基于CATIA工装夹具参数化设计.doc

梧 州 学 院毕 业 论 文 论文题目 基于CATIA工装夹具参数化设计 系 别 电子信息工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名） 完成时间 2013 年 3 月摘要 夹具的设计制造在整个制造生产开始工作中占有十分重要的地位，它的设计与制造质量对保证产品质量的影响具有决定性地位，由于当今市场竞争的日益激烈和企业信息化发展的需要，企业对夹具的设计及制造提出了进一步的要求。在此背景下，本设计根据企业的需求开发了应用性强的基于CATIA平台的机床工装夹具库，介绍了机床夹具设计的国内外研究现状，提出了基于CATIA平台的参数化设计方法、阐述了机床夹具库的信息处理方法，设计支持理论和设计使能技术，研究了机床专用夹具元件几何参数化建模设计技术,主要进行了下面几个方面的研究：1.利用CATIA软件的Catalog工具设计夹具库，为今后在CATIA环境下对夹具元件模块化、标准化奠定了基础。2.在基于CATIA参数化设计技术研究与应用的的基础上，利用夹具库，虚拟装配工装夹具。3.实例快速设计工装夹具,综合应用机械设计与制造方面的知识，增强自己应用所以知识的能。4.并利用CATIA加工模块进行刀路模拟与运动仿真，提高自己综合运用该软件的能力。关键词：机床夹具设计； CATIA； 参数化； 虚拟装配AbstractThe design of fixture plays an important role in the beginning of manufacture. The design of fixture and its quality can decide the quality of the product. Companies require more about the design and its quality, as for the heat competition and the need for the development of corporation informationalization. Under this background, the design develops the utility fixture base for machine tools which based on CATIA and introduces the present situation of machine tool fixture in home and abroad. It also introduces parameterization design based on CATIA, the ways to deal with the information of fixture base, the theory and technology for the fixture and the geometric parameterization modeling design technology for machine tools. It can be divided into the following aspects： Firstly, the use of Catalog in CATIA set foundation for the modularization and standardization of fixture. Secondly, to assemble frock clamp virtually based on the researcher and application of parameterized design, with the use of fixture. Thirdly, to improve the ability of using theories through the practice of rapid design and synthetically apply knowledge of design and manufacture. Fourthly, to improve the ability of applying software through machining modules and dynamic simulation.Key Words：Machine Tool Fixture Design； CATIA； Parameterization； Virtual Assembly目录第一章 绪论11.1课题研究背景11.2 国内外研究现状与发展方向11.3本文研究的意义、内容及章节安排31.4本章小结4第二章 机床夹具设计方法比较52.1 