第3章 基于CATIA的三维造型
3.1 CATIA简介
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。模块化的CATIA系列产品提供产品的风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构[19]。通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。CATIA系列产品在八大领域里提供3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计（主要是钢构厂房）、建筑、电力与电子、消费品和通用机械制造[20]。
3.2 循环球式转向器的三维建模
3.2.1 转向螺杆的建模
首先进入CATIA界面，点击新建——机械设计——零件设计页面，然后点击草绘，选择XY平面，进入草绘界面，通其他三维软件一样，CATIA的草绘界面承担着重要的作用，即是通过在二维草绘界面里，创建二维图形，然后在草绘图形的基础上，通过拉伸，凹槽等功能实现最基本的实体的创建。生活中再复杂的几何体也都是由基本几何体通过取交，取共等方式组合在一起的，所以草绘界面是必不可少的。对于这种轴类零件，可以有两种创建实体的方式：一种是通过拉伸功能，即在草绘截面先创建轴端直径的圆，然后退出草绘平面，选择拉伸功能，选取拉伸对象为刚刚创建的圆，设定拉伸长度与方向，点击确定即完成一段轴的创建。然后在新创建的轴上的端面重新定义为草绘基准平面，继续完成上面的动作，也就是将各段轴径不一样的轴分别定义组合起来；另外一种就是通过旋转功能，同样先进入草绘平面，然后绘制出对应的图形和旋转轴线，所绘制的图形应能绕着旋转轴线旋转出所需要的实体，然后退出草绘工作台，选择旋转功能，选择所绘制的草图为旋转对象，并选择旋转轴线，旋转角度设置为360°，点击预览，满足要求后点击确定，完成创建。这里我们考虑到毕竟转向器是由许多零件组成的，而且前期的计算也不是能够把所有的数据都能得出来，所以也就需要再实际设计的过程中去设计，再装配的时候难免会有干涉，尺寸不合适等情况，所以又要返回来修改零件。采用第一种画法，也即拉伸创建法便于后续尺寸的调整。
接着便是螺旋槽的创建，在前面工作的基础上，以需要创建的螺旋槽的圆柱的端面为基准平面，点击参考平面创建命令，选择偏移平面，选取端面为基准平面，输入相应的偏移距离，确定方向，点击预览并确定，完成新的基准面的创建。然后以新的基准面为草绘平面，根据钢球的中心距创建一个点，此点作为后续螺旋线的起点，退出草绘平
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面，选择机械设计——线框和曲面设计里面，首先创建轴线功能，创建回转体的轴线，然后点击螺旋线功能，在弹出的对话框里面，设置直径、螺距、方向和高度，选取创建的点为螺旋线起始点，点击确定完成螺旋线的创建。再次点击机械设计——零件设计里面，点击参考平面的创建，选择曲线的法线的方式，选取螺旋线为曲线，选取螺旋线的端点为起始点，点击确定完成参考平面的创建。其实这里的原理很简单，即过一点的曲线的法面是唯一的。接下来以刚刚创建的参考平面为草绘平面，绘制圆，圆的半径即为滚道的半径，通过几何约束，令圆心与螺旋线的端点相合，退出草绘工作台。选择开槽功能，选取绘制好的圆为开槽轮廓，螺旋线为引导线，点击确定即完成螺旋槽的创建。
最后就是在轴的端面进行倒角的创建，创建实体如图3-1所示
图3-1 转向螺杆
3.2.2 转向器的装配设计
选择新建——机械设计——装配设计。默认命名为Product1,在模型树上点击Product1，使其处于黄色激活状态，点击零部件调入命令，调取零部件，在调入零部件后，在模型树上右键属性修改零部件的编号与名称，编号统一格式，命名即为零部件的中文名称。然后点击操作，右下角会弹出一个界面，里面有平移及旋转的各种自由度，根据情况选取，然后会用到约束，有同轴约束，接触约束和偏移约束。约束的好处在于可以精准的将零部件装配在一起，且无论以后怎样移动或者做爆炸式图，点击更新功能，即可又重新回到装配好的状态，而操作是没有这种效果的。按照上述步骤将已经设计好的零部件依次调入装配环境，完成装配。这里不得不提到CATIA的一个很优秀的功能，即由装配设计里面修改零件。因为在设计零件的时候，不可能保证每个零件的尺寸都是完完全全正确的，有很多尺寸，是需要配合的时候，才可以确定下来。CATIA即可完成这样的功能，即在装配的时候发现有尺寸干涉或者是不合适的地方，双击需要更改的
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零件，即可进入零件设计环境，修改之后零件也会同步修改，省去了设计者的大部分时间。在都装配完成后，隐藏各种点、轴线、参考面、约束符号等，只显示装配实体，然后分别在模型树上右击属性——显示——图形颜色，将不同类别零件选取不一样的颜色，这样生成的效果会很好，最后点击工具——图像——视频，完成装配模型的爆炸效果即装配关系的制作。
图3-2 三维装配模型
图3-3 转向螺母
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图3-4 齿扇摇臂轴
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图3-5 壳体
总结
一学期的毕业设计结束了，在这次的毕业设计中不仅巩固与运用了我这四年学习的专业知识，也培养了我如何去做好一件事的规划，控制好节奏，并且再一次提升自己自我学习的能力。在设计过程中，在老师的悉心指导下，与同学相互学习，相互探讨，相互鼓励，相互监督。
毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。毕竟毕业后就会进入工作岗位，自身角色也会由学生向职场人士转变。大学四年学习了很多的知识，在学习的时候，就是一门一门课的上课、复习、考试，很少有机会把多方面的知识整合到一起，而毕业设计恰恰起到了这样一个至关重要的作用，综合运用已学知识，也更加深化了许多行业的基础，为以后工作打下了坚实的基础。
通过这次毕业设计，真真切切学习到了许多的知识，尤其是三维建模软件CATIA的学习，这还是我第一次在没有老师的指导下独立完成相关知识的学习。充分利用网络资源，来学习，来实际操作。虽说中间遇到了许多难题，但是无论怎样，我都坚持下来了，并且完成了循环球式转向器三维模型的创建，即使并不怎么完美，即使还有许多细节有待处理，但是我还是很欣慰，毕竟这是我自己几个月的付出。做一件事情，结果固然重要，但是我感觉更重要的是事件的过程，就比如此次毕业设计来说，从前期的选题，到搜集资料，再到自学三维软件，最后出图，完成说明书，我学到了太多。包括软件的操作，专业知识的巩固，以及发现问题，解决问题的能力。我也更加确信，做任何事情，都要有一个明确的规划，配之以责任意识，外加足够的付出，总会得到一个满意的结果。我相信，我一定会带着这次毕业设计的收获与体验，去好好地投入到以后的工作中，以备更好的适应工作。
毕业设计就这样结束了，收获很多，感受很多，虽说确实是认认真真的完成每一步我该做的任务，包括前期查阅相关文献，开题报告的书写，外文文献的翻译，以及后面的数据尺寸的计算，再到三维CATIA的建模，二维工程图的绘制。但是毕竟作为一个初学者，由于缺乏实践的经验，设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，希望老师们多多指教,我也十分乐意接受你们的批评与指正。
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