实体零件设计演示文档

第4章 实体零件设计,上一章讲解了零件设计的草图绘制方法，本章将结合实例讲解实体零件设计方法，主要是通过草图几何轮廓线进过拉伸、旋转、钻孔、扫描以及放样等工具生成实体模型。最后介绍布尔运算生成实体零件的方法。本章中将涉及到曲面、曲线等后续课程中内容，读者不必追究，等到学习完后续课程就会明白，这里重点以轮廓线草图为主要学习对象。,4.1 零件设计模块介绍,通过上一章的学习，掌握了在草图平台下创建轮廓线的方法，本章将详细讲解实体零件设计工具的使用方法和作用，并实例的形式进一步讲解各工具如何利用已有的二维轮廓线生成三维实体。掌握每个工具的使用方法和作用是实体零件设计的基本技能，复杂的零件都是由简单的实体零件组合而成，不是使用一个命令就能生成。这里建议大家在设计复杂的零件时，尽量使用简单的工具命令。,4.1.1 进入零件设计模块,选择【开始】（Start）|【机械设计】（Mechinical Design）|【零件设计】（Part Design）命令，在弹出的新建零部件对话框内输入零部件名称，按确定按钮，就可以进入零件设计平台。在零件设计的过程中，经常要在草图工作台和零件设计平台之间切换，在草图工作台绘制好二维轮廓，然后切换到零件设计平台，利用二维轮廓生成三维实体。在以后的小节中将讲解草图工作台与零件设计平台之间如何人切换。,4.1.2 主要工具栏,零件设计主要是通过拉伸、旋转、扫描等方式生成简单的实体零件，简单实体零件按照几何关系进行组合形成复杂的实体零件。零件设计过程中主要用到5个工具栏：【基于草图特征】（Sketch Based Features）工具栏，提供了10种生成零件的方法，该工具栏有3个展开工具栏。【修饰特征】（Dress Up Features）工具栏，提供多种修饰零件的功能，将在本章介绍。【变换特征】（Transformation Features）工具栏，如图4.5所示，提供了一些变换方法，通过利用它们很方便地生成零件特征或修改特征。【参考元素】（Reference Element）工具栏，用来生成点、线和面作为生成零件的参考。【布尔操作】（Boolean Operation）工具栏，可以用来对一个零件文件的多个组件进行布尔运算。,4.2 创建基于草图的零件特征,【基于草图特征】（Sketch Based Features）工具栏是零件设计平台的核心模块，是生成三维实体零件的最基础最常用的工具。通过在草图模块绘制的图形，经过拉伸、旋转、扫描等零件设计工具的操作生成三维实体零件。下面详细介绍各工具的使用方法和作用。,4.2.1 创建拉伸凸台,【拉伸凸台】工具，是通过在草绘中绘制的轮廓线以多种方式拉伸成三维实体。单击该工具按钮右下黑色三角，展开凸台工具栏，如图所示，该工具栏包括凸台、拔模圆角凸台和多凸台3个工具，下面详细介绍各工具。1凸台（Part）2拔模圆角凸台3多凸台,4.2.2 创建拉伸凹槽,拉伸凹槽是通过在草绘中绘制的封闭轮廓线以多种方式拉伸成三维实体。单击【基于草图特征】工具栏上的【凹槽】工具按钮黑色三角，展开凹槽工具栏，该工具栏包括凹槽、拔模圆角凹槽和多凹槽3个工具，凹槽工具栏中工具与凸台工具栏中工具的使用方法基本相同，这里只举例介绍各工具的操作步骤。1凹槽2拔模圆角凹槽3多凹槽,4.2.3 创建旋转实体,【旋转体】工具，是使用开放轮廓创建旋转体的工具。单击该工具按钮，系统弹出旋转体定义对话框，如图所示下面介绍各选项的用途与使用方法：,4.2.4 创建旋转凹槽,【旋转槽】工具，是通过旋转轮廓从现有特征中移除材料的绘图工具。旋转槽工具使用方法与旋转体相同，这里就不在累赘，只举例介绍【旋转槽】工具的操作步骤。