基于二维绘图平台进行夹具设计的不足52.2 基于传统设计方法进行夹具设计的不足62.3 机床专用夹具参数化设计概述62.4 本章小结7第三章 夹具库的建立83.1 六角自锁螺母的建库过程83.2六角头螺栓库的建立133.3 压板库建立163.4 工装夹具库的建立203.5 安装定位板库的建立233.6 调用标准件库273.7 出错与处理方法313.8 注意事项323.9本章总结33第四章 运用夹具库快速设计工装夹具334.1 CATIA V5 R20设置334.2 CATIA V5 R20 传动杆夹具设计步骤334.3本章总结40第五章 动画仿真工装夹具加工415.1 CATIA数控加工流程415.2 数控编程415.3数控仿真与刀路模拟505.4本章总结50第六章 总结51参考文献52致谢5352第一章 绪论1.1课题研究背景机械制造行业是属于第三产业，是国民经济的基础产业，同时是国民经济发展的支柱产业，工艺装备则是机械制造系统中的一个很组成部分，其在国民经济中有着举足轻重的作用。不断变化的世界经济，制造技术的不断发展以及企业竞争的全球化，为了赢得产品的上市时间，现代生产要求企业所制造的产品更新换代速度越来越快，传统的大批量生产模式逐渐被中、小批量生产模式所取代。据国际生产研究协会的统计结果表明，目前中、小批量多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右2。另一方面，根据有关资料统计，我国现有工业水平，生产准备周期一般要占整个产品研制周期的5070，而工艺装备的设计制造周期又占生产准备周期的50-70，其中工艺装备的准备阶段中有70-80的时间用于夹具的设计和制造2。可见夹具设计与制造对于产品的开发周期、产品上市的时间有重大的影响。为了适应多品种、中、小批量生产模式对夹具快速设计的需求，越来越多的机械制造企业摒弃传统的夹具设计方法而采用机床专用夹具。机床夹具是为加工某一零件的某一到工序而特意设计，具有刚性好、操作方便、结构紧凑、应用面广、使用量大等优点。由于机床专用夹具可以达到批量生产要求，它将成为机械制造生产企业赢得市场和提高生产率的主要途径。传统的机床专用夹具设计是以经验依据的设计方法，需要经验丰富的夹具设计人员来完成，劳动量大，设计时间长，修改不宜，越来越不能适应市场的要需求。同时，根据统计可知超过70的夹具设计都来源于对现有的相似夹具的改造。机床专用夹具的设计也不例外。而一些大型的三维CAD软件如UG、ProE、CATIA等均未提供专用的夹具设计模块。为此，很有必要利用CAD软件开发出能快速、准确绘制、装配和管理的参数化机床专用夹具设计系统，以提高夹具的设计效率和规范性，实现夹具设计经验重用，满足快速响应市场需求的目标，该项研究有利于企业获得良好的经济效益和社会效益2。1.2 国内外研究现状与发展方向1.2.1机床专用夹具设计国内外研究现状自中国入世以来，计算机技术应用到数控机床上，数控机床的各方面日渐完善，应用领域日益扩大，机床夹具在加工零件中发挥了越来越重要的作用，与其相关的设计方法、设计过程、经验等方面的管理技术和相应的计算机辅助技术研究应用越来越受到国内学术和制造领域的重视，产生一系列计算机辅助夹具设计的方法研究与探讨。20世纪70年代，国外许多学者就开始了对夹具设计的研究工作，主要研究成果有：美国Purdu大学的PMFereiranl等人研制基于专家系统的夹具设计系统AIFIX；Aamodt和Plaza等人提出基于实例推理的CBR循环的过程模型；PGu1等提出了一种面向产品生命周期的集成模块化设计方法；Darvishi ARH1 等人应用专家系统技术在组合夹具元件库的支持下实现夹具的自动生成技术研究2；AYCNee等人研制具有人机接口的计算机辅助夹具设计系统等4。我国对机床夹具的研究起步于上世纪80年代中期，先后有包括清华大学、四川大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、西北工业大学等在内的十几所高校对夹具CAD系统作了探索2。清华大学的朱耀祥教授研制了基于成组技术的检索变异式系统；朱耀祥教授和融亦鸣教授合作研究的夹具规划和结构生成的FIXDES孔系组合夹具设计系统，成为为数不多的初步商品化的软件之一。四川大学的徐雷等将知识工程与夹具设计过程结合起来，重点研究夹具设计知识描述、分类、发现以及重用的基本原理和智能化夹具设计中的知识求解技术，探讨一种能支持夹具整个设计过程的智能求解技术，开发基于集成知识资源的计算机辅助夹具设计支持系统2。南京航空航天大学的廖文等人开发了型号工程知识驱动的夹具系统。此系统中提供了大量的夹具设计工具和丰富的基础零件图形库；陈蔚芳等构建基于产品数据管理(PDM)的夹具并行设计集成框架。哈尔滨工业大学的黄永强、刘文剑等对计算机组合夹具系统研究，利用专家系统技术，开发了面向生产的计算机辅助组合夹具设计系统2。 