CATIA V5机械设计入门精通 1.1.1拉伸成形实例

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CATIA V5机械设计入门精通 1.1.1拉伸成形实例

catia 教程资料：

本章主要内容

·木件设计

·设计表与工程图

·机构设计的其他功能

机构设计部分是CATIA工程建模的基础。使用机构设计功能以及后面将要讲述的曲面

造型功能，CATIA几乎可以绘制出任意复杂的3D形体，并且可以方便地建立零件库和绘制

工程图。另外，CATIA还能对绘制的零件进行模拟装配，及时地把问题消除于设计阶段。

1.1零件设计

在CATIA中，零件成形的方式有很多，对同一个零件可以使用不同的成形方式来实现。

零件成形方式可以分为下面几类。

Y拉伸成形实例

》旋转成形实例

》打孔与开槽成形实例

》切面扫描成形实例

》层叠成形实例

》利用布尔运算生成图形的实例

》零件设计综合实例

下面就上述几类成形方式，分别以实例加以说明，在本节最后还会给出两个综合实例，

以便读者能够及时复习与巩固所学的内容，为以后的学习打好墓础。

1.1.1拉伸成形实例

拉伸成形的原理就是将草图模式下绘制的封闭几何曲线在第3维坐标方向上拉伸，从而

形成3D形体。

1.简单拉伸成形实例

CATIA允许用户定义拉伸的形式和拉伸的方向。下面用简单的例子来说明如何使用

CATIA的拉伸成形功能，以及拉伸成形对话框中的各项功能。

(1)单击（Standard）工具条上的按钮，打开New对话框。从对话框中选中Part列表

项，单击安钮，进入零件设计工作环境。

(2)单击零件目录树中的xy plane或者单击零件设计实体模式下屏幕中央基准面示意图

中的XY平面，选中XY基准面。然后单击Sketcher Toolbar工具条中的口按钮，进入草图模

式。在草图模式下使用Profile工具条上的砧．按钮，绘制一简单的封闭曲线，尺寸可以任意确

定，如图1-1所示。
图1-1 绘制任意封闭曲线

注意：

单击按钮绘制曲线时，会出现如下3个按钮，以控制不同方式的曲线绘制．

用来绘制直线．用来通过指定1点以及要与已有曲线相切的限制来绘制圆．用来指定3

点来绘制圆．

(3)接下来使用约束来定义直线与圆弧相切。按住Ctrl键，依次选中圆弧和与之相切的

直线，然后单击Constraint工具条中的按钮，在弹出的Constraint Definition对话框中选中

Tangency复选框，如图1-2所示。
图1-2设置相切

注意：

Constraint Definition对话框中其他选项的含义，将在后面的约束总结部分详细说明．

(4)使用同样的方法设定另外两处相切，绘制完成的图形如图1-3所示。

图1-3绘制封闭曲线

注意：

图1-3中连接点处的短平行线表示直线与圆弧相切．
(5)单击按钮，返回零件设计的实体模式，并选中该曲线，如图1-4所示。
图1-4零件设计的实体模式中的封闭曲线

(6)单击按钮，弹出Pad Definition对话框，如图1-5所示。
图1-5在Pad Definition对话框中设置拉伸长度

可以在该对话框中设置拉伸的Length，在本例中设置为40mm。单击按钮，3D

形体便绘制完成了，其效果如图1-6所示。
图1-6拉伸成形

(7)在绘制完成的3D图形上双击鼠标左键，则Pad Defirution对话框又会弹出，单击

按钮，便拉伸方向反向，如图1一7所示。
图1-7反向拉伸

选中复选框，将会以拉伸面作为对称面，对3D形体进行镜像映射。单击

按钮，可以将Pad Definition对话框展开，以设置更多的参数，如图1-8所示。
图1-8晨开Pad Definition对话框

在此对话框中可以设定以封闭曲线所在的平面为中心，向两个方向的拉伸长度，另外还

能实现封闭曲线沿给定的方向拉伸。在如图1-4所示的界面中，绘制‘条直线，使直线位于

