catia教程__第5章.ppt

1、第5章部件装配,5.1 概述 5.2 创建部件 5.3 改变部件的位置 5.4 创建约束 5.5 装配体分析简介 5.6 有关装配设计的环境设置 5.7 装配实例 习题,5.1 概述 产品（Product）是装配设计的最终产物，它是由一些部件（Component）组成的。部件也称做组件，它是由至少一个零件（Part）组成的。产品和部件是相对的。例如，相对于汽车，变速箱是一个部件；相对于齿轮或轴，变速箱就是一个产品。某个产品也可以是另外一个产品的成员，某个部件也可以是另外一个部件的成员。在构成产品的特征树上不难看到，树根一定是某个产品，零件一定是树叶。,部件装配（Assembly Design）

2、是CATIA最基本的、也是最具有优势和特色的功能模块。包括创建装配体、添加指定的部件或零件到装配体、创建部件之间的装配关系、移动和布置装配成员、生成产品的爆炸图、装配干涉和间隙分析等主要功能。 在设计非常复杂的装配体时，例如装配整个的汽车或飞机，为了提高加载效率，CATIA 提供了可供选择的配置方式和调入模式。 进入CATIA V5装配模块可以通过以下三种方式： （1）选择菜单【Start】【Assembly Design】，进入三维装配模块。,（2）选择菜单【File】【Open】或【New】，在随后弹出的图5-1所示对话框中选择Product 文件类型，进入三维装配模块。 图 5-1 从F

3、ile菜单下进入三维装配模块,（3）单击Workbench图标，弹出图5-2 所示【Welcome to CATIA V5】对话框，选择其中Assembly Design图标，进入三维装配模块。 图 5-2 【Welcome to CATIA V5】对话框 装配文件的类型是CATProduct,在特征树上文件最顶部的默认特征的名称是Product.1。,5.2创建部件 有关创建装配部件的工具栏见图5-3所示Product Structure工具栏，在Insert菜单也可以调用相应的功能。创建部件的图标如下： 图5-3【Product Structure】工具栏 5.2.1 插入部件 图标 的功

4、能是将一个部件插入到当前产品，在这个部件之下还可以插入其他产品或零件。有关这个部件的数据直接存储在当前产品内。,选择要装配的产品，单击该图标 ，弹出图5-4所示零件号【Part Number】对话框，输入自定义的名字，或者单击OK按钮采用默认的名字，特征树增加了一个新结点，见图5-5。 图5-4【Part Number】对话框 （a）插入前 （b）插入后 图5-5 插入一个部件,5.2.2 插入产品 图标 的功能是将一个产品插入到当前产品，在这个产品之下还可以插入其他产品或零件。有关这个产品的数据存储在独立的新文件内。 选择要装配的产品，单击该图标，弹出图5-4所示零件号【Part Numbe

5、r】对话框，输入自定义的名字，或者单击OK按钮采用默认的名字，特征树增加了一个新结点，见图5-6。 （a）插入前 （b）插入后 图5-6插入一个产品,5.2.3 插入新零件 图标 的功能是将一个新零件插入到当前产品，这个零件是新创建的，它的数据存储在独立的新文件内。 选择要装配的产品，单击该图标，弹出图5-4所示零件号【Part Number】对话框，输入自定义的名字，或者单击OK按钮采用默认的名字，特征树增加了一个新结点，见图5-7。 （a）插入前 （b）插入后 （c）新结点的下一层结点 图5-7插入一个新零件 双击新结点的下一层结点，例如双击图5-7（c）的结点 ，进入零件设计模块。创建一

6、个以Part1为默认文件名的新零件。,5.2.4 插入已经存在的部件 图标 的功能是将一个已经存在的部件插入到当前产品。 选择要装配的产品，单击该图标，弹出一个选择文件的【File Selection】对话框，输入已经存在的部件或零件的文件名。特征树增加了一个新结点，见图5-8。 （a）插入前 （b）插入后 图5-8 插入一个已经存在的部件,若插入零件的零件号与当前装配体产生冲突，则弹出图5-9所示【Part number confilcts】对话框。选择产生冲突的零件号，单击Rename按钮，在随后弹出弹出图5-4所示零件号【Part Number】对话框内输入自定义的名字，或者单击Auto