华中科技大学的李敏波等提出了基于Web的分布式夹具方案设计方法；李伟等提出了基于实例推理的敏捷夹具设计的设想，研究了基于实例的夹具设计基本模型。 西北工业大学的康永刚等研究了基于实例和知识的夹具智能CAD系统；许琰等人对组合夹具专家数据库进行探讨，研究了组合夹具组合专家系统(MFAES)的推理机制。综上所述，这些系统和理论研究在一定程度上具有很大的理论水平和实际意义。1.2.2机床专用夹具设计的发展方向机床夹具是机床加工过程中必不可少的部件，随着CAD技术的推广，夹具设计已经从传统的手工经验设计发展到利用二维、三维CAD绘图软件的集成参数化设计。同时，为了实现现代机床数控加工对数控技术提出的更高要求，在数控技术向高效、高精度、智能化、模块化、柔性化和集成化方向发展的带动下，现代机床夹具设计技术正朝着精密化、高效化、模块化、智能化、柔性化、集成化、标准化等7个方向发展。(1)高效化 现代机床夹具技术的高效化主要体现在其能减少加工工件的基本和辅助时间，提高劳动生产率。如瑞典3R夹具只要1分钟的时间，就可完成线切割机床夹具的安装与校正。(2)精密化机械产品精度的日益提高也对夹具要求更加紧密化。精密化的机床夹具的结构类型各种各样，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达01 7。(3)模块化 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的标准化、系列化夹具元件，快捷的组装成各种机床夹具，已成为夹具技术开发的基础要点。(4)智能化 智能化夹具早期主要是专家系统的应用，将人工智能技术合成各种技术综合应用，有效的提高机床夹具的设计效率。(5)柔性化机床夹具的柔性化是指机床夹具通过组合、调整等方法，以适应工艺可变化因素的能力。工艺的可变因素主要有：生产批量、生产技术、工件的尺寸和形状等。当前夹具发展的重要方向就是夹具就有良好的柔性化。(6)集成化 机床夹具设计是生产准备的重要部分。确定该工序所使用的夹具，夹具的装配图和零件图是连接加工与设计的重要工艺文件，实现与工艺技术文件CAPP的集成优化。夹具设计发展的必然方向是夹具的集成化，是企业信息集成的必然发展要求。(7)标准化 标准化是提高机床夹具设计系统适应性和促进集成的基础。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GBT2148T22599l以及各类通用夹具、组合夹具标准等2。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。1.3本文研究的意义、内容及章节安排1.3.1研究的意义 夹具设计和制造在整个制造生产准备工作占有十分重要的位置,它的设计和制造决定产品质量的好坏,其设计和制造最长的时间在整个准备和实际决定了长度的整个生产准备周期。通过控制的研究表明,普通的企业仍然大量传统的专用夹具,严重依赖传统设计的专用夹具设计人员设计经验,能生产以下主要问题: (1)生产准备周期长、设计效率低、高生产成本：(2)很少采用标准件，难以实现对高精度、相似性特征工件设计。 根据以上特点,本设计充分利用现有的夹具设计经验,将模块化和参数化技术应用到软件,从特殊的角度机床夹具可重构性,建立了参数化的夹具的定位、夹紧机构,设置的机构和专用夹具建模和虚拟装配的数控机床,机床的目录工具基于CATIA设计专用夹具,改变传统的夹具设计模式,技术创新,创建夹具三维设计的新环境,可以大大缩短设计和制造周期,减少重复工作,提高工作效率,降低生产成本。此外,三维参数化技术应用CATIA在夹具设计、标准化、系列化的夹具将发挥积极的作用,有利于夹具设计是科学的、系统的管理,帮助企业取得良好的经济效益和社会效益。1.3.2设计的内容与章节安排 本课题是在大型三维CATIA软件平台下，利用CATIA软件的Catalog功能开发来完成，并进一步开发相应的系统模块。主要的研究内容如下：(1)研究机床专用夹具三维参数化模型的建立。(2)在CATIA软件平台下，应用Catalog开发工具开发设计机床夹具库。(4)根据实际零件的需要,建立夹具夹紧机构,定位机构等的一般通用夹具元件,可以迅速调用相关的组件在装配过程。(5)研究在CATIA软件平台下进行夹具机床仿真装配设计的过程，以及生成零件图、装配图和三维爆炸视图的方法。本设计各章节内容安排如下：第一章介绍本设计课题的研究背景，讲述了当今国内外机床夹具的发展方向与研究现状。并提出当今机床专用夹具设计研究中存在的设计方法的不足，提出本课题设计的研究意义、主要研究应用内容和章节具体安排。第二章介绍机床专用夹具设计的主要内容、设计方法，对机床专用夹具参数化设计方法进行概述比较，讲述了基于CATIA平台的机床专用夹具设计软件体系结构和Catalog功能模块，为下一步机床专用夹具计算机辅助设计（CAM）研究创造必要的条件。