基于CATIA的先科AEY304B型单放机毕业设计.docx

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基于CATIA的先科AEY304B型单放机毕业设计

基于CATIA的先科AEY-304B型单放机毕业设计

第一章：

Catia简介

1.1CATIA概述：

CATIA是英文ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication的缩写。

是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。

在70年代DassaultAviation成为了第一个用户，CATIA也应运而生。

从1982年到1988年，CATIA相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA软件分为V4版本和V5版本两个系列。

V4版本应用于UNIX平台，V5版本应用于UNIX和Windows两种平台。

V5版本的开发开始于1994年。

为了使软件能够易学易用，DassaultSystem于94年开始重新开发全新的CATIAV5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。

法国DassaultAviation是世界著名的航空航天企业。

其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名。

CATIA的产品开发商DassaultSystem成立于1981年。

而如今其在CAD/CAE/CAM以及PDM领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认。

其销售利润从最开始的一百万美圆增长到现在的近二十亿美圆。

雇员人数由20人发展到2，000多人。

CATIA是法国DassaultSystem公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。

CATIA提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。

包括:

从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。

在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。

CATIA源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。

CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。

其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。

波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。

CATIAV5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。

围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIAV5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。

在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。

产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。

1.2CATIAV5版本特点：

1.2.1重新构造的新一代体系结构

为确保CATIA产品系列的发展，CATIAV5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。

1.2.2支持不同应用层次的可扩充性

CATIAV5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。

允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。

1.2.3与NT和UNIX硬件平台的独立性

CATIAV5是在WindowsNT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。

CATIAV5在Windows平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX平台上NT风格的用户界面，可使用户在UNIX平台上高效地处理复杂的工作。

1.2.4专用知识的捕捉和重复使用

CATIAV5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。

隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。

1.2.5给现存客户平稳升级

CATIAV4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。

对于现有的CATIAV4用户，V5年引领他们迈向NT世界。

对于新的4.2版本的CATIA提供了与Deneb加工的直接集成，并在与Fincantieri的协作中得到发展，机器人可进行直线和弧线焊缝的加工并克服了机器人自动线编程的瓶颈。

GeneralDynamicElectricBoat和NewportNewsShipbuilding使用CATIA设计和建造美国海军的新型弗吉尼亚级攻击潜艇。

大量的系统从核反应堆、相关的安全设备到全部的生命支持设备需要一个综合的，有效的产品数据管理系统（PDM）进行整个潜艇产品定义的管理，不仅仅是一个材料单，而是所有三维数字化产品和焊接设备。

ENOVIA提供了强大的数据管理能力。

1.3CATIA的应用：

1.3.1航空航天：

CATIA源于航空航天工业，是业界无可争辩的领袖。

以其精确安全，可靠性满足商业、防御和航空航天领域各种应用的需要。

在航空航天业的多个项目中，CATIA被应用于开发虚拟的原型机，其中包括Boeing飞机公司（美国）的Boeing777和Boeing737，Dassault飞机公司（法国）的阵风（Rafale）战斗机、Bombardier飞机公司（加拿大）的GlobalExpress公务机、以及LockheedMartin飞机公司（美国）的Darkstar无人驾驶侦察机。

Boeing飞机公司在Boeing777项目中，应用CATIA设计了除发动机以外的100%的机械零件。

并将包括发动机在内的100%的零件进行了预装配。

Boeing777也是迄今为止，唯一进行100%数字化设计和装配的大型喷气客机。

参与Boeing777项目的工程师、工装设计师、技师以及项目管理人员超过1700人，分布于美国、日本、英国的不同地区。

他们通过1,400套CATIA工作站联系在一起，进行并行工作。

Boeing的设计人员对777的全部零件进行了三维实体造型，并在计算机上对整个777进行了全尺寸的预装配。

预装配使工程师不必再制造一个物理样机，工程师在预装配的数字样机上即可检查和修改设计中的干涉和不协调。

Boeing飞机公司宣布在777项目中，与传统设计和装配流程相比较，由于应用CATIA节省了50%的重复工作和错误修改时间。

尽管首架777的研发时间与应用传统设计流程的其他机型相比，其节省的时间并不是非常的显著，但Boeing飞机公司预计，777后继机型的开发至少可节省50%的时间。

CATIA的后参数化处理功能在777的设计中也显示出了其优越性和强大功能。

为迎合特殊用户的需求，利用CATIA的参数化设计，Boeing公司不必重新设计和建立物理样机，只需进行参数更改，就可以得到满足用户需要的电子样机，用户可以在计算机上进行预览。

