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catia实体建模的方法发表时间:2013-01-18 08:05 来源:mfcad 作者:daomi 点击: 5次 1 引言随着CAD软件应用的推广，设计人员操作CAD软件的熟练程度也不断提高。但如何高效设计开发产品仍是当前设计人员考虑的问题。使用一种软件进行高效设计 是有点难度的，比如复杂的渐开线齿轮齿型建模，目前大多数三维建模系统都不能直接生成齿轮的三维齿廓，一些低端的CAD软件在生成齿形齿廓这一关键步骤 时，都是根据给定的齿轮参数，通过样条曲线等来拟合渐开线。样条曲线等是由函数关系式所生成的点来控制的，因此这样的样条曲线只是近似的渐开线。但如 果利用辅助设计软件CAXA中的高级曲线进行齿轮的二维图形设计，给CATIA实体建模软件提供了精确的二维草图，就可以快速生成齿轮实体模型。本文将以 往制作齿轮方法与同时使用两种软件结合设计的方法进行对比，来说明结合使用多种软件设计制作的优越性。2 齿轮的重要参数普通的渐开线齿轮有7个基本参数影响齿轮的形状和尺寸：模数m、齿数z、分度圆压力角d、齿顶高系数ha、齿根高系数hf、齿顶系数c；、变位系数x、分度圆螺旋角(参数之间的关系如图1)。这些参数中m、z可任意变化；调整x、hf、参数可得到变位齿轮和斜齿轮；如果改变ha、c可以得到短齿、长齿齿轮；压力角的改变可以满足某些特殊齿轮的要求。总之，为了达到齿轮的各项技术要求，就要考虑齿轮各个参数的改变，这些参数与齿轮尺寸、形状、位置之间以各种方程式关联，每个参数的改变都会引起齿轮的改变。3 渐开线齿轮的生成31 方案1第一步，生成渐开线齿轮样板在CAXA中选择菜单栏的绘制高级曲线选择齿轮，进入渐开线齿轮齿形参数对话框，如图2。在对话框中键入设计参数：直齿圆柱齿轮齿数z=25，模数m=4，压力角仅=20，变位系数x=0，由于设计的齿轮为标准齿轮，因此参数一中选择默认。点击下一步进入图3，选择默认，点击完成。齿轮的渐开线样板生成图4。第二步，CATIA中生成齿轮实体 将生成的样板以iges标准格式导入到CATIA中，利用CATIA的复制草图功能，将生成的草图粘贴到part design中去得到图5。到了这一步基本的图形已经生成，进入草图模式，将各个边线利用(offset)功能，值设为0，生成二维齿形。退出草图进行实体拉伸特征建模，齿轮设计完 毕(图6)。锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似，圆锥齿轮的齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小。因此，在设计时按照标准直齿锥齿 轮机构几何尺寸的计算公式计算出参数值就可以设计出锥齿轮的两端面的齿轮2D图形，在CATIA中两端面沿着脊线进行loft就可以生成直齿圆锥齿轮(图 7)。同理，只要给出蜗轮和人字齿轮的主要参数也可以方便地设计出来(图8和图9)。利用方案1实现齿轮实体相当简单制作中只需填写参数，而且生成的齿廓非常精确，大大提高了工作效率，是齿轮制作的最佳方法。32 方案2 在CATIA中采用fog方式生成参数方程确定渐开线的x、y值，再制作若干个点，连接点成曲线。第一步，首先建立齿轮的几个重要参数：齿数z，模数m，压力角，齿顶圆半径rk=r+m；分度圆半径r=mz2；基圆半径rh=rcos；齿根圆半径rf=r-125m；现取Z=35，m=4，d=20；在parf desjgn模块中，选择formula(fX)图样)按钮，弹出fomula：parameters对话框，填写如图10中内容。具体方法是：点击new parameters of type按钮，选择相应的type如：real、length等，填入相应的“value”；有formula的选择“add formula”，填入公式。 第二步，建立好参数之后，用fog建立一对变量为t的x、y坐标的参数方程，如图11。x=rb*sin(t*l：PI*Irad) - rb*t*PI*cos(t*PI*Irad) y=(rb*cos(t*PI*Irad)+(rb*t*PI)*sin(t*PI*Irad)将这2个fog的名称分别改为：x，y；目录树中出现了relations节点，节点下生成了fog，fogy分支。第三步，进入generative shape design模块，用前面定义的parameter，画出齿顶圆，分度圆，基圆和齿根圆，作为下一步的参考。第四步，利用前面建立的关于f的参数方程，创建若干个渐开线上的点：譬如分别取t=0，004，0065，08，012，014，016，得到7个渐开线的关键点的fog x，fog y坐标值，将它们分别赋给点的H、V，再用spline连接点得到渐开线。第五步，镜像出另半边的渐开线。第六步，从渐开线与基圆的交点向下引出一段切线，再在齿根圆与切线之间倒圆，绘制齿根圆角。做一个周向的pattern，得到所需要的齿轮外廓(图12)。第七步，把所有的元素连接起来成为一个封闭的线框，拉伸实体，挖洞，开槽，齿轮制作结束(图13)。 从方案2的制作过程可以看出，以往的表达式建模，整个过程相当复杂，花费时间多，而且容易出现参数填写错误，导致生成的齿廓误差相当大，因此大大降低了工作效率。4 结论从以上两种设计方案可以得出结论：第一方案，即结合使用两种CAD软件建模，不但简单、快速、精确，而且可以基于做出的齿廓建立蜗轮、锥齿轮、人字齿轮。 而第二种方案不但复杂、繁琐，而且做出的渐开线齿廓精确度低。因此随着CAD软件应用的不断推广和软件间便利的数据接口，设计人员要提高设计效率可以借鉴 各个软件的优点，取长补短，提高工作效率，缩短产品开发周期。3. 