第三章建立机床夹具库。针对机床专用夹具设计的特点，重点研究了机床专用夹具设计的信息处理、关键的支持理论和使能技术。为基于CATIA平台的三维参数化机床专用夹具设计提供理论支持和技术服务。第四章实例应用夹具，以铣床专用夹具为例详细分析了基于CATIA的机床虚拟装配仿真设计过程，根据机床专用夹具设计意图将不同的夹具元件虚拟装配达到快速设计机床专用夹具的目的。第五章动画仿真的应用，应用所建立机床夹具库，数控加工实例零件。 第六章总结了主要的研究工作的设计和应用,也必要的问题,并提出了需要进一步研究和应用前景。1.4本章小结 作为一个全面的概述本章,着重于研究背景、发展方向的研究设计,研究现状和研究热点。介绍背景的专用机床夹具设计第一,然后在详细分析国内外研究现状,提出了思想和方法来解决问题,最后确定夹具设计的内容设计侧重于应用和章节安排。第二章 机床夹具设计方法比较2.1 基于二维绘图平台进行夹具设计的不足二维设计软件是在传统的二维设计思维方法基础上开发研制的，其最初的开发目的就是为了把人从繁杂的制图工作中解脱出来，因此其主要精力便放在如何能够快速制图上，所以并不是真正的设计软件。虽然二维软件也在有意识地向真正的设计软件方向发展，尤其在二次开发方面具有一定的优势，但仍然没有摆脱“电子绘图”的身份，在软件设计方面还是有明显不足，这可以从下面的论述中得到证明：(1)二维设计的思维过程与设计过程不一致 在二维平台下进行夹具设计时，首先，设计人员需要有一个将头脑中的立体构思转化成平面视图的类似于传统制图的过程，同时把它们反映在图纸上，再通过视图关系把它们拼成立体实物，这样的过程，使庞杂的三维与二维的转换以及投影与线条的隐藏关系交织在设计人员头脑中，这往往影响设计的效率。(2)二维设计无法实现信息集成 用二维软件设计夹具，分析、制图和数控程序的编译是相互独立又无法直接联系的，这就导致软件设计过程中信息无法及时集成。往往夹具都生产出来了，分析的结果还没有出来，很多时候都得依靠一次次的试验、分析及改进来摸索着完善夹具的设计，这在很大程度上又影响了设计的效率。(3)二维设计难以实现图形参数驱动 二维CAD环境下要实现图形参数驱动功能就必须依靠所编写的程序。由于生成新的图形必须调用已经存储在程序库中编写好的绘图函数，这对程序库的丰富度有很大要求，更导致基于此的CAFD系统的开发工作量大，系统的应用范围窄。(4)二维设计无法实现图纸的关联修改基于二维软件进行设计时，设计参数与二维投影图线之间没有直接的关联，尤其是多向视图及装配图。这就导致在修改设计时，图上的相关表达要逐个修改，才能保证图纸一一对应。操作繁琐，一旦遗漏，图纸间便会失去对应关系，产生错误，后果很严重。(5)二维环境下不便于夹具的可用性评价 二维图形不够直观，对于夹具装配图也很难进行干涉检验，也无法从图纸上反映出夹具的零部件之间的装配关系，所以难以进行可用性评价。(6)二维设计不利于设计工程管理 设计工程管理对于大型设计项目来说是至关重要的。传统设计中的这项工作基本上是通过对图纸的管理进行的。我们必须考虑到一些大型的项目是有成千个图形数据文件的，而且会不断地增加，这些文件中除了图形信息外，还会有大量的设计参数等非图形信息，它们在实际设备和零部件的装配层次关系上存在着复杂而有序的关联，如何在二维设计下对如此复杂丰富的文件信息进行设计工程管理是一个很难处理的实际问题。2.2 基于传统设计方法进行夹具设计的不足(1)传统的设计方法无法有效提高夹具的设计效率从一些研究产品设计的文献中可以发现，人们在提高产品设计效率时基本上都有以下的共识：最充分地重用经过生产实践考验的产品设计信息，使新产品的开发只需对很少一部分零部件进行重新设计和制造。这不仅可大大缩短生产周期，还可提高产品的一次成熟性。然而，基于传统设计方法开发的CAFD系统未能提供行之有效的检索相似夹具的手段，这导致设计人员难以及时、准确地找到结构相近的夹具来支持当前的设计，因而难以利用企业中已有的设计资源。无法利用夹具设计所具有的很强重构性，这是传统夹具设计时效率低下的一个很重要的原因。(2)传统的设计方法无法有效提高夹具的设计质量 产品设计质量是指所设计的产品是否能够满足市场需求、性能是否最佳、是否易于制造和维护、经济性是否合理、对生态环境是否造成危害、风险是否最小等。传统的设计方法的不足之处在于：a)传统的设计方法忽视了夹具设计的标准化 标准化是提高产品质量的重要途径，是生产不可缺少的共同依据和准则。而基于传统设计方法开发的CAFD系统，却忽略了标准化设计，从而会出现下面的问题：出图的重复性和多样性：出图的重复性就是一种浪费，使设计人员将时间和精力花在重复修改上；出图的多样性则导致制造阶段工艺准备工作中出现不必要的工艺规程和工艺装备的多样性，并且造成夹具产品的继承性差。