1.3.2汽车工业：

CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。

CATIA在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（endtoend）的解决方案。

CATIA涉及产品、加工和人三个关键领域。

CATIA的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。

一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车，各种车辆在CATIA上都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。

CATIA的技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。

从近来一些著名汽车制造商所做的采购决定，如Renault、Toyota、Karman、Volvo、Chrysler等，足以证明数字化车辆的发展动态。

Scania是居于世界领先地位的卡车制造商，总部位于瑞典。

其卡车年产量超过50，000辆。

当其他竞争对手的卡车零部件还在25，000个左右时，Scania公司借助于CATIA系统，已经将卡车零部件减少了一半。

现在，Scania公司在整个卡车研制开发过程中，使用更多的分析仿真，以缩短开发周期，提高卡车的性能和维护性。

CATIA系统是Scania公司的主要CAD/CAM系统，全部用于卡车系统和零部件的设计。

通过应用这些新的设计工具，如发动机和车身底盘部门CATIA系统创成式零部件应力分析的应用，支持开发过程中的重复使用等应用，公司已取得了良好的投资回报。

现在，为了进一步提高产品的性能，Scania公司在整个开发过程中，正在推广设计师、分析师和检验部门更加紧密地协同工作方式。

这种协调工作方式可使Scania公司更具市场应变能力，同时又能从物理样机和虚拟数字化样机中不断积累产品知识。

1.3.3造船工业：

CATIA为造船工业提供了优秀的解决方案，包括专门的船体产品和船载设备、机械解决方案。

船体设计解决方案已被应用于众多船舶制造企业，类似GeneralDynamics,MeyerWeft和DeltaMarin，涉及所有类型船舶的零件设计、制造、装配。

船体的结构设计与定义是基于三维参数化模型的。

参数化管理零件之间的相关性，相关零件的更改，可以影响船体的外型。

船体设计解决方案与其他CATIA产品是完全集成的。

传统的CATIA实体和曲面造型功能用于基本设计和船体光顺。

BathIronWorks应用GSM（创成式外型设计）作为参数化引擎，进行驱逐舰的概念设计和与其他船舶结构设计解决方案进行数据交换。

4.2版本的CATIA提供了与Deneb加工的直接集成，并在与Fincantieri的协作中得到发展，机器人可进行直线和弧线焊缝的加工并克服了机器人自动线编程的瓶颈。

GeneralDynamicElectricBoat和NewportNewsShipbuilding使用CATIA设计和建造美国海军的新型弗吉尼亚级攻击潜艇。

大量的系统从核反应堆、相关的安全设备到全部的生命支持设备需要一个综合的，有效的产品数据管理系统（PDM）进行整个潜艇产品定义的管理，不仅仅是一个材料单，而是所有三维数字化产品和焊接设备。