YZ基准面内，如图1-9所示。
图1-9作拉伸参考线

注意：

图1-9的左图为YZ基准面内的视图，后图为3D绘图状态下的视图．

选中封闭曲线，单击按钮，在图1-8所示的对话框中取消勾选口NorMal to profile复选框，

并将绘制的直线作为Reference，单击按钮，便生成了以封闭曲线为底面的斜柱体，

同时正向拉伸所得实体用线条的形式表现出来，如图1-1O所示。
图1-10斜向拉伸

选中封闭曲线，单击按钮，在图1-8所示的对话框中选中复选框，激活Thin Pad

选项区域，设置参数Thicknessl和Thickness2，如图1-11所示。
图1-11 拉伸壳体

注意：

由Thicknessl和Thickness2定义的延展方向使用如下方式定义：

轮廓线( Profile)和拉伸方向确定延展的初始参照面，沿轮廓线逆时针方向走．Thicknessl定义

的延展方向在左边．Thickness2定义的延展方向在右边．
单击ok按钮，生成拉伸成形的壳体，如图1-12所示。
图1-12拉伸成形的壳体

2．以不同方式拉伸成形实例

下面用实例的形式介绍Pad Definition对话框的Type下拉列表框中各项的用法。Type下

拉列表框如图1-13所示。

(1)将图1-4中的封闭曲线反向拉伸成为‘个20mm厚的实体，其过程前面已经讲过，

这里就不再赘述。

(2)选中XY基准面，单击Reference Elements工具条中的q.:按钮，自定义基准面。将

Plane type设置为Offset from plane，并将Offset值设为60mm，Reference设置为XY基准面，

如图1-14所示。

(3)单击ok按钮，生成-一个新的基准面。按照同样的步骤再建立一个基准面，但这

次把Offset值设为30mm，如图1-15所示。

(4)选中基准面l，切换到2D绘图模式，绘制一半径为lOmm的圆，圆心在原点；选

中基准面2，切换到2D绘图模式，绘制一以圆形原点为中心的正方形，边长为40mmo如图

1-16所示。

(5)将基准面2上的正方形反向拉伸lOmm，接下来拉仲基准面l上的圆，可以在Pad

Defirution对话框的Type下拉列表框中选择拉伸的方式。Dimension是由用户自定义的尺寸来

决定拉伸长度：Up to next是以相邻的几何形体作为拉伸的界限：Up to last是以最远的几何形

体作为拉伸的界限；Up to plane是以用户指定的基准面为拉伸界限：Up to surface是以用户指

定的几何形体表面作为拉伸界限。这里仪以Up to surface列为例进行说明，如图1-17所示。

用鼠标单击选定第2个几何体的上表面为拉伸界限，此表面就会显示在Limit文本框中。

单击reverse direction 按钮，改变拉伸方向。这里不改变拉伸方向也可以，这是因为选定的拉伸

界限已经确定了拉伸的长度与拉伸方向。单击ok按钮，完成拉伸操作，如图1-18所示。
图1-17使用Up to surface拉伸圆柱体

3．拉伸成形中的几个要点

在上文中使用CATIA的拉伸成形功能建立几何体时，拉伸体的轮廓线都是封闭曲线，

但并不是只有封闭曲线才能执行拉伸成形操作。即使是非封闭曲线，只要它的未封闭部分能

被周围几何体的表面所限制，使得此非封闭曲线与其在几何表面上的投影形成封闭曲线，就

可以执行拉伸操作，下面举例说明。

(1)在XY基准面中建立一圆形，半径为35mm，并将其拉伸为一个20mm厚的圆柱体。

单击Dress-Up Features工具条上的量按钮，对圆柱体抽壳，如图1-19所示。
图1-19对圆柱体抽壳

将抽壳厚度设为Imm，单击几何体的上表面，将其设为抽壳面。单击ok按钮，完

成抽壳。

(2)在YZ基准面中绘制一条过原点的直线，如图1-20所示。
图1-20绘翻直线

(3)单击一按钮返回零件设计的实体模式，以此直线为轮廓线执行拉伸操作，如图1-21

所示。
