴线,在此特意说明:用户只需要将鼠标置于螺栓外圆面,使其处于预选的橙色状态,然后点击鼠标右键,选择图中右键菜单上的“Other Selection…”子命令,系统接着弹出图3-331所示对话框,选中其中的Axis节点,CATIA便会将该轴线公开发表如图3-332所示。
接下来,用户可以接着公开发表螺栓头的底面;然后点击Ok按钮完成Publication工作。
注意为了后面对比讲述的方便,请读者不要保存Bolt1文件。这一步骤仅为讲述Publication的设定方法。
OT20120903091458638.jpg
图3-330  Publication对话框以及利用预选上的螺栓外圆面右键菜单选择轴线
OT20120903091458803.jpg OT20120903091458364.jpg
图3-331 Other Selection中选定Axis                图3-332  Publish成功后的轴线
2、 利用Publication元素创建约束
之前讲述的约束都是直接选择几何元素创建的,现在我们希望利用公开发表的元素创建约束。
打开光盘“3.3\Pulication”目录中Publication.catproduct文件,如图3-333所示展开其模型树节点,可见该装配件上的Base零件有公开发表的Axis_Base和Face_Base,Bolt2零件也有公开发表的Axis和Face。
点击 OT20120903091458830.jpg 图标,然后选择“Axis_Base”和“Axis”,完成两者的同轴约束。
点击 OT20120903091458093.jpg 图标,然后选择“Face_Base”和“Face”,完成两者的贴面约束。
结果文件参光盘中“Publication_Constrainted.catproduct”文件。
OT20120903091458382.jpg
图3-333  装配件中的两个部件都有Publication项目
3、 利用没有Publication的Bolt1替换Bolt2零部件,存在问题
确保完成了第二步的工作后,现在要利用Bolt1零部件来替换装配好的Bolt2零部件。注意:Bolt1零件中没有公开发表的轴线和端面,这种替换操作会带来什么效果呢?
如图3-334所示,点击Bolt2节点右键菜单中的“Replace Component…”命令,在弹出对话框中选定Bolt1.catproduct文件,系统将弹出“Impacts On Replace”对话框提示用户两个设定好的约束将被您的替换操作所影响,确认继续。此时,可以发现两个约束变为图3-335所示Unresolved无解状态,双击问题约束节点,从3-335所示弹出的对话框内可以看出约束必须的两个要素发生丢失,所以无解。
OT20120903091458010.jpg OT20120903091458670.jpg
图3-334 利用Bolt1替换Bolt2,弹出影响确认对话框
OT20120903091458678.jpg
图3-335  约束变为Unresolved状态
4、利用Bolt3替换Bolt2,约束状态正常,可见Publication具有极大优越性
       打开阶段结果文件“Publication_Constrainted.catproduct”,按图3-334类似的操作,不同的是利用Bolt3文件(该文件与Bolt1文件不同之处在于其拥有Publication的Axis和Face)来替换Bolt2文件。结果如图3-336所示,两个约束一切正常,由此可见利用公开发表的体素进行装配将给装配件的维护带来极大便利。
OT20120903091458438.jpg
图3-336  利用Bolt3文件替换Bolt2文件,可见Publication的优越性
3.3.11    生成BoM报告
装配成功后,经常需要用到零部件清单,如打开前面用到的“Robot On The Desk”装配文件,并将活跃节点置于根节点,然后点击CATIA窗口顶部“Analysis”菜单中的“Bill Of Materials”命令,系统将弹出图3-337左边所示零部件清单对话框,读者可注意到该对话框有两个卡片栏,另外一个“Listing Report”生成列表报告;如点击对话框底部的“Define Formats”按钮,系统将弹出图3-337右边所示对话框,供用户定制报告显示内容。此外,读者还可以点击“Save as”按钮将报告保存起来。
OT20120903091458592.jpg
图3-337  零部件清单对话框及零部件清单格式定制对话框
       如果读者希望某些零部件(实例Instance)不呈现在零部件清单中,可以如图3-338所示。利用模型树上该节点右键菜单中的“Properties”命令,在弹出的属性对话框中去掉“Visualize in the Bill of Material”选项即可。
OT20120903091458108.jpg OT20120903091458799.jpg
图3-338  设定某个零部件不呈现于BoM报告中
3.3.12    小结
本节介绍了装配模块中经常用到的主要功能,这些内容的熟练掌握可以帮助读者较为系统地理解CATIA装配模块。有些简单功能没有过多地阐述,希望读者自行尝试以便精通。在本文的例子基础上,建议读者首先尝试设计完Robot On the Desk装配体缺失的零部件,以熟悉Top-Down设计模式;然后再附加其他的子装配体增强驾驭大型装配体的能力,比如说将桌子置于一个房间,房间内再安装其他机械设备等。

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