在设计过程中，本可以使用标准元件和部件，但是现有的CAFD系统对设计缺相应的支持性，以致使设计人员仍然自行进行设计，从而使设计制造成本的大大增加，还延长了设计的时间周期。b)传统的设计方法忽视了零件工艺信息的集成 CADF系统必定能和工件的CAD系统CAPP系统联系在一起，以达到夹具设计时调用必要的相关信息。但是基于传统设计方法开发的CAFD系统却忽视了信息技术的集成，以致夹具设计时无法调用所需的信息数模，从而使夹具设计的质量受到限制。2.3 机床专用夹具参数化设计概述通常，参数化设计是指在零件或部件形状的基础上，用一组尺寸参数约束定义该几何图形的形状。尺寸参数的约束与几何图形有明显的对应关系，当约束或尺寸发生变化时，对应的几何图形也会进行对应的改变，可达到驱动该数模的目的，很好的反映了设计过程中设计者的设计想法。如今流行的三维CAD造型软件大多提供了参数化设计的应用。 目前，常用的参数化设计方法可分为图形联系设计和编程方法两种。图形交联系设计是指在现有的参数化CAD系统的环境下，通过相互操作来完成产品的参数化模型设计目的，是在产品设计中必要的方法。编程方法是指在现有的CAD系统基础上，利用二次开发接口、高级语言和数据库等相关技术，来定义产品的参数化模型，并支持对参数化模型库的建立、使用和管理，它是一种高级的参数化设计方法。参数化设计主要便于用户修改和设计，大大地改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，体现出很高的应用价值。CATTA提供了可以提取特征参数的数据表格，通过数据表格可以生成零件库。它的参数化设计基本内容包括：(1)根据图纸和自由变化参数表确定建模方法；(2)创建参数化模型；(3)设置各个参数之间的联系，也可在创建模型时进行设置；(4)提取自由变化参数；(5)创建零件库，输入零件系列数据，创建零件模型；(6)调入生成的模型，检查模型创建是否有误。2.4 本章小结 本章内容主要对机床专用夹具的总体设计进行了研究，首先介绍机床专用夹具设计的设计过程，对机床专用夹具软件参数化设计进行讲述，再次，概述了基于CATIA平台的机床专用夹具设计系统体系结构和主要应用功能模块，特别是catalog工具的介绍，为进一步机床专用夹具计算机辅助设计研究创造条件。第三章 夹具库的建立先用CATIA创建夹具库零件的的三维模型，模型建立要将一些设计参数体现出来，使之能快速直接的驱动设计结果。数模建好以后，挑选典型尺寸，由于零件尺寸参数一般很很多，所以将尺寸分为关键的尺寸和辅助的尺寸，关键尺寸是可影响到设计结果的主要几个尺寸，标准件数据具有系列化的特点，目前的参数化实体建模CAD软件大多给出了组织实现的方法表驱动模型技术。即在CAD系统中允许利用“表格驱动”的方式来建立实体模型，从而实现系列化零件在系统内部的构建及组织，一次建模，多系列选用。CATIA V5版本中提供的catalog模块便可用来方便的实现此类功能。在建库中，可利用建模功能建立各种标准件的参数化实体模型，而后利用Catalog模块所提供的功能，将模型的尺寸参数与参数表可以是文本文件、也可以是由微软公司的Excel建立的表格文件相互关联，实现系列化数据的组织与模型驱动。在CATIA V5 下夹具库的建立，可分二个阶段进行，一是参数化建模，二是利用Catalog 进行夹具库的集成。具体使用了CATIA 的Formula、F（X）、Design Catalog和Table等功能。本设计夹具库的分为六大类：螺栓、螺母、垫圈、键、销，和非标准夹具（压板，工装）五大类。虽然夹具库各个层次类别都有各自独有的特点，但基于特征建模过程，它们有很多可以借鉴的共同点。本章将通过对螺栓，非标准件等各大类中的典型零件建模过程的解释来说明其它类标准件的主要建模过程。最终通过完善Excel表格，自动生成强大的夹具库。3.1 六角自锁螺母的建库过程3.1.1六角自锁螺母的参数化建模以GB1337-89六角自锁螺母为例，进行标准件参数化建模演示。建立一个六角自锁螺母的零件，作为该零件系的母体，其它规格的零件通过变化已设定参数自动进行生成，利用了参数驱动模型的原理。具体步骤如下：1）启动CATIA V5，在TOOLOPTIONS 中进行显示参数、参量等设计如图3-1。 图3-1 2）创建一个Part。选取某一规格的GB1337-89六角自锁螺母关键尺寸，利用F（X）对照GB1337-89六角自锁螺母标准中尺寸命名创建参量，并填入对应的尺寸参数，如图3-2。图3-2 3）选取XY 平面，绘制如图3的草图，并标注一个六角自锁螺母六角头的关键尺寸，利用Formula 创建与参量的公式关系。见图3-3。图3-34）按步骤3）创建其它几何要素并与已创建参量建立公式关系。 5）利用EXECL创建六角自锁螺母各关键尺寸参数表。