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1、毕业设计说明书基于catia的三维标准件库开发与研究 摘 要本文在比较分析CATIAV5的几种开发方法，结合国内外标准件库开发现状，建立基于CATIA的三维标准件库方法。本文分析了标准件库任务及目标，构建运行于Windows和CAI，IA两个系统层面上，具有三个基本功能模块的系统框架。本文根据国家标准分类，设计对标准件的分类选择界面，利用ADO数据库编程将标准件数据读入程序显示在分类选择界面的数据表格中，经过参数检查后传递给CAA自动建模器。本文采用Access数据库，降低了标准件库数据的冗余度，提高了数据的可操作性。通过对内部结构及运行机制的分析，根据标准件对象的本身特性分类，实现包含螺栓和
2、螺柱、键、销类，二十一个小类的标准件自动建模功能，并完成了标准渐开线圆柱齿轮的参数化建模功能。 在CATIA V5下建立三维标准件库，分二个阶段进行，一是标准件参数化建模，二是利用 CATALOG进行标准件库的集成。具体使用了CATIA的F（X）、Formula、Design Table和Catalog 等功能。 关键词：Catia,标准件库,自动建模ABSTRACT：Based on the comparative analysis of several development method, CATIAV5 standard part library at home and abroad,
3、 based on the development status of 3d CATIA standard part library method. In this paper a standard part library construction, tasks and goals in Windows and CAI, IA two system level, with three basic function modules of the system framework.According to the national standards of fasteners, design o
4、f the interface, using ADO choice classification standard database programming will be displayed in the classification of data read program choices, the data interface through parameter table to check automatic modeling CAA. Based on the Access database, reduces the standard library data redundancy,
5、 improve the operability of the data.Through the internal structure and operation mechanism analysis, according to the standard of the object itself characteristic classification, contains the bolts and luozhu, key, pin, 21 small class standard automatic modeling functions, and completed the standar
6、d involute gear of parameterized modeling functions.Established in CATIA V5 3d standard part library, two phases, one is the standard of parameterized modeling, 2 it is to use standard part library CATALOG for the integration. The specific use of CATIA F (X), the Table is too, and Catalog etc. Funct
7、ionKey words：Catia,standard catalog, automatic modeling目录摘 要2一、绪论51、catia的地位及其发展简史52、国内、外标准件库开发的现状73、设计的目的、内容与要求8二、总体方案的设计9三、标准件参数化建模10四、标准件库的集成14五、标准件库的使用151、打开标准件库的方法152、规格的查询193、出错与处理的方法224、注意事项23五、致谢24六、参考文献26一、绪论1、catia地位及其发展简史(1) catia的定义CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计
8、他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。(2) catia的发展简史 CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。 是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM 一体化软件。在70年代Dassault Aviation 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
9、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，Dassault System 于94年开始重新开发全新的CATIA V5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 Dassault Aviation 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Dassault System 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
10、。雇员人数由20人发展到2，000多人。 CATIA是法国Dassault System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
11、，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。 CATIA V5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CATIA V5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
12、，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。CATIA V5版本具有：1.重新构造的新一代体系结构-为确保CATIA产品系列的发展，CATIA V5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。 2.支持不同应用层次的可扩充性-CATIA V5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。 3.