ENOVIA提供了强大的数据管理能力。

MeyerWerft关于CAD技术的应用在业内一直处于领先地位，从设计、零件、船载设备到试车，涉及造船业的所有方面。

在切下第一块钢板前，已经完成了全部产品的三维设计和演示。

DeltaMarin在船舶的设计与制造过程中，依照船体设计舰桥、甲板和推进系统。

船主利用4D漫游器进行浏览和检查。

中国广州的文冲船厂也对CATIA进行了成功地应用。

使用CATIA进行三维设计，取代了传统的二维设计。

1.3.4厂房设计：

在丰富经验的基础上，IBM和Dassault-Systems为造船业、发电厂、加工厂和工程建筑公司开发了新一代的解决方案。

包括管道、装备、结构和自动化文档。

CCPlant是这些行业中的第一个面向对象的知识工程技术的系统。

CCPlant已被成功应用于Chrysler及其扩展企业。

使用CCPlant和Deneb仿真对正在建设中的Toledo吉普工厂设计进行了修改。

费用的节省已经很明显地体现出来。

并且对将来企业的运作有着深远的影响。

HadenInternational的涂装生产线主要应用于汽车和宇航工业。

HadenInternational应用CATIA设计其先进的涂装生产线，CCPlant明显缩短了设计与安装的时间。

Shell使用CCPlant在鹿特丹工厂开发新的生产流程，鹿特丹工厂拥有二千万吨原油的年处理能力，可生产塑料、树脂、橡胶等多种复杂化工产品。

1.3.5加工和装配：

一个产品仅有设计是不够的，还必须制造出来。

CATIA擅长为棱柱和工具零件作2D/3D关联，分析和NC；CATIA规程驱动的混合建模方案保证高速生产和组装精密产品，如机床，医疗器械、胶印机钟表及工厂设备等均能作到一次成功。

在机床工业中，用户要求产品能够迅速地进行精确制造和装配。

DassaultSystem产品的强大功能使其应用于产品设计与制造的广泛领域。

大的制造商像Staubli从DassaultSystem的产品中受益非浅。

Staubli使用CATIA设计和制造纺织机械和机器人。

Gidding&Lewis使用CATIA设计和制造大型机床。

DassaultSystem产品也同样应用于众多小型企业。

象Klipan使用CATIA设计和生产电站的电子终端和控制设备。

Polynorm使用CATIA设计和制造压力设备。

Tweko使用CADAM设计焊接和切割工具。

1.3.6消费品：

全球有各种规模的消费品公司信赖CATIA，其中部分原因是CATIA设计的产品的风格新颖，而且具有建模工具和高质量的渲染工具。

CATIA已用于设计和制造如下多种产品：

餐具、计算机、厨房设备、电视和收音机以及庭院设备。

另外，为了验证一种新的概念在美观和风格选择上达到一致，CATIA可以从数字化定义的产品，生成具有真实效果的渲染照片。

在真实产品生成之前，即可促进产品的销售。

CATIA也显示出了在非高科技行业的应用价值。

例如：

L’Oreal使用CATIA设计洗发水的包装瓶，这使得不光是包装设计人员，其他非技术人员，象销售人员、采购人员、管理人员都可以快速地浏览大量产品照片。

这一点在卫生用品制造业是非常重要的，因为在这个行业中包装是唯一不同的产品。

catia---20多年历史的高端软件，自推出v5之后，它的revenue增长速度是这3个软件中最快的，比如2001年，catia增长27％，UG增长11％，而proE则是下降。