下面以在一个销子上开一个卡槽为例，介绍【旋转槽】工具的操作步骤，具体操作步骤如下所示：（1）通过拉伸或者旋转创建一个30100的销子；（2）单击【旋转槽】工具按钮，在弹出的旋转槽定义对话框中单击草图按钮，选择轴线所在的平面，进入草图绘制平台；（3）绘制所要开槽的轮廓线，退出草图，选择销子轴线为旋转轴：（4）单击“确定”按钮，旋转槽创建完成，效果。,4.2.5 创建孔特征,【孔】工具，是从几何体中去除材料创建孔的工具。单击该工具按钮，选择定位孔的点或线，然后选择创建孔的面，系统弹出孔定义对话框，该对话框包括三个选项卡，下面详细介绍各选项卡的用法。1延伸2类型3螺纹定义,4.2.6 创建扫描肋,【肋】工具，是沿中心曲线扫掠轮廓创建实体零件的绘图工具。单击该工具按钮，系统弹出肋定义对话框，如图所示，对话框中内容如下所述：,4.2.7 创建扫描凹槽,【开槽】工具，是通过沿中心曲线扫描轮廓去除实体零件材料的工具。该工具与【肋】工具使用方法相同。下面以在一个长方体扫描一个梅花孔为例，介绍【开槽】工具的使用方法，具体操作步骤如下所示：（1）单击草图工具按钮，选择长方体一个侧面，经入草图绘制平台，绘制轮廓线；（2）单击草图工具按钮，选择长方体一个表面，经入草图绘制平台，绘制中心曲线；（3）单击【开槽】工具按钮，弹出开槽对话框；（4）分别单击中心曲线和轮廓线，选择刚才绘制的中心曲线和轮廓线；（5）在轮廓控制下拉列表框中选择保持角度；（6）单击“确定”按钮，开槽创建完成。,4.2.8 创建实体混合,单击【基于草图特征】工具栏上的【实体混合】工具按钮右下方的黑色三角，展开高级拉伸特征工具栏，该工具栏包括实体混合和加强肋两个工具。1实体混合2加强肋,4.2.9 创建多截面实体,【多截面实体】工具，是通过沿计算所得或用户定义的脊线扫掠一个或多个截面曲线创建实体的工具。创建的特征可以遵循一条或多条引导曲线。单击该工具按钮，系统弹出多截面实体定义对话框，如图所示，对话框内容如下所示：,4.2.10 创建移除的多截面实体,【已移除的多截面实体】工具，是通过沿计算所得的或用户定义的脊线扫掠一个或多个平面截面曲线生成放样材料实体，然后再移除该材料的工具。该工具的使用方法与多截面实体完全相同。,4.3 零件特征修饰,零件特征修饰是在不改变零件基本轮廓下进行的修饰，修饰特征工具栏也是零件设计平台的主要工具栏之一。该工具栏包括多种对已生成三维实体进行修饰的工具，可以对特征进行倒圆角、倒角、拔模、抽壳、加厚和添加螺纹等操作。下面详细介绍这些工具的用法。,4.3.1 倒圆角,通过倒圆角工具可以对已有实体进行各种倒圆角操作。单击【倒圆角】工具黑色三角，展开圆角工具栏，如图4.83所示，该工具栏包括倒圆角、可变半径圆角、可变弦长圆角、面与面圆角和三切线内圆角5种倒圆角工具。下面详细介绍各倒圆角工具的使用方法。1倒圆角（Edge Fillet）2可变半径圆角（Variable Radius Fillet）3可变弦长圆角（Chordal Fillet）4面与面圆角（Face-Face Fillet）5三切线内圆角（Tritangent Fillet）,4.3.2 倒角,【倒角】工具，是在选定边线上移除或添加平截面，即在两个原始面之间创建斜曲面的工具。单击该工具栏，系统弹出倒角定义对话框，如图4.101所示，对话框的内容如下所述。模式：长度1（Length1）/角度表示通过长度和角度创建倒角；长度1（Length1）/长度2（Length2）表示通过两边长常见倒角；长度：倒角边长；角度：倒角边之间的夹角；要倒角的对象：倒角的对象，可以是边，也可以是面；扩展：相切 ：倒角整个选定边线及其相切边线，它将继续在选定边线之外进行倒角化，直到遇到相切不连续的边线为止；最小：考虑与选定边线相切的边线，在无法执行其它操作时，应用程序将继续在选定边线之外进行倒角。