7、matic rename按钮，由系统自动改名，单击OK按钮，特征树增加了一个自定义名字的新结点。 图5-9【Part number confilcts】对话,5.2.5 替换部件 图标 的功能是用其他产品或零件替换当前产品下的产品或零件。 在当前装配体中选择要被替换的部件，单击该按钮，弹出一个选择文件的【File Selection】对话框，输入一个已经存在的部件或零件的文件名，即可替换已选择的部件,5.2.6 重新排序特征树 图标 的功能是重新排列特征树中各部件的顺序。 （a） （b） 图5-10 特征树和重新排序对话框,选择要被重新排序的产品，例如选择图5-10（a）所示特征树的Produ

8、ct1，单击图标 ，弹出图5-10（b）所示的【Graph tree reordering】对话框。该对话框右侧三个按钮的功能是： 将选到的部件上移一个位置。 将选到的部件下移一个位置。 将先选到的部件与随后指定的位置对调。 单击OK或Apply按钮，特征树随之改变,5.2.7 编码 图标 的功能是将产品内的零件编上序号。 选择要编码的产品，例如选择图5-10（a）所示特征树的Product1，单击该图标，弹出图5-11所示的【Generate Numbering】对话框。Intrger（整数）或Letters（字母）编号。如果要编码的零件已经有了编号，Existing Numbers栏将被激

9、活，可以选择Keep(保持)或 Replace（替换）。单击OK按钮， 完成编码。 用光标指向部件，单击鼠标 右键，通过上下文相关菜单的 Properties选项可以看到部件 的编号。 图5-11【Generate Numbering】对话框,5.2.8 设置产品的状态 图标 的功能是设置产品的状态。该功能可以由用户决定，在打开一个产品时，哪些部件加载，哪些部件不加载。当产品含有大量的部件时，该功能可以减轻系统的负担，提高系统的运行效率。此外，该功能还可以隐藏或显示已加载的部件。 注意，实现加载或卸载部件的必要条件是，已经打开了快取功能。在打开了快取功能的状态下，刚打开一个产品时，所有的部件都

10、处于卸载状态。卸载状态的显著标志是部件左侧无“+”号。 单击图标 ，弹出图5-12所示有关产品加载管理的【Product Load Management】对话框。,图5-12【Product Load Management】对话框。 该对话框右上角4个图像按钮的功能分别是： 加载选取的部件。 显示选取的部件。 隐藏选取的部件。 在特征树上选取一个部件，单击对话框右上角的一个图像按钮，单击Apply按钮，所选部件的状态随之改变。单击OK按钮，操作结束。,5.2.9 定义单行阵列 图标 的功能是定义在x、y、z或给定方向上复制等间距的多个部件，形成单行阵列。 但是在部件之间并不施加约 束。单击该图

11、标，弹出图5- 13所示定义单行阵列的【M ulti Instantiation】对话框， 该对话框各域的含义如下： 图5-13【Multi Instantiation】对话框,（1）Component to Instantiate栏：输入要形成阵列的部件。 （2）Parameters下拉列表：确定阵列参数的方法，有以下三种选择： Instances & Spacing：单行阵列的项数和间距； Instances & Length：单行阵列的项数和总长度。； Spacing & Length：单行阵列的间距和总长度。 （3）New instance：输入阵列的项数。 （4）Spacing编辑框

12、：阵列的间距。 （5）Length：输入阵列的总长度 （6）Reference Direction栏：定义单行阵列的方向, Axis：指定X、Y、Z坐标轴之一作为单行阵列的方向。 OR Selected Element：选择一条直线作为单行阵列的排列方向； Reverse：阵列的排列方向反向； Result：显示选定方向的三个坐标分量； （7）Define As Default：将当前参数作 为阵列的默认参数。 例如选取图5-14左下角的六角螺母， 项数和间距作为确定阵列的方法，项 数为5，间距为25，X轴作为阵列的排 列方向，单击Apply按钮，增加了图5 -14的5个六角螺母。 图5-14