(4)单击ok按钮，拉伸成形完成，如图1-22所示。
图1-21 拉伸操作

还需要注意的一点，用以拉伸成形的轮廓线，可以是一条曲线，也可以是一组曲线。下

面以实例的方式加以说明。
(1)在XY基准面内绘制一个同心的六角形和圆形，尺寸可任意，如图1-23所示。
图1-23绘制六角形和圆形组合曲线

(2)单击按钮，返回零件设计实体模式，对此图形进行拉伸操作，如图1-24所示。
图1-24多条曲线组成的轮廓线拉伸成形

注意：

进行拉伸操作时，六角形和圆形必须能够作为一个lIE体操作，否则就不能得到期望的图形．可

以假设这样一种情况．先对六角形进行了拉伸操作，然后取消操作，再绘制一圆形．此时的圆

形三六刍X盏不暴一个整体了．

4．实例1-绘制方彩烟灰缸

烟灰缸在日常生活中随处可见，形式多种多样，为了使读者对本例中将要绘制的烟灰缸

有一个整体的概念，下面给出绘制完成的烟灰缸的示意图，如图1-25所示。

(l)选中XY基准面，并单击Sketcher工具条中的吲按钮，进入草图模式。单击Profile

工具条中的囤按钮，任意绘制一矩形，如图1-26所示。
图1-25绘制完成的烟灰缸

(2)选中任一边，单击Constraint工具条中的叫按钮，定义此矩形的边长。定义矩形位

置时，可以按住Ctrl键选中矩形用于定位的边和相应的坐标轴，然后单击按钮，就可以定

义该边与坐标轴的距离，如图1-27所示。

(3)修改尺寸。在CATIA中可以方便地对图形的大小，位置进行精确控制。这里用两

种方法来修改尺寸。

●方法1。

在任意·个标注尺寸上双击鼠标左键，弹出尺寸编辑对话框。本例中，在尺寸142上双

击鼠标左键，打开尺寸编辑对话框，如图1-28所示。
图1-28尺寸编辑对话框

可以在此对话框的Value文本框中修改尺寸，实现尺寸的精确控制。将文本框中的值改

为120，单击ok按钮，完成操作。用同样的方法，将尺寸7l改为60。

●方法2。

在此介绍使用方便、功能强大的修改方法。在此方法中，将介绍CATIA中重要的功能。

选中要更改的标注，例如图1-27中的尺寸116。然后选择Tools菜单中的选项，打开

Formula对话框，如图1-29所示。
图1-29 Offset.13的Formula对话框

往此对话框的Parameter列表中选择PartBody\Sketch.l\Offset.13\Offset项，再单击

^甜两眦J按钮，打开Fonnula Editor对话框。在Members of Parameters列表中选择Length

列表项，然后双击Members of Length列表中的PartBody\Sketch.l\ Offset.15\Offset列表项，

将图1-27中所示矩形的长宽尺寸设为相等，如图1-30所示。
图1-30设置Offset.13与Offset.15相等

单击ok按钮，完成尺寸设置。采用相同的方法设置如图1-27历示的尺寸580最后，

设置好的尺寸和位置图形如图l-31所示。
图1-31 尺寸设I完成的矩形

从图1-31中可以看到目录树中多了两项，使用Formula关联的尺寸右侧有一个，(x)标准，

双击此标志，可以重新打开Formula Editor对话框更改设置。

(4)单击由l按钮返回零件设计实体模式，然后单击日l按钮执行拉伸操作，将拉伸长度设

为30mm，如图1-32所示。
图1-32拉伸实体

(5)按住Ctrl键，并选择图1-32的4个侧面为改变锥角平面。在Dress-Up Features工具

条中单击Q按钮，弹出如图1-33所示的对话框。
图1-33设置改变锥角特性

由于前面选中了实体的4个改变锥角平面，所以Face(s) to draft文本框中显示的图元数

为4 Faces，并将改变锥角的角度(Angle)设为25度。用鼠标单击实体上表面将其定义为基
准面，并将Propagation下拉列表设置为Smooth，如图1-34所示。
图1-34改变锥角的实体