当然catia本来的revenue就是同类软件中最大的。

在大型企业和公司这方面，catia有着绝对的优势。

现在catia主要是在发展中小型企业，当然它的中小型企业的用户数量也在不断地增长。

1.4CATIA各个模块的介绍：

由于本次设计主要运用软件的CAD模块功能，所以在此只对此模块进行介绍。

该模块涵盖了如建模、工程图、装配和工业造型等许多常用CAD设计功能相关的子功能模块。

1.4.1零件设计模块（PDG：

PartDesign）：

在此模块下可以进行零件的实体建模，包括基准点的建立，基准平面的简历，基准线的建立，草图的绘制，拉伸，切除，加强筋的设计等。

1.4.2创成式曲面设计模块（GSD：

GenerativeShapeDesign）：

此模块中提供了直线、曲线的拉伸创造面，球面、扫略、混合等命令，来对自由曲面进行设计。

1.4.3装配体设计模块（ASD：

AssemblyDesign）：

此模块中可以进行零件的装配，包括曲面接触、面接触、距离、同轴、偏移等。

还可以对阵列的实体进行阵列装配，避免重复多次的装配螺钉、螺母。

1.4.4交互式工程制图模块（IDR：

InteractiveDrafting）：

此模块主要是能将三维模型直接转换成为二维的工程图，并且有尺寸标注、公差标注、文字书写、剖视图等等，同时可以插入各种表格，例如材料清单。

1.4.5运动机构模拟模块（KIN：

DMUKinematicsSimulator）：

此模块主要是对产品的运动进行模拟，提供了多种运动副（旋转、滑动、固连等）以及运动编辑器，对添加的运动进行排序和编辑。

第二章：

设计的准备过程

2.1Catia逆向的一般过程：

2.1.1.零件表面的数据化。

零件正确装夹以后，可用光学扫描仪对零件进行测量。

测量内容可包括工件的分型（边界）线、轮廓线、面、结构等几何特征，以及用于重定位的定位基准。

由此得到零件表面数字化的ASCII文件。

2.1.2.点云预数据处理。

导入点云数据，对点云进行过滤，过滤掉误差过大或者错误的点，然后对点云进行铺面处理，它是点云的三角片图像，主要是为了提高点云的可视性，以便于提高曲面造型的效率。

2.1.3.特征线提取。

从零件具体结构特征出发，先用斑马线仔细分点云的铺面，进行曲面重构之前的合规划。

划分曲面块的主要依据是零件的棱线以及面的曲率变化。

零件一般由多块曲面构成，每块曲根据特性可以判断用什么方式构建，是点、面（这情况较少），还是点、线、面的方式。

2.1.4.曲面重构。

根据特征线，利用GSD提供的扫掠（sweep）、混合（blend）等曲面造型功能生成特征面，再通过求交点、裁减、倒圆角等操作将各曲面片光滑拼接或缝合成整体的复合曲面。

2.1.5.曲面质量分析。

精度分析，控制误差在允许范围内。

曲面质量分析，确保曲面外形美观。

现有的设备

CATIA建模软件，先科AEY-304B单放机实物，相机，量具，以及文本材料若干。

结合现有的材料和设备的限制，本次设计的数据主要来源于对实体的测量获得，然后采用自顶向下的设计方法对产品进行建模。

2.2AEY-304B产品的逆向设计准备：

2.2.1Catia模型树的建立：

通过对产品的拆卸和观察，初步将整个产品分为3个系统，外壳、动力、机械开关系统三个系统，然后建立CATIA模型树。

打开CATIA，点击新建→新建产品→选中点击鼠标右键单击属性，修改产品中英文名称为AEY-304B→选中以上产品→新建产品→点击属性修改名称为外壳，然后重复以上步骤继续在AEY-304B下建立动力系统和机械按键系统2个产品如下图：