13、生成单行阵列,5.2.10 快速生成单行阵列 图标 的功能是根据当前默认的单行阵列的参数将选取的部件形成单行阵列。单击该图标，选取图5-15左下角的圆螺母，结果见图5-15。 图5-15快速生成单行阵列,5.3改变部件的位置 在装配过程中，必须要弄清装配的级别，总装配是最高级，其下级是各级的子装配，即各级的部件。对哪一级的部件进行装配，这一级的装配体必须处于激活状态。在特征树上双击某装配体，使之在特征树上显示为蓝色，此时，该装配体就处于激活状态。如果单击某个装配体，使之在特征树上为亮色显示，此时，该装配体就处于被选择状态。注意只有激活状态下产品的部件及其子部件才可以被移动和旋转。可以通过罗盘和

14、图5-16所示有关移动的【Move】工具栏改变部件的位置。 图5-16【Move】工具栏,5.3.1 用罗盘徒手移动部件 将光标移至罗盘的红方块，出现移动箭头，按下鼠标左键拖动罗盘放在需要移动的形体表面上，罗盘将附着在形体上，并且变成绿色。按下鼠标左键，将光标沿罗盘的轴线或圆弧拖动鼠标，形体随之平移或旋转。 5.3.2调整位置 图标 的功能是调整部件之间的位置。可以将选取的部件沿x、y、z或给定的方向平移，沿xy、yz、zx或给定的平面平移，或者绕x,y,z 或给定的轴线旋转。单击该图标，弹出图5-17所示调整部件位置的【Manipulation Parameters】对话框。,对话框第一排图

15、标的功能是x、y、z或给 定的方向平移，第二排图标的功能是是沿 xy、yz、zx或给定的平面平移，第三排图标 的功能是分别是绕x,y,z 或给定的轴线 旋转。若With reference to constraints切换 开关为打开状态，选取的部件要遵循已经 施加的约束，即满足约束条件下调整部件 的位置。该切换开关可以检验施加的约束， 图5-17 并可实现总装配体的运动学分析。 单击对话框内要移动或旋转的图标，用光标拖动部件，可多次单击要移动或旋转的图标，用光标拖动部件，直至单击OK按钮。,5.3.3 对齐 图标 的功能是通过对齐改变形体之间的相对位置。单击该图标，依次选择两个元素，出现对齐

16、箭头，在空白处单击鼠标左键，第一个元素移动到第二个元素处与之对齐，从而实现形体移动。表5-1表示了几何元素种类及其对齐结果。 表 5-1对齐移动定义的两元素情况,（a） （b） 图5-18通过两部件的轴线对齐 单击图标 ，将光标指向部件1的某几何元素，例如图5-18（a）所示圆柱的轴线，当指向的几何元素呈橙色亮显时，单击鼠标左键，该几何元素就作为第一被选元素。将光标指向部件2的某几何元素，例如图5-18所示螺母的轴线，当指向的几何元素呈橙色亮显时，该几何元素就作为第二被选元素。单击鼠标左键，部件1移至部件2两被选几何元素处于对齐的位置。例如圆柱移至六棱柱的内孔，两轴线重合，见图5-18（b）。

17、当出现绿色的箭头时，单击该箭头，部件1改变为轴线的反方向。在空白处单击鼠标左键，操作结束。,5.3.4 智能移动 图标 的功能是约束和对齐的结合，不仅将形体对齐，而且产生约束。通过Automatic Constraint选项，可以自动产生一个可能的约束。其操作对齐类似。 单击该图标，弹出图5-19所示【Smart Move】对话框。打开“Automatic constraint creation”切换开关，在“Quick Constraint”栏选取约束条件，用向上的箭头将其移至顶部，例如将“Coincidence” 移至顶部，以下操作同“对齐”，单击OK按钮，除了两部件实现对齐之外，两部件也