反转：改变倒角的方向，用于非对称性倒角，如1030、1020为非对称倒角。,4.3.3 拔模,拔模是方便锻铸件从模具中移出的特征。单击【修饰特征】工具栏上的【拔模】工具黑色三角，展开拔模工具栏，如图所示，该工具栏包括拔模斜度、拔模反射线、可变角度拔模三个工具。下面分别介绍各工具的使用方法。1创建拔模角度2创建反射线拔模3创建可变角度拔模,4.3.4 抽壳,【盒体】工具，是使实心零件生成一定壁厚的实体零件的工具。,4.3.5 加厚,【加厚】工具，是加工零部件前需要增大厚度或移除厚度的工具。下面以如图所示图形为例，对前面加厚5mm，讲解【加厚】工具的使用方法，具体操作步骤如下所示：（1）单击【修饰特征】工具栏上的【加厚】工具按钮，系统弹出加厚定义对话框，如图4.122所示；（2）在默认厚度微调框键入10mm；（3）单击默认厚度面文本框，选择前面为加厚面；（4）其它选项为默认值，单击“确定”按钮，加厚创建完成，效果如图4.123所示。,4.3.6 添加螺纹,【内螺纹/外螺纹】工具，是对已有孔或圆柱进行螺纹化的工具。单击该工具按钮，系统弹出螺纹、丝锥定义对话框，如图所示，对话框中各选项用法与孔定义对话框中螺纹定义选项卡选项相同，这里不再累赘。,4.3.7 移除/替换面,单击【移除面】工具黑色三角，展开移除/替换面工具栏，如图所示，该工具栏包括移除面和替换面两个工具，下面详细介绍各工具的用法。1移除面2替换面,4.4 创建参考元素,参考元素工具栏是实体零件设计平台中非常重要的辅助工具模块。虽然不能直接生成实体零件，但是在零件设计过程中经常需要使用参考元素帮助零件的生成。该工具栏包括点工具、线工具和面工具。,4.4.1 创建参考点,【点】工具是创建参考点的工具，参考点可以通过以下方法创建：坐标、在曲线上、在平面上、在曲面上、圆或球面中心、曲线上切点和两点间。单击【参考元素】工具栏上的【点】工具按钮，系统弹出点定义对话框，在点类型下拉列表框中，可以选择各种点的创建方法，还可以使用新锁定按钮 防止在选择几何图形时自动更改类型。只需单击此按钮，锁就变为红色 ，下面介绍各种生成点的方法。1通过坐标创建点2创建曲线上的点3创建平面上的点4创建曲面上的点5圆/球面中心点6曲线上的切线7点之间,4.4.2 创建参考线,【直线】工具是用于创建参考线的工具，单击该工具按钮，系统弹出直线定义对话框，在线型下拉列表框中提供了点点、点方向、曲线的角度/法线、曲线的切线、曲线的法线和角平分线6种生成直线的方法，下面详细介绍各方法。1创建两点连线2指定点和方向3与曲线成角度或法线4创建曲线的切线5创建曲面的法线6创建角分线,4.4.3 创建参考面,【平面】工具是用于创建参考平面的工具，单击该工具按钮，系统弹出平面定义对话框，如图4.169所示。在对话框中平面类型下拉列表框中提供了11中平面的生成方式，分别是：偏移平面、平行通过点、平面的角度/法线、通过三点、通过两条直线、通过点和直线、通过平面曲线、曲线的法线、曲线的切线、方程式和平均通过点。下面详细介绍各方式的使用方法。1创建偏移平面2创建通过点与平面平行的平面3创建与平面成一定角度的平面4创建三点平面5创建两条直线平面6创建点和直线平面7创建曲线平面8创建曲线的法平面9创建曲线的切平面10创建方程式平面11创建中间平面,4.5 零件特征转换,零件特征转换是对已经生成的零件特征进行位置的变换和复制等辅助操作。特征转换工具栏也是实体零件设计平台中非常重要的辅助工具之一。该工具栏包括平移工具、镜像工具、阵列工具和缩放工具。下面介绍各工具的用法。,4.5.1 平移,平移工具是对空间实体对象元素进行移动。单击平移工具右下黑色三角，展开平移工具栏。该工具栏包括平移、旋转、定位变换4个工具。