注意：

选取改变锥角面时．为了选中位于视图后面的面，可以同时按下鼠标中键和左键旋转图形来实

现．为了实现图形的旋转．也可以使用View工具条中的黛按钮，然后按下鼠标左键来实现．

(6)单击ok按钮，完成改变锥角操作，如图1-35所示。

(7)选中实体上表面，单击盛-按钮，进入草图模式。然后单击Profile工具条中的rai按钮，

任意绘制一矩形，并且用前面讲述过的方法，设定矩形边长为lOOmm，并确定矩形的位置，

如图1-36所示。

(8)单击由按钮返回零件设计实体模式，然后选择Sketch-Based Features工具条中的司按

钮，进行切割拉伸，如图1-37所示。
图1-37切割拉伸

将拉伸深度( Depth)设为25mm，单击ok按钮，完成拉伸切割操作，如图1-38所
图1-38切翻拉伸成形体

(9)按住Ctrl键选中图1-38所示图形中4个内表面为改变锥角面。在Dress-Up Featurcs

工具条中单击按钮，在弹出的对话框中设置改变锥角参数如图1-39所示。
图1-39对内表面改变锥角

(10)单击ok按钮完成改变锥角操作，如图1-40所示。

(II)用鼠标选中YZ基准面，并单击Sketcher工具条中的侧按钮，进入草图模式。在此

基准面内绘制一个圆，精确设定圆的半径与位置，如图1-41所示。
图1-40改变锥角成形体

(12)单击幽按钮返回零件设计实体模式，然后选择Sketch-Based Features工具条中的圃

按钮，进行切割拉伸，如图1-42所示。
图1-42使用圆柱体进行拉伸切割

(13)依照同样的步骤，在ZX基准面内画圆，沿Y轴切割拉伸，所得实体如图1-43所示。
图1-43使用圆柱切割拉伸完成的实体

(14)按住Ctrl键选中4条锥线，并单击Dress-Up Features工具条中的国i按钮，在弹出的

Edge Fillct Definition对话框中设定参数，然后单击ok完成倒角操作，如图1-44所示。
图1-44锥线倒角

(15)按住Ctrl键选中4个内锥面和4个倒角面，进行与前面相同的操作，然后单击．■-篮_-

按钮完成倒角操作，如图1-45所示。
图1-45内锥面倒角

(16)按住Ctrl键选中外锥的4个锥面，进行与前面相同的操作，然后单击9媒J按

钮完成倒角操作，如图1-46所示。
图1-46外锥面倒角

5．实例2-绘制CPU

在本例中，将使用拉伸成形的方法绘制一个CPU模形，在绘制的过程中将介绍一种十

分有用的功能——阵列。其绘制完成的图形如图1-47所示。

下面介绍其绘制步骤。

(1)在XY基准面中绘制一正方形，并且使用约束来精确设定此正方形的位置和尺寸，

如图1-48所示。

(2)单击凸：按钮返回零件设计的实体模式，选中该正方形，单击Skctch-Bascd Features

[具条中的剧按钮，弹出Pad Definition对话框，将此正方形拉伸Imm，如图1-49所示。
图1-49绘制CPU庭扳

(3)在上述拉伸形成的立体模形的上表面绘制正方形，并将其拉伸1.5mm，如图1-50

所示。

注意:

在此形体中.正方形边长为26mm.并且关于原点对称.绘制方法同步骤1

(4)同时按住鼠标中键和左键，滑动鼠标，使视图转换到CPU的底面，然后在底面上

绘制一。个圆，如图1-51所示。

(5)返回零件设计实体模式，将此圆形拉伸为高4mm的圆柱体，如图1-52所示。
图1-51 绘制第1个初始针脚草图

(6)选中此圆柱体，单击Transformation Features工具条中的盈按钮，生成针脚阵列，

如图1-53所示。

注意：

图1-53中左边的对话框为First Direction选项卡的设置，右边的对话框为Second Direction选项

卡的设置，其中第1个选项区域中的Parameters选项用来设定进行阵列的方式．共有3种方式

可供选择，下面分别加以说明，

●hstances&Length表示使用实例数和生成实例的总长度来控制阵列的生成．

●Instances＆Spacing表示使用实例数和实例间的间隔来控制阵列的生成．

●Spacing&Length表示使用实例间的间隔和生成实例的总长度来控制阵列的生成，

在此例中使用的阵列仅仅是矩形阵列，且实例生成方式设置为Instances&Spacing。

Reference Direction选项区域中的Reference element是用来指定生成阵列实例参考方向，在本

例中分别是两条棱边。Object to Pattem是指执行阵列操作的初始实例。

(7)选中上一步中生成的阵列，对其整体执行阵列操作，阵列方式设为Instances&

Spacing，将Instance(s)设为2，Spacing设置为22.25mm，如图1-54所示。
图1-54利用阵列功舵绘制另一侧的针脚

(8)单击ok按钮，完成阵列操作。由于这个操作的运算量较大，时间可能较长，

需耐心等待。生成的阵列如图I-55所示。

(9)在CPU底面上绘制一圆，半径为0.2mm，坐标为（-14，-6.5），如图1-56所示。
图1-55生成了两侧针脚的CPU

(10)将此圆也拉伸为高为4mm的圆柱体，并且对其进行阵列，其设置如图1-57所示。
图1-57利用阵列绘制一边中间的针脚

(11)将上一步中的阵列作为整体，进行阵列操作可得另一边的针脚，其操作方法与步

骤7基本一样，如图1-58所示。

(12)单击ok按钮，完成针脚绘制，接下来在CPU底面上绘制一个正方形，其位

置和尺寸如图1-59所示。
图1-58利用阵列绘制另一边中间的针脚

(13)以此止方形为基准图形挖空，深度为0.5mm，如图1-60所示。
图1-60在CPU鹿面上挖空

(14)在此洞中，将放置9个电容，首先绘制初始电容实例，如图1-61所示。
图1-61 绘制初始电容实例

(15)使用阵列方式绘制其余8个电容，其设置如图1-62所示。
图1-62使用阵列绘制电容

(16)绘制完成的CPU底面如图1-63所示。
图1-63绘制完成的CPU鹿面

(17)真实的CPU针脚会有一个三角形的缺角，在本例中只是为了说明阵列的成形方法，

所以并未绘制此缺角。另外读者可以自己对模型进行修饰，比如添加倒角，实现平滑过渡，

这里就不再赘述了。

6．实例3-绘制机械加工中的夹板

在机械加工中常用夹板进行定位。由于加工零件形状的不同，夹板的形状也多种多样。

为了让读者对本例中将要绘制的夹板有—个整体的概念，首先给出绘制完成的夹板示意图，

如图1-64所示。

(l)选中XY基准面，单击Sketcher Toolbar工具条中的r2l*1按钮，进入草图模式，绘制

一长方形，并且使用约束确定此正方形的尺寸与位置，如图1-65所示。
图1-64绘制完成的夹板示意图

(2)单击凸按钮，返回零件设计实体模式。将此长方形拉伸lOmm，如图1-66所示。
图1-66拉伸形成夹板的鹿扳

(3)选中拉伸成形生成的底板上两个窄侧面中的一个，单击Sketcher Toolbar工具条中的

盛按钮，进入草图模式，绘制一·长方形，并且使用约束确定此正方形的尺寸与位置，如图1-67

所示。

(4)单击按钮，返回零件设计实体模式。将此长方形拉伸lOmm，如图1-68所示。
图1-68拉伸形成夹板的侧板

(5)选中ZX基准面，单击Sketcher Toolbar工具条中的匹按钮，进入草图模式，绘制两

条相互垂直的直线，并且用约束来精确定义这两条直线。其中一条直线起于夹板的棱边，与

X轴成45度角，长25mm;另一条直线起于原点并垂直于45度直线，如图1-69所示。
图1-69绘制垂直直线

(6)单击按钮，返回零件设计实体模式。单击Reference Elements工具条中的d按钮，

以45度直线的顶点和夹板棱边为参考，建立基准面，如图1-70所示。
图1-70建立基准面

(7)选中此基准面，单击Sketcher Toolbar工具条中的匹按钮，进入草图模式，绘制一

个多边形，并且使用约束精确设定此多边形的位置和尺寸，如图1-71所示。
图1-71绘制多边形

(8)单击按钮，返回零件设计实体模式。对此多边形执行斜向拉伸操作，将Direction

选项区域中的Reference设定为与45度直线垂直的那条直线，如图1-72所示。
图1-72斜向拉伸操作

(9)单击ok按钮，完成操作，接F来是打孔操作。打孔有两种方式，下面分别使

用这两种方式完成打孔操作。

●方法1-钻圆孔(Hole)。

给凸台打孔通常采用钻孔的方法，单击Sketch-Based Features工具条上的日按钮，选中

凸台端面，弹出Hole Definition对话框，如图1-73所示。

在图1-71所示的对话框中可以设置钻孔方式和所钻圆孔的直径。单击．童练l按钮完成

钻孔操作，零件的目录树中就多了一一项匿l，单击■按钮将其展开后的样子如图1-74所示。

如果想要改变钻孔圆心的位置，可以在去掉约束后双击图1-74中，这样就可以自

定义圆心位置，如图1-75所示。
图1-74钻圆孔在目录树中的表示

●方法2——挖空(Pocket)。

先在夹板的底板和侧板上各绘制两个圆，如图1-76所示。
图1-76绘制圆

再选中侧板上的两个圆，单击Sketch．Based Features工具条中的日l按钮，执行挖空操作，

如图1-77所示

然后选中底板上的两个圆，执行相同的操作，完成底板的打孔操作。

(IO)选中夹板各棱边，单击Dress-Up Features工具条中的丘按钮，给各棱边倒角，倒

角半径为Imm，如图1-78所示。
图1-78给援边倒角

(11)选中各孔的边缘，单击Dress-Up Features工具条中的囊I按钮，给各孔倒角，倒角

半径为0.5mm，如图1-79所示。
图1-79给孔倒角

(12)选中凸台各边，单击Dress-Up Features工具条中的■按钮，给凸台倒角，倒角半

径为Imm，如图1-80所示。

(13)绘制完成的夹板正面如图1-81所示。

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