18、建立了制定的约束关系。 图5-19【Smart Move】对话框,5.3.5 爆炸图 图标 的功能是将产品中的各部件炸开，产生装配体的三维爆炸图。单击该图标，弹出图5-20所示【Explode】对话框。在对话框的Selection域输入选择的产品，在Depth下拉列表可以选择All level（全部爆炸）或First level（只爆到第一层）。在Type下拉列表可以选择3D（三维空间爆炸）、2D（二维空间爆炸）和Constrained（按照约束状态移动）。单击按钮Apply即可。 图5-21所示为皮带轮部件及其3D爆炸图，图5-22所示为皮带轮部件的2D爆炸图，图5-23所示为皮带轮部件按照

19、约束状态移动的爆炸图。,图5-20【Explode】对话框 图5-21皮带轮部件及其3D爆炸图,图5-22 2D爆炸 图5-23 按照约束状态移动,5.4 创建约束 约束指的是部件之间相对几何关系的限制条件。有关约束的【Constraints】工具栏见图5-24。 图5-24【Constraints】工具栏 5.4.1 重合 图标 的功能是在两几何元素之间施加重合（Coincidence）约束。几何元素可以是点（包括球心）、直线（包括轴线）、平面、形体的表面（包括球面和圆柱面）。单击该图标，依次选择两个元素，则第一元素移动到第二元素位置，将两者重合,在一起。装配关系为装配关系为同心、共线或共面

20、。见图5-25。 图5-25孔和轴两条轴线的重合约束5.4.2接触 5.4.2接触 图标 的功能是在平面或形体表面施加接触（Contact）约束，约束的结果是两平面或表面的外法线方向相反。单击该图标，依次选择两个元素，则第一元素移动到第二元素位置，两面外法线方向相反。表5-2为接触约束可以选择的对象，实例如图5-26所示。,表5-2 接触约束可以选择的对象 图5-26 两个长方体表面的接触约束,5.4.3偏移 图标 的功能是确定两选择面的外法线方向是相同还是相反，同时还可以给出两面之间的偏移（Offset）距离。单击该图标，依次选择两个元素，则第一元素移动到第二元素位置，再在图形中观察两面外法

21、线方向，单击箭头可以使方向反向。表5-3是偏移约束可以选择的对象，图5-27是施加偏移约束的例子。,表5-3 接触约束可以选择的对象 图5-27两平面施加偏移约束,5.4.4角度约束 图标 的功能是施加角度（Angle）约束。约束的对象可以是直线、平面、形体表面、柱体轴线和锥体轴线。单击该图标，依次选择两几何元素，在随后弹出的对话框中输入角度值，确定即可角度约束。如图5-28所示。 图5-28两表面角度约束为45度,5.4.5 空间固定约束 图标 的功能是固定（Fix）形体在空间的位置。单击该图标，选择待固定的形体，即可施加固定约束。 5.4.6固联约束（Fix Together） 图标 的功

22、能是在两个或两个以上的形体施加该固联约束（Fix Together），使它们彼此之间相对静止，没有任何相对运动。单击该图标，依次选择固联的形体，即可施加该约束。 上面是六种最常用的约束。施加约束时注意所选的形体是否属于被激活的装配体。以图5-29所示特征树为例，假定激活了装配体A的子装配体B，应注意以下问题：,图5-29装配体的特征树,（1）在装配体C和K之间不能施加约束，因为装配体K不是当前激活装配体B的部件，要在C和K之间施加约束，必须激活装配体A。 （2）在装配体E和F之间不能施加约束，因为E和F同属于装配体D，而装配体D尚未被激活。如果在装配体E和F之间施加约束，必须激活装配体D。 （

23、3）装配体C和E之间可以施加约束，它们是激活装配体B的第一或第二部件。,5.4.7 重复利用实体阵列 图标 的功能是利用实体建模时定义的阵列，按照原有阵列模式产生一个新的实体阵列。 单击该图标，弹出图5-30所示有关重复利阵列的【Instantiation on a pattern】对话框。该对话框各域的含义如下： （1）Pattern栏：选取已存在的实体建模时定义的阵列。 （2）Instance域：自动显示阵列的项数。 （3）In component域：自动指出引用阵列所在的实体模型。 （4）Component to instantiate栏：选取用来阵列的实体模型。 （5）First in