13、与NT和UNIX硬件平台的独立性-CATIA V5是在Windows NT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。CATIA V5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。 4.专用知识的捕捉和重复使用-CATIA V5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。 5.给现存客户平稳升级 -
14、CATIA V4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的CATIA V4用户，V5年引领他们迈向NT世界。对于新的 CATIA V5客户，可充分利用CATIA V4成熟的后续应用产品，组成一个完整的产品开发环境。 2、国内、外标准件库的建立现状1998年，沈梅、何小朝等1101提出了在CATIA基础上建立以尺寸驱动的标准件库的方法，用ANSIc基于CATIAv4的IUA接口做了一个示例性质的标准件库，在国内对CATIA三维标准件库的建立工作中走出了第一步，初步探讨了在CATIAV4中建库的方法和尺寸驱动等思想，并应用其做了示例，为以后的开发工作做了铺垫。1999年卜昆等在其基础上进一步
15、研究了建库方法，并且在CATIAv4上建立了一个实际建库工具，应用尺寸驱动的同时，卜昆等应用了特征建模方法，不同于在形素特征基础上的标准件库，提出了v4二次开发的新思路。同年，王金凤等Il2讨论了应用Motif对CATIAv的开发方一法，在应泪其它开发_具建立标准件库上做了有益的尝试长浇东”，论述了CATIA用户界面客户化的问题，显现出网络发布思想的雏形。以上的几水研究者在同一年内对CATIAV4的标准件库的建库方法和思想做了初步的讨论，当时的CATIAV4是在IUA的基础上用C或Fortran建立批处理来实现库的调用，而库是应用CATIAV4的几何接口CATGEo/CATMSP建立的CATI
16、A本身的数据文件，应该说库文件相当庞大，而且不易更改和扩充。CATIAVS发布之后，在2002年，李自胜等l9j研究了CATIAVS的二次开发技术，大概介绍了CAI，IAVS的接口及其对外界的两种通信方式，这里他们初步研究了CAI，IAVS二次开发接口技术:宏方法生成的VB脚本以及和外部程序相联系的CAI，IAutomation对象，张君媛等开发了汽车车门附件布置系统，提出了对制造过程控制系统新的开发思想。赵立营等人研究了用VB开发三维标准件库的方法111，首次应用了CATIAVS的二次开发接口CAA，并初步尝试用vB开发了一个简单的标准件库系统，胡忠会研究了用catalog建立标准件库，并以
17、这种方式开发了基于航标的标准件库，赵立营建立的标准件库功能简单，仅可看作是一种尝试，胡忠会的标准件库数据庞大，只是针对航标的。甄中锋等队，用VB对基于CATIA的冲模标准件库做了开发，并在开发中使用了C/S(Clie浏server)方式，方便了产品的网上发布，实现了三维冲压模具的自动建模。张利国等也用VB做了CAI，IA的标准件库，并尝试用MierosoftAccess做数据库，标准件库的数据扩展变得更为方便。武刚等人研究Visualc+调用CATIA为VBA设置的ActiveAutomatton对象，开发了一个参数化系统，为CATIA的二次开发提供了新的途径。傅蔡安等应用catalog开发了
18、专用夹具的标准元件库11，20l，这是catalog在实际应用当中的又一次有益的尝试，并较好的解决了实际的工程问题。这些标准件库面向不同的工程需求，采用多种方法实现了标准件的建立、存储以及多次重复性的调用。用vB和catalog开发的标准件库系统最大的缺点就是不利于系统面向广泛应用的微机发布，而且采用catalog的标准件库数据冗杂庞大。其中CATIA作为汽车、航空等行业广泛使用的三维CAD软件，目前国内仍未有比较系统化的标准件库。3、设计的目的、内容与要求（1） 设计的目的面临日益激烈的市场竞争，为了提高本单位产品的应变和生存能力， 三维CAD/CAM技术从根本上改变了传统的设计、生产、组织
19、模式。在三维设计当中涉及许多零件是标准件，如果在设计当中重画标准件，势必给设计者带来很大的工作量。在CATIA中，利用知识工程开发标准件库， 将相关标准件只要调用出来即可，可有效提高设计质量，缩短产品开发周期。（2） 设计的内容熟悉CATIA三维造型技术；完成国标当中螺栓、键、销或弹簧的三维标准件库设计；编制相应设计说明书一份；完成相关外文翻译一篇。（3） 设计的要求1、熟悉CATIA三维造型技术；2、完成国标当中螺栓、键、销或弹簧的三维标准件库设计；3、编制相应设计说明书一份；4、完成相关外文翻译一篇。设计说明书要简明扼要、层次分明、计算正确、图样清晰、文字通顺工整。二、总体方案的设计1、
20、拟定创建方案 2.1三维标准件库软件平台 三维标准件库是以CATIA V5R8软件为平台建立的。CATIA V5R8 是计算机辅助设计、制造和分析软件，现 广泛应用于航空航天、汽车、造船和电子设备行业，具有超强的3D产品设计、仿真与最佳化的管理功能。 我公司已广泛使用CATIA V5系列版本软件进行产品设计、开发，为更好地满足产品设计过程的需要及从综合因素考虑，我们决定以CATIA V5R8软件为平台，进 行三维标准件库的开发。 2.2实体建模 利用CATIA V5软件的各个功能模块将标准件设计成三维实体模型。 2.3参数化模型 创建参数表（design table），实现零件规格数据的系列化
21、.通过“formula”对实体的各元素逐个定义几何约束关系，将定义的参数赋予实体特征的系统参数。 2.4模型的管理 利用CATIA V5中的Catalog编辑工具来实现对三维 标准件模型的集中管理。三、标准件参数化建模以GB1337-88六角自锁螺母为例，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，作为零件族的母体，其它规格的零件通过变化已设定参 数（为标准件变化的关键尺寸）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 中进行显示参量、参数、公式及关系等的设置， 如图 1 。 图 1 2）创建一个Part。选取某一规格的GB
