CATIA V5 装配设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版副标题样式,第5章,装配设计,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,5.1 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）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File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 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5-6。,（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【】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Automatic 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【】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,Product1,，,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：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,第一被选元素,第二被选元素,结果,点,点,两点重合,点,线,点移动到直线上,点,平面,点移动到平面上,线,点,直线通过点,线,线,两线重合,线,平面,线移动到平面上,平面,点,平面通过点,平面,线,平面通过线,平面,平面,两面重合,（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）。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。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,。,（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 instance 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。,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。,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 components：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,】,【,Infrastructure,】,【,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,