下面详细介绍各工具使用方法。1、平移2旋转3。对称4定位变换,4.5.2 镜像,变换特征工具栏中的镜像工具与变换特征对称工具相似，区别在于操作对象后，原来的对象仍然保留。单击该工具按钮，选择参考面，系统弹出镜像定义对话框，系统自动根据选择的参考面镜像复制实体对象。下面以如图所示图形为例，讲解【镜像】工具的使用方法，具体操作步骤如下所示：,4.5.3 阵列,阵列工具是对实体对象进行多个复制的工具。单击矩形阵列黑色三角，展开阵列工具栏，如图所示，该工具栏包括矩形阵列、圆弧阵列和自定义阵列三种方式。1矩形阵列2圆形阵列3自定义阵列,4.5.4 缩放,缩放工具是对实体对象进行放大和缩小操作。单击该工具黑色三角，展开比例（Scale）工具栏，如图所示，该工具栏包括缩放、Affinity2个工具。1缩放2仿射（Affinity）,4.6 设置 3D 约束,在3D设计模块中业可以进行几何元素约束。3D设计平台中提供了在对话框中定义的约束和约束2个工具。通过【约束】工具栏上的【在对话框中定义的约束】工具按钮，可以以对话框形式创建约束。单击约束工具按钮，该工具用于创建一般约束的工具，如长度、角度、距离和半径等。两个工具的详细用法与3.3.2小节和3.3.3两小节中相应的约束工具用法相同，这里不再累赘。,4.7 布尔运算,前面几节介绍的实例文件中只有一个零件，Catia V5可以在同一个零件文件里由多个组件构成一个零件。不同的组件之间可以进行布尔运算，同过这种方式可以生成特殊形状的实体零件。在一个文件里存在两个以上的组件，就可以进行布尔运算，对它们进行交集、链集等运算，将不同的组件组合成一个新的零件。在工具栏中可以找到布尔运算工具栏，如图4.241所示，该工具栏包括装配、布尔运算工具、联合修剪、除去块3个工具。,4.7.1 添加新几何体,在零件设计平台中，单击【插入】工具栏上的【几何体】工具按钮，也可以使用菜单栏中的【插入】（Insert）|【几何体】（Body）命令插入几何体，系统将新的几何体显示在结构树中，它带下划线，表明它为活动几何体。结构树中关联几何体图像与表示零件几何体的图像不同，绿色齿轮中添加了一个蓝色齿轮和一个表示几何体极性的黄色加号或减号。这个图形可以快速将几何体同零件几何体分开。如果【插入】工具栏在当前应用程序中不可见，可以使用【视图】（View）|工具栏（Toolbars）|【插入】（Insert）显示该工具栏。,4.7.2 装配组件,【装配】工具，是将不同的组件组合成一个新的组件的工具。下面以两个组件进行装配为例，讲解【装配】工具的使用方法，具体操作步骤如下所示：（1）使用拉伸工具创建长方体；（2）单击【插入】工具栏上的【几何体】工具按钮，名称为Body.2的几何体添加到结构树中。（3）使用凹槽工具创建一个负实体圆柱，负实体是指在装配中用于去除材料的实体图形。（4）单击【布尔操作】工具栏上的【装配】工具按钮，系统弹出装配对话框。（5）单击装配文本框，在结构树中选择Body.2作为装配对象；（6）其它选项为默认值，单击“确定”按钮，装配完成，效果如图4.249所示，Body.2几何体与PartBody组合成一体。,4.7.3 逻辑运算,利用【布尔运算】工具栏可以进行组件的逻辑运算。该工具栏包括添加、除去、相交3个工具。单击添加工具右下角黑色三角，展开【布尔运算】工具栏，如图4.251所示。【添加】工具，是用于进行联集操作的工具。将一个组件加入到另一个组件中，并取两组件的联集部分；【除去】工具，是进行差集操作的工具。用一个组件减去另一个组件，生成新的组件；【交集】工具，是进行交集操作的工具。可以去两个以上组件的交集部分。,4.7.4 联集修剪,【联集修剪】工具，是在两个组件间同时进行添加、除去和交集