如图3-4。图3-4 6）单击Design Table 图示，在指定的目录下选择步骤5）所创建的六角自锁螺母各关键尺寸参数表。由于参量名一致，选择自动匹配参量，完成Design Table 链接。如图3-5。图3-57）保存六角自锁螺母模型，文件名要规范化，到此已完成了标准件参数化建模过程。3.2.2 六角自锁螺母的集成1)创建Catalog Document，并进行规范的命名。如图3-6。图3-62)对上述Catalog Document进行保存，到此，为标准件系的创立了三种类型的文件，要规范这三种文件的命名和存贮路径，为标准库做好准备。3）创建各级Catalog Document，对已创建的Catalog Document 进行集成。图3-73.3.4 六角螺母的调用选取CATIA V5 装配设计模块（Assembly Design）的工具条上有Catalog Browser 图标，亦可选择菜单中TOOL 中的Catalog Browser，如图3-8 所示：图3-8在弹出窗口中点取Browse another Catalog 图标，打开标准件库所在的网络服务器（NETAPP 标准件库v5）或本地硬盘的目录下的STD.Catalog 文件，即进入准件库窗口见图9：图3-9方法二： CATIA V5 窗口内打开下拉式菜单FILE Open, 打开标准件库所在的网络服务器（NETAPP 标准件库v5）或本地硬盘的目录下的STD.Catalog 文件，即进入标准件库窗口见图3-10：注：该方法是通过进入Catalog edit 功能模块来完成调用的，缺点是运行慢，优点是窗口左侧区显示了标准件库的结构树，便于宏观上对标准件进行类别查找。图3-10打开左边窗口中的目录树，即呈现各类型各规格的标准件信息，见图3-11：其中各箭头所指区域分别为：（1）目录树窗口通过点取树状分支节点的“+”号或者双击各类别的名称依次打开各分支，此窗口支持鼠标中键的移动和缩放操作，使用者可以调整此窗口和文字至合适的大小。（2）Table 和Preview 窗口的切换标签Table 窗口显示的是所选零件种类的参数列表。Preview 窗口显示的是所选零件的预览窗口。（3）查询窗口在此处可以实现对所选零件规格的查询，具体方法见后。（4）参数列表此处列出此类零件的所有参数，其中PartNumber 列是此标准件调用到CATIA 的装配设计窗口后在结构树上显示的名称，包括中文名称、标准号、规格尺寸。PartName 列显示的是此标准件在CATIA 装配设计过程中保存为独立的.CATPart 文件时的文件名称，一般包括英文名称、标准号和规格尺寸。（5）图标可以实现不同类别零件的简单预览。图3-11采用“方法一”，选择具体某一标准件见图3-12：图3-123.2六角头螺栓库的建立下面我们以GB5780-86六角头螺栓为例，建立六角头螺栓标准件库。首先，我们需要建立一个六角头螺栓的零件，它将作为我们标准件库的母版，其他的同类零件（此处的同类指结构相同、参数不同）只是改变母版零件的相应参数而已。 （1） 启动CATIA V5，创建一个新的Part。（2）选取YZ平面，绘制如图3-13的草图，并标注四个尺寸，这些尺寸是螺栓六角头的关键尺寸，将来我们就是通过赋予对应这些尺寸的内置变量不同的数值而得到不同的零件。旋转轴图3-13六角头的初始草图1.利用刚建立的草图建立一个旋转体。2.拾取旋转体的顶部作为草图平面，拾取旋转体直径较大的边作为参考几何（先选中Project 3D Elements，然后选中Construction/Standard Element，再选择几何元素，如图3-14），选中Geometrical Constraints（如图3-15），绘制正六边形，正六边形的六个顶点在参考圆上，然后再绘制一个直径较大的圆，结果如图3-16所示。选中此两项图3-14选取参考几何 图3-15 选中使用几何约束 图3-16 最终草图1.用刚创建的草图对原实体作切槽操作，类型为Up to last。即得到六角头的螺栓头。 图3-17 设定切槽参数 图3-18 六角头的螺栓头1.螺杆部分，采用拉伸两个圆柱来得到光杆和螺纹部分。两个草图圆均需要标注圆的直径以便以后用尺寸来驱动。2.螺栓头部和螺杆连接处倒圆角，零件创建完毕。3.单击Formula图标，创建七个新的Length变量：M、e、K、K1、L、lg、r。默认值根据机械手册设为六角头螺栓中的任意一组值，例如：42，72，26，17。5，200，100，1.2。