由于绝大多数的用户使用的都是中文界面的CATIA,我们下面就将所有的模块按照中文名称,英文简写,以及英文名称的顺序罗列下来:零件设计 PDG：Part Design装配设计 ASD：Assembly Design交互式工程绘图 IDR：Interactive Drafting创成式工程绘图 GDR：Generative Drafting结构设计 STD：Structure Design线架和曲面设计 WSF：Wireframe and Surface钣金设计 SMD：SheetMetal Design航空钣金设计 ASL：Aerospace Sheetmetal Design钣金加工设计 SHP：SheetMetal Production三维功能公差与标注设计 FTA：3D Functional Tolerancing & Annotation模具设计 MTD：Mold Tooling Design阴阳模设计 CCV：Core & Cavity Design焊接设计 WDG：Weld Design自由风格曲面造型 FSS：FreeStyle Shaper自由风格曲面优化 FSO：FreeStyle Optimizer基于截面线的自由风格曲面造型 FSP：FreeStyle Profiler基于草图的自由风格曲面造型 FSK：FreeStyle Sketch Tracer创成式外形设计 GSD：Generative Shape Design创成式曲面优化 GSO：Generative Shape Optimizer汽车白车身接合 ABF：Automotive Body In White Fastening数字化外形编辑 DSE：Digitized Shape Editor汽车A级曲面造型 ACA：Automotive Class A快速曲面重建 QSR：Quick Surface Reconstruction创成式零件结构分析 GPS ：Generative Part Structural Analysis创成式装配件结构分析 GAS ：Generative Assembly Structural Analysis变形装配件公差分析 TAA：Tolerance Analysis of Deformable AssemblyElfini 结构分析 EST：Elfini Solver Verification电路板设计 CBD：Circuit Board Design电气系统功能定义 EFD：Electrical System Functional Definition电气元件库管理员 ELB：Electrical Library电气线束安装 EHI：Electrical Harness Installation电气线束布线设计 EWR：Electrical Wire Routing电气线束展平设计 EHF：Electrical Harness Flattening管路和设备原理图设计 PID：Piping & Instrumentation DiagramsHVAC 图表设计 HVD：HVAC Diagrams电气连接原理图设计 ELD：Electrical Connectivity Diagrams系统原理图设计 SDI：Systems Diagrams管线原理图设计 TUD：Tubing Diagrams波导设备原理图设计 WVD：Waveguide Diagrams系统布线设计 SRT：Systems Routing系统空间预留设计 SSR：Systems Space Reservation电气缆线布线设计 ECR：Electrical Cableway Routing设备布置设计 EQT：Equipment Arrangement线槽与导管设计 RCD：Raceway & Conduit Design波导设备设计 WAV：Waveguide Design管路设计 PIP：Piping Design管线设计 TUB：Tubing DesignHVAC设计 HVA：HVAC Design支架设计 HGR：Hanger Design结构初步布置设计 SPL：Structure Preliminary Layout结构功能设计 SFD：Structure Functional Design设备支撑结构设计 ESS：Equipment Support Structures厂房设计 PLO Plant Layout数控加工审查 NCG：NC Manufacturing Review数控加工验证 NVG：NC Manufacturing Verification2轴半加工准备助手 PMA：Prismatic Machining Preparation Assistant2轴半加工 PMG：Prismatic Machining3轴曲面加工 SMG：3 Axis Surface Machining多轴曲面加工 MMG：Multi-Axis Surface Machining车削加工 LMG：Lathe Machining高级加工 AMG：Advanced Part MachiningSTL快速成型 STL：STL Rapid Prototyping知识工程顾问 KWA：Knowledge Advisor知识工程专家 KWE：Knowledge Expert产品工程优化 PEO：Product Engineering Optimizer产品知识模板 PKT：Product Knowledge Template业务流程知识模板 BKT：Business Process Knowledge Template产品功能定义 PFD：Product Function Definition产品功能优化 PFO：Product Function OptimizerDMU 漫游器 DMN：DMNDMU NavigatorDMU 运动机构模拟 KIN：DMU Kinematics SimulatorDMU 空间分析 SPA：DMU Space AnalysisDMU装配模拟 FIT：DMU Fitt