2.2.2CATIA影像草图的建立：

通过对产品的外形的观察和分析发现，直接测量比较困难，这个时候我们获得数据的方法可以通过CATIA当中的影像草图工作台来建立外形的草图。

以下是通过照相获得的产品外壳的图片。

正面：

背面

上面：

侧面：

准备工作做好了，下面开始建立影像草图：

在前面建好的模型树当中，选择外壳双击激活，再点击插入→新建零部件→点击属性设置零件编号和实例名称如下图

点击应用→确定，再进行下一步，点击开始→外形→影像草绘（sketchtracer）进入影像草绘模块选择视图位子为前→点击

→导入要草绘的图片

如下图

点击确定（前视图图片导入成功）再依次以上面、侧面重复以上步骤控制图片大小比例一致得到三视图的草图图片如下图

然后双击零件进入零部件模块，点击要进行草绘的平面→点击草绘就可以以改图片为背景进行草绘。

在每个平面都进行草绘就可以得到产品的基本外形框架，以这个框架来跟别对产品的各个部分进行建模。

2.2.3文件的保存：

CATIA的保存采用了windows的理念，可以对产品进行系统的保存，方便管理和使用。

下面我们就将上面所做的工作进行保存：

点击文件→点击保存管理→另存为→选择保存路径→点击保存→点击拓展目录→点击确定，保存成功。

第三章：

产品的壳体设计

由于产品的壳体比较复杂，现在将其分为3个部分来设计，前盖、中框架、后盖三个部分。

3.1后盖的设计：

在壳体产品中建立一个新建新建零部件，命名为后盖，然后进行草绘，由于我们已经通过影像草绘对产品的框架进行了草绘，所以现在我们直接使用投影命令来进行草绘。

如图：

然后使用倒角，切除等命令对外形进行修饰，使其更合理，更美观，之后对零件进行抽壳，使其成为壳体。

如图：

抽壳前：

抽壳后：

最后通过对实物的测量进行非严格尺寸孔和其他修饰的设计，包括打孔、后卡环、内部结构的设计。

有严格尺寸要求或者与其他部分有配合的结构与其一起完成，使其满足严格的配合，避免干涉和结构不合理，最后结构图如下：

3.2后壳卡环的设计：

后壳卡环是用来对单放机与人体进行固定的部件，因此，次部分的尺寸不需要太过于精确，主要是看起来美观、自然即可。

由于我们已经对后壳进行了设计，而卡环和后壳又是相互关联的部分，所以我们可以借助后壳来进行设计，对尺寸的调整，对外形的美化。

首先选择平面，绘制草图，拉伸，使用镜像拉伸，拉伸到平面，选择后壳的卡环固定部分上的平面，得到如下图结构：

这样卡环的位置就固定了下来，纵向尺寸也固定了下来，之后对横向尺寸进行调整，对外形进行修饰，使用镜像，拉伸，切除和倒角来使卡环美观，得到如下图：

3.3产品中框架的设计：

中间部分比较复杂，主要难点在于抽壳和拔模角度，如果零件做的不好的话，抽壳很难完成，所以只有反复的做，才能最终完成抽壳之后添加后续的修饰，由于后壳我们已经设计完成了所以，中间框架的草图选择后壳进行投影即可：

中间的孔需要与内部的系统进行配合设计所以这里就不进行设计，以免无法配合。

通过测量对其他结构进行修饰，得到如下结构：

3.4前盖的设计：

由于前盖比较复杂，有很多自由曲面，所以我们使用曲面来对其进行设计，然后转换成实体，在对其他结构进行修饰和处理，步骤如下：

新建零部件，命名为前盖，点击开始→创成式曲面设计（进入曲面设计模块）→点击草绘→重复草绘建立出曲面的结构线框。

由于一部分是斜的所以我们先在平面上做一个直的然后创建一个斜的平面，对草图进行投影，即可得到所求曲线：

重复以上步骤，对其他曲线进行草绘，构成线框。

如下：

然后使用桥接，填充得到如下图曲面；

然后对倾斜的曲面进行设计，首先创建一跳曲线，对其进行拉伸，得到一曲面，然后再平面上草绘一跳曲线，在曲面上投影该曲线就得到了一条空间曲线：

然后对空间曲线进行拉伸，选择沿所选直线拉伸，就可以得到一个倾斜的曲面，然后使用分割，拼接得到如下：

然后我们点击开始→零部件设计进入零件设计模块，然后点击加厚将曲面转换成为实体，进而对其他修饰结构进行设计得到如下实体结构：

这样我们就对前盖的外形设计完成了，接下来我们将要对于以上结构，前盖，后盖，卡环3个结构之间进行配合部分的设计，包括加强筋，打孔等等。

对于配合的部分，我们采用同步设计的方法来保证结构之间的配合一步一步完成设计，那么下面我们就来进行设计：

3.5电池盖的设计：

首先我们要对连接部分的原理和结构进行分析，我们先来设计后电池盖，电池盖是使用的嵌入，使用移动的轴来旋转，从而实现电池盖的打开和关闭：

我们通过后盖将电池盖的大概外形进行设计，点击新建零部件，选中外壳，将新零件插在外壳系统下，然后选择后盖的电池切口的横截面作为草绘平面，如图：

点击草绘→投影得到草绘然后拉伸，选择拉伸到面→选择草绘平面相对的另一个切口横截面，完成电池盖外形初步尺寸的设计。

如图：

点击确定，设计出电池盖的外形，然后在模型树中选中电池盖零件点击对象→在新窗口中打开，这样就可以对其修饰结构进行设计，并且与自顶向下设计中的零件是同步的。

然后对实物进行测量，得到小结构的大概尺寸。

草图中小结构的定位统一采用电池盖靠近旋转轴的一侧边线，这样在对后盖配合部分的设计时同样采用靠近轴线的边线来定位，这样电池盖和后盖的配合部分的尺寸就可以一致，从而设计出合理的结构，能合理的实现其关联结构的功能，避免干涉。

在新窗口中打开之后我们选择草绘平面绘制草图对旋转轴部分进行设计，步骤如下：

选择草绘平面→点击草绘→绘制草图→标注尺寸→添加约束→退出草绘→拉伸（选择尺寸）给定拉伸的尺寸，就得到了旋转轴（由于需要电池壳沿后盖的后表面前后滑动所以旋转轴设计在了伸出部分的凸台上面。

如图得到最终的后盖：

3.6前盖开合卡子的结构设计：

此结构主要用来实现前盖的打开和关闭，由于前面设计中间框架的时候，我们通过测量设计出了前盖卡子的凹槽这