（1）筛选出Length变量，分别设置公式如下：PartBodySketch.1Length.1Length= PartBodySketch.1Length.2Length*sqrt(3)/2PartBodySketch.1Length.2Length=e/2PartBodySketch.1Offset.4Offse=K-K1PartBodySketch.1Length.5Length=KPartBodyPad.1FirstLimitLength=L-lgPartBodyPad.2FirstLimitLength=lgPartBodySketch.4Radius.22Radius=M/2PartBodySketch.3Radius.21Radius=M/2-0.2mmPartBodyEdgeFillet.1CstEdgeRibbon.1Radius=r创建公式时，可以使用公式向导，选择相应变量，加上适当的表达式，如图3-19所示。图3-19 使用向导创建公式（2）单击Design Table图标，选择使用当前的参数变量创建设计表，在随后弹出的对话框中筛选出用户定义变量，并将它们导入到右边的框中。单击OK，选择设计表保存位置并保存。（3）随后弹出对话框中，单击编辑表按钮，显示设计表，在表里插入PartNumber字段，并根据机械设计手册添加记录，最后的表格如图3-21所示。图3-20 选择创建设计表的参数图3-21 最终的Excel设计表（4）保存并关闭表格，单击OK关闭设计表对话框。保存零件文件为GB5780-86.CATPart。（5）创建一个新的Catalog Document文件，重命名Chapter.1为“螺栓”，选择Insert-Add Part Family命令，单击Select Document按钮，选择刚刚保存的GB5780-86.CATPart文件，单击OK。此时的屏幕如图3-22所示。图3-22 零件族创建完毕的屏幕显示（6）保存文件为bolt.Catalog。（7）新建一个装配文件，单击Catalog Browser图标，使用图标访问刚刚创建的bolt.Catalog文件，浏览器显示如下图：图3-23 Catalog 浏览器（8）选中其中一项，单击右键，选择Copy，再选择特征树上的Product1或其他子装配，即可在装配环境中插入标准件。3.3 压板库建立压板库的建立：1使用公式命令创建三个参数a、b、h作为压板的长、宽和高。2选择XY平面，进入草图工作台，绘草图并标注。3.右击尺寸选择编辑公式操作。再弹出的公式编辑器中指定尺寸对应的参数，并赋值。4.确定后推出草图进行拉伸操作，编辑拉伸长度参数同上一步骤。5.完成压板实体的创建6.点击设计表操作，如图，确定。7.弹出“选择要插入的参数”对话框，插入压板参数，确定。8.出现配置设计表对话框，选择编辑表操作，启动Excel。9.如下图插入一项PartNumber（必需），并给出编号，保存并退出。10.保存模型数据后退出零件设计模块，进入库编辑器模块，如下图。11.选择添加零部件系列命令，在零部件定义对话框上选择文档为上面创建的压板模型文件，并确定。12系统根据Excel表参数创建包含一系列的同形零件，保存后作为Catalog（库）输出。13然后装配环境下即可调用该库。3.4 工装夹具库的建立1.使用公式命令创建重要的参数2.选择合适平面，进入草图工作台，绘草图并标注。3.右击尺寸选择编辑公式操作。再弹出的公式编辑器中指定尺寸对应的参数，并赋值。4.确定后推出草图进行拉伸，开槽等操作，编辑长度参数同上一步骤。5.完成工装实体的创建6.点击设计表操作，如图，确定。7.弹出“选择要插入的参数”对话框，插入工装参数，确定。8.出现配置设计表对话框，选择编辑表操作，启动Excel。9.编辑表格，如下图插入一项PartNumber（必需），并给出编号，保存并退出。10.保存模型数据后退出零件设计模块，进入库编辑器模块，如下图：、11.选择添加零部件系列命令，在零部件定义对话框上选择文档为上面创建的工装模型文件，并确定。12.系统根据Excel表参数创建包含一系列的同形零件，保存后作为Catalog（库）输出。然后装配环境下即可调用该库。3.5 安装定位板库的建立定位安装板建立：1.使用公式命令创建安装定位板的多个参数。2.选择XY平面，进入草图工作台，绘草图并标注。3.右击尺寸选择编辑公式操作。再弹出的公式编辑器中指定尺寸对应的参数，并赋值。4.确定后推出草图进行拉伸操作，编辑拉伸长度参数同上一步骤。5.完成点位安装板实体的创建6.点击设计表操作，如图，确定。7.弹出“选择要插入的参数”对话框，插入点位安装参数，确定。8.出现配置设计表对话框，选择编辑表操作，启动Excel。9.如下图插入一项PartNumber（必需），并给出编号，保存并退出。10.保存模型数据后退出零件设计模块，进入库编辑器模块，如下图。11.选择添加零部件系列命令，在零部件定义对话框上选择文档为上面创建的定位安装板的模型文件，并确定。12.系统根据Excel表参数创建包含一系列的同形零件，保存后作为Catalog（库）输出。然后装配环境下即可调用该库。