0 前言
隨著軟件的不斷發(fā)展、更新和升級(jí)，許多世界級(jí)的集團(tuán)都已開(kāi)始采用CATIA三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。CATIA三維設(shè)計(jì)軟件和相關(guān)的功能模塊為技術(shù)人員提供了強(qiáng)有力的、形象化的技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)。為了使廣大技術(shù)人員能更好更快地掌握其使用方法，這里就通過(guò)介紹怎樣利用CATIA三維軟件設(shè)計(jì)制作水輪機(jī)蝸殼的簡(jiǎn)單過(guò)程及步驟來(lái)敘述該軟件的部分功能，以促進(jìn)技術(shù)人員之間的相互學(xué)習(xí)、交流，以及人才的培養(yǎng)和成長(zhǎng)。
1 水輪機(jī)蝸殼的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
水輪機(jī)蝸殼在水輪機(jī)各零部件中屬于規(guī)則的曲面結(jié)構(gòu)，下料成型復(fù)雜。通過(guò)對(duì)水輪機(jī)蝸殼的三維設(shè)計(jì)制作下料，能有效保證蝸殼尺寸的準(zhǔn)確度，使生產(chǎn)過(guò)程中的不合理因素減少到最低限度，有效地降低產(chǎn)品的制造成本。
2 蝸殼的三維設(shè)計(jì)制作下料及步驟
由于蝸殼為曲面結(jié)構(gòu)，為了更加準(zhǔn)確表達(dá)蝸殼的曲面形狀，繪圖時(shí)將蝸殼分成許多斷面，可根據(jù)蝸殼單線圖中的許多斷面進(jìn)行下料。具體步驟如下：
2.1 進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面
運(yùn)行CATIA軟件，進(jìn)入CATIA三維軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，選擇[開(kāi)始\機(jī)械設(shè)計(jì)\零件設(shè)計(jì)]命令，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面，如圖1所示。
圖1 零件設(shè)計(jì)
2.2 繪制各斷面位置
選擇草圖工具條中[草圖]按鈕，點(diǎn)擊該命令，選擇XY平面后出現(xiàn)草圖界面，在此草圖中繪制蝸殼單線圖，繪制后結(jié)果如圖2所示。然后，選擇草圖工具條中[退出工作臺(tái)]按鈕，點(diǎn)擊該命令，退出現(xiàn)草圖界面。
圖2 繪制各斷面位置
2.3 插入各斷面草繪平面
點(diǎn)擊參考元素工具條中[平面]按鈕，出現(xiàn)平面定義窗口，平面類型中選擇平面的角度/法線，選擇前面所繪斷面位置的直線作為旋轉(zhuǎn)軸，選擇前面所選的XY平面作為參考，輸入90°，點(diǎn)擊確定即可完成，如圖3所示。
圖3 平面定義
2.4 繪制蝸殼各斷面草圖
選擇草圖工具條中[草圖]按鈕，點(diǎn)擊該命令，選擇所繪斷面所在的平面后出現(xiàn)草圖界面，在此草圖中繪制該斷面的蝸殼型線。繪制完成后退出，繼續(xù)繪制下一個(gè)蝸殼斷面草圖。
圖4 蝸殼斷面草圖
2.5 切換窗口
進(jìn)入創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)界面。選擇[開(kāi)始\形狀\創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)]命令，進(jìn)入創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)界面，如圖5所示。
圖5 創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)界面
2.6 生成蝸殼曲面
點(diǎn)擊曲面工具條中[橋接]按鈕，在橋接曲面定義窗口中第一曲線、第二曲線分別選擇蝸殼斷面一、蝸殼斷面二，再點(diǎn)擊確定，即可生成蝸殼曲面。
2.7 蝸殼曲面展開(kāi)
點(diǎn)擊已展開(kāi)外形工具條中[展開(kāi)]按鈕，選擇蝸殼曲面，即可生成。如圖6所示。
圖6 蝸殼曲面展開(kāi)
2.8 插入蝸殼展開(kāi)平面
點(diǎn)擊參考元素工具條中[平面]按鈕，出現(xiàn)平面定義窗口，平面類型中選擇通過(guò)三點(diǎn)，選擇蝸殼展開(kāi)面的三點(diǎn)，點(diǎn)擊確定完成蝸殼展開(kāi)平面的定義。蝸殼展開(kāi)曲面不隱藏，其余不需要的作隱藏。
2.9 切換進(jìn)入工程制圖窗口界面
選擇[開(kāi)始\機(jī)械設(shè)計(jì)\工程制圖]命令，進(jìn)入工程制圖]界面，如圖7所示，點(diǎn)擊視圖工具條中[正視圖]按鈕。
圖7 進(jìn)入工程制圖窗口
2.10 切換進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面
點(diǎn)擊工程制圖窗口下拉菜單，選擇所繪蝸殼零件。點(diǎn)擊前面已定義的蝸殼展開(kāi)平面，即可生成如圖8所示圖形，再點(diǎn)擊繪圖面上任意一點(diǎn)，可生成蝸殼下料型線。
圖8 生成蝸殼下料型線
2.11 將文件另存為AUTOUCAD圖紙
點(diǎn)擊工程制圖文件下拉菜單/另存為命令，另存為窗口中文件類型選為dwg，即可得到按比例的蝸殼下料展開(kāi)圖，如圖9所示。
圖9 蝸殼下料展開(kāi)圖
3 形成蝸殼三維實(shí)體結(jié)構(gòu)
經(jīng)過(guò)以上幾個(gè)步驟，基本完成了蝸殼的表面形狀，如圖10所示。
圖10 蝸殼表面形狀圖
但要對(duì)其進(jìn)行重量計(jì)算和物理特性分析，必須形成一個(gè)實(shí)體，選擇[開(kāi)始\機(jī)械設(shè)計(jì)\零件設(shè)計(jì)]命令，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面�；氐搅慵O(shè)計(jì)界面，選擇[基于曲面的特征]工具條中的[厚曲面]按鈕，依次加厚蝸殼各節(jié)，從而形成蝸殼的三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，如圖11所示。
圖11 蝸殼的三維實(shí)體模型
至此已基本完成了蝸殼的各斷面的三維實(shí)體造型，制作過(guò)程需要結(jié)合其他有關(guān)零部件和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行分析，這樣才能制作成一個(gè)完全符合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的三維模型。
4 應(yīng)用三維軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品取得的效益及前景
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有三維軟件的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，技術(shù)人員突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方法，使技術(shù)人員在蝸殼的設(shè)計(jì)制作上有了自己獨(dú)特的思路和經(jīng)驗(yàn)，并為以后各種類型零件的下