24、stance on pattern域：阵列的第一个实体，有下面三种选择方式：,（5）First instance on pattern域：阵列的第一个实体，有下面三种选择方式： Reuse the original component：保留在原来阵列和特征树的位置，并作为阵列的第一个项。 Create a new instance：在阵列的第一个位置是新建立的实体拷贝。 Cut & paste the original compinent：把引用的实体剪切粘贴到阵列的第一个实体位置。 （6）Re-use Constraints域：对于阵列的所有实体，通过以下控制按钮附加约束条件： All：引用

25、阵列的所有约束都被加到阵列实体上。 None：引用阵列的任何约束都不加到阵列实体上。 Selected：可以选择引用阵列的约束加到阵列实体上。 （6）Put new instances in a component域：控制是否将所有阵列实体放在同一个部件还是分散放置。,图5-30【Instantiation on a pattern】 对话框,例如底板的6个孔是矩形阵列形成的，有一个孔已安装了螺钉，见图5-31（a）。单击图标 ，单击Pattern，选取底板孔。单击Component to instantiate域，选取螺钉。在First instance on pattern 域的下拉列表选

26、择re-use the original component，单击Apply按钮，在其余5个孔也安装了螺钉，见图5-31（b）。单击OK按钮，操作结束。 （a） （b） 图5-31重复利用形体的阵列,5.5 装配体分析简介 装配体分析包括测量和干涉检查。测量两几何元素之间的距离，角度等详见2.13，本节重点介绍部件的间隙测量和干涉检查。 5.5.1 物性测量 图标 的功能是测量形体的体积、重量、重心坐标、主惯性矩、惯性积等实体的物性。这些测量在实体建模模块中也可进行。在装配模块中通过【Measure Inertia】对话框显示测量结果，见图5-32。 例如测量图5-21所示皮带轮部件。单击 图

27、标，弹出图5-32所示【Measure Inertia】对话框，在特征树上选取皮带轮部件，【Measure Inertia】对话框显示出测量结果，见图5-32。单击按钮，【Export Results】对话框，将测量结果输出到指定的文件。,图5-32【Measure Inertia】对话框,5.5.2 干涉分析 干涉分析分为干涉检查和间隙分析两种情况。前者只检查两形体是否相互侵入，后者除了检查两形体是否发生干涉外，还要检查两形体的间隙是否足够。 选择菜单【Analyse】【Compute Clash】，弹出图5-33所示【Clash Detection】对话框。利用Ctrl键选取待分析的两形体

28、。 图5-33【Clash Detection】对话框 （1）检查两形体是否发生干涉 选择Definition下拉列表的Clash，单击Applay按钮，Result栏,可能显示以下结果： 红灯和Clash，说明两形体发生干涉，同时两形体的干涉部分呈深红色显示。 绿灯和No interference，说明两形体不发生干涉。 黄灯和Contact，说明两形体的表面接触。 （2）间隙分析 选择Definition下拉列表的Clearance，在新增加的编辑框内输入间隙数值，单击Apply按钮，Result栏可能显示以下结果： 红灯和Clash，说明两形体发生干涉，同时两形体的干涉部分呈深红色显示。

29、 绿灯和No interference，说明两形体不发生干涉。 黄灯，说明两形体的间隙不足或表面接触，若间隙不足，则显示Clearance Violation；若表面接触。则显示Contact。,图标 也提供干涉分析，它是从电子数字样机DMU模块中移植过来的功能，分析的种类型比上述菜单要多，包括的选项有： Inside One Selection：在一个选择范围之内的所有实体之间进行干涉检查。 Between Two Products：在两个实体或装配体之间进行干涉检查。 Selection Against all：在选择的对象和剩余对象之间进行干涉检查。 Between all compon

30、ents：在所有部件之间进行干涉检查 分析结果用列表形式显示出来，并且每一个干涉结果都有一个窗口显示干涉情况。,5.6 有关装配设计的环境设置 5.6.1 显示模式和设计模式 当装配模块处于设计模式（Design Mode）时，将部件的完整信息调入内存，此时可以修改部件的特征参数，但需要较大的内存空间。 当装配模块处于显示模式（Visualization Mode）时，只把部件的一个数据子集调入内存，其余数据存放于缓冲区，根据需要可另外调入。虽然可以显示部件的形状、可以对部件进行测量和干涉分析等，但不能得到部件的详细信息，部件之间也不能施加约束。 选择菜单【Tools】【Options】【In