3.6 调用标准件库有两种方法可以实现对特定规格标准件的正确调用方法一：在图3-23或图3-24的Table窗口中选中需要的尺寸规格，点鼠标右键，在弹出式窗口中选Copy然后，切换到CATIA装配窗口，在Specification Tree 的Product1 上点鼠标右键paste，如图13 所示。图3-23至此，此标准件已被CATIA 所调用。如图3-25 所示。图3-25方法二：左上方窗口的图标处按下鼠标左键，不松开，然后拖拽到CATIA 装配窗口Specification Tree 的Product1 处，松开左键。见图3-26。图3-26或者在图3-23的Preview 窗口实现上述的操作，如图3-27所示。图3-27规格的查询 当某类标准件有着数量较大的规格时，利用查询功能得到满足要求的特定零件是比较有用的方法。举例来说，当我们打开标准件号为HB（5592-5594）-81 这一类零件时，如图3-28所示，它的参数列表中有R（mm）、L（mm）、l（mm）等参数，我们需要找出L（mm）=24mm的所有规格，则可在Filter 输入框中输入：x.L=24mm然后回车。其查询结果显示在Table 窗口中，见图3-29。注意：在表达式中，每个关键字前必须有“x.”，并且注意关键字的大小写。图3-29图3-30当我们要对字符类型的关键字进行查询时，采用下面的方式：x.PartNumber=HB5592-5594-80-8x12.5查询条件也可以是让不同的关键字满足一定的条件，如：x.R=x.l-10mm即R大于或等于l减去10mm。结果如图3-31所示。图31不同的表达式也可以由逻辑运算符号连接，如下所示(x.DIAMETER=10mm下面的表达式给出的是R 和l 中的最小值大于或等于10mm 例子，如下：min(x.R,x.l)=10mm结果见图3-32。如果仅需查询字符串类型参数中包含的特定字符串，可以使用下面的表达式x.PartNumber.Search(10x18)=0mm结果见图3-33。任何时候按Reset 键，都可以显示完整的参数列表。图3-32图3-333.7 出错与处理方法在使用过程中如出现文件不能被正确调用，或调用之后相关的尺寸参数不正确，应对的处理方法一般情况下主要有两钟错误有可能会出现：调出的标准件的名称和大小不会自动调整，此时请通过打开Tools-Options,在弹出的CATIA 设定窗口中，打开Mechanical， DesignPart DesignDisplay 窗口中的Parameters 和Relations 两个选项。然后展开调入的零件，在它的Relations 分支下，双击DesignTable，在弹出的窗口中选择需要的规格，按OK，关闭窗口，然后就可以将DesignTable 分支从结构树上删除。调入标准件的装配件在保存时提示文件名称中有不合法的字符此时可以通过双击调入的标准件分支，然后Save As, 给出一个正确的名称即可，标准件在调入时出错此时可以通过在Catalog browser 窗口中对应的零件上点鼠标右键open Document，打开此零件，修改它的DesignTable，然后将此零件拖拽或拷贝到装配件上。3.8本章总结借助于夹具标准元件库，在CATIA环境下设计专用夹具，大大缩短了设计周期，降低了成本，提高了效率。同时，通过对建立标准元件库的探索，为今后在CATIA环境下对夹具元件模块化、标准化奠定了基础。第四章 运用夹具库快速设计工装夹具在CATTA环境下，运用专用夹具标准件库组装夹具的流程简要介绍如下：设计人员通过对零件几何形状及工艺信息的分析，制定出定位和夹紧方案，以工件的定位基面为设计基准，并通过已建立的夹具标准元件库检索出所需的定位和夹紧元件，插入到指定位置。一些特殊的元件，则可根据已有的信息进行设计。定位、夹紧元件放置后，可在CATIA的装配（Asscmbly Design）环境下根据定位、夹紧元件设计出辅助件和支承件，并用布尔运算确定定位元件和夹紧元件在辅助件和支承件上的装配位置，然后在零件设计（Part Design）环境下对辅助件、支承件等进行细节设计。4.1 CATIA V5 R20设置1.进入CATIA V5 R20 的用户环境设置,进入opotions如下图4-1图4-14.2 CATIA V5 R20 传动杆夹具设计步骤1.产品零件图图4-27 b: H$ z4 0 b2 2 v( n2.产品的重点技术要求分析工件名称为传力杆，是一铸件，本道工序铣削加工宽12mm的直通槽，设计铣床专用夹具是手动的。工件已加工过的大小孔径分别为11mm和24mm，两孔中心距为 420.02 mm,厚度为26mm。在处理直通槽时，槽的表面粗糙度和尺寸精度要求不高，由铣床加工的铣刀直接可达到要求，槽的宽度由刀具的宽度尺寸保证，槽的深度尺寸和位置精度由设计的机床夹具来保证。槽的位