22、1337-88六角自锁螺母关键尺寸，利用F（X）对照 GB1337-88六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2。 图 23）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。 图 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 或EDIT 创建六角自锁螺母各关键尺寸参数表，即Design Table。如图4。 图 46）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
23、Design Table 链接。如图 5，必要时可选取各组参数进行模型生成的测试。 图 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。四、标准件库的集成 1) 创建Catalog Document，并进行规范的命名。如图6。 图 6 2) 对上述 Catalog Document 进行保存，到此，为标准件族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。如图7。 五、标准件库的使用1打开标准件库有两种打开标准件库的方法： 方法一：选
24、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8所示： 图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9： 图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 10：注：该方法是通过进入 Catalog edit 功能
25、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10待添加的隐藏文字内容2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 11： 图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 （目录）和Preview（预览） -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
26、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、规格尺寸。 （5） 图标可以实现不同类别零件的简单预览。 采用“方法一”，选择具体某一标准件见图 12： 图 12在图 11 或图 12 的Table 窗口中选中需要的尺寸规格，点鼠标右键，弹出式窗口中选 Copy，然后切换到CATIA装配窗口，在 Specif
27、ication Tr的Product1 上点鼠标右键paste， 如图 13 所示。 图13 至此，此标准件已被CATIA 所调用。如图 14 所示。 图14方法二： 在图 12 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 15。 图15或者在图 11 的Preview 窗口实现上述的操作，如图 16 所示。 图16当然，我们也可以通过在图15的图标或图16的预览窗口中利用鼠标右键的copy和paste操作来实现对标准件的调用。2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
28、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）-80 这一类零件时，如图 17 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 17。 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17 图18 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=箍带HB5592-5594-80-8x12.5 查询条件也可以是让不
29、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。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20。 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21。 任何时候按Reset 键，都可以显示完整的参数列表。 图20 图21 3 .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，或者调用之后相关的参
30、数不正确，请与标准件库管理员联系，以便进行更正。临时应对的处理方法一般情况下主要有两类错误有可能会出现： 1.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
31、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。2.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。4 .注意事项 所有类别标准件都没有加上材质属性，外形尺寸相同而材质不同的不同类别零件在标准件库中用一类零件来表示，使用时可以根据需要做相应调整。同一类标准件号的零件因外形的区别分有A 型和B 型等，或一类标准件当其尺寸小于某一数值为一种外形，当其尺寸大于这一数值时外形有所变化，这种情况下，标准件库中有A 型和
32、B 型等两类或多类零件与之相对应，如：GJB3371- （1-9）-98 就有“无开口销孔”和“有开口销孔”两种情况，相应的在标准件库中对应这两种情况分别有“GJB3371- （1-9）-98 A 型 六角头螺栓（无开口销孔）”和 “GJB3371- （1-9）-98 B 型 六角头螺栓（有开口销孔）” 两类与之对应。九、参考文献 1机械原理教程,申永胜.北京:清华大学出版社,1999.2现代数控编程技术及应用,王爱玲,北京:国防工业出版社,2005.3机械设计手册.齿轮传动,机械设计手册编委会, 北京:机械工业出版社,2007.4CATIA V5产品设计实例教,康鹏工作室,北京:清华大学出版社,2006.5CATIA V5工业造型设计实例教程,宁贵欣,北京:清华大学出版社,2004.6CATIA V5机械设计应用实例,单岩,谢龙汉,北京:清华大学出版社,2004.7CATIA V5零件设计范例,詹才浩,北京:清华大学出版社,2009.