31、frastructure】【Product Structure】，出现有关产品结构的4个选项卡。图5-34所示为Cache Management选项卡。若打开Work with the Cache System切换开关，并可以设置缓冲区的路径和大小。此时装配模块处于显示模式。,图5-34设置缓冲区的路径和大小 通过菜单【Edit】【Representation】 【Visualization Mode】从设计模式切换到显示模式；通过菜单【Edit】【Representation】【Design Mode】 从显示模式切换到设计模式。,5.6.2 快速装入 所谓快速装入，是指只装入了产品或部件的

32、装配关系，部件的其余信息入内存。选择菜单【Tools】【Options】【General】，单击General选项卡，出现了Load referenced documents切换开关，见图5-35。该切换开关的功能是控制是否把部件的几何信息调入内存。如果打开该开关，部件的几何信调入内存，否则不调入内存，只调入了装配关系。 图5-35Load referenced documents切换开关 如果装配体处于快速装入状态，可以通过 图标将部件的几何信未调调入内存。单击图标 ，出现图5-12所示的【Product Load Management】对话框对话框，在特征树上选,选择要加载的实体模型，单击

33、Apply按钮，即可后即可将所选部件的几何信调入内存调入内存。通过该对话框也可以显示或隐藏所选的部件。 5.6.3 激活不激活实体 实体模型调入内存后，其几何信息如果不激活，也不显示实体。选择菜单【Tools】【Options】【Infrastructure】【Product Structure】，在图5-36所示的Product Structure选项卡中通过Dont Activate when Open切换开关可以控制打开文件时是否激活实体的几何信息。 图5-36Dont Activate when Open切换开关,5.7 装配实例 例5-1 装配图5-37所示为活塞连杆机构。 图 5-

34、37 活塞连杆机构,活塞,套筒,曲轴,活塞销,连杆,基座,1进入CATIA，选择菜单【File】【New】择Product类型，产生新装配文件。 2单击图标 ，在弹出的文件选择对话框中依次选择基座、活塞、曲轴、连杆、活塞销和套筒文件，点击“OK”按键，上述零件全部加入到装配体中，如图5-38所示。 图 5-38 在装配体中加入零件,3单击图标 ，在特征树或图形窗口中选择基座模型，则基座施加固定约束。 4单击图标 ，选择基座半圆弧轴线和曲轴轴承台阶轴线，使两者重合，如图5-39所示，如果是手动刷新，单击刷新图标 。 图 5-39 曲轴轴承轴线和基座孔轴线施加重合约束,5单击图标 ，选择基座前平面

35、和曲轴轴承端面，在对话框的Orientation选择框中选择Same，Offset输入框中输入，使两者重合，如图5-40所示。 图5-40曲轴轴承端面和基座前端面施加重合约束,6. 单击图标 ，选择基 座零件上部的参考平面和 套筒的上端面，在对话框 的Orientation选择框中选 择Same使两者重合；同样 方法，再使两零件的两个 参考点重合，如图5-41所 示。 图-41,重合,重合,.单击图标 ，选择活塞轴线和套筒轴线，使两者重合，如图5-42所示。 图5-42活塞轴线和套筒轴线施加重合约束,. 单击图标 ，选择活塞销轴线和活塞销孔轴线，使两者重合，如图5-43所示。 图5-43活塞销轴线和活塞销孔轴线施加重合约束,. 单击图标 ，选择活塞销前端面和活塞裙部平面，在对话框的Orientation选择框中选择Same使两者重合，如图5-44所示。 图5-44活塞销端面和活塞裙部平面施加重合约束,10. 单击图标 ，选择活塞销轴线和连杆小孔轴线，使两者重合，如图5-45所示。 图5-45活塞销轴线和连杆小孔轴线施加重合约束,11. 单击图标 ，选择曲轴曲柄轴线和连杆大孔轴线，使两者重合，如图5-46所示。 图5-46曲轴曲柄轴线和连杆大孔轴线施加重合约束,12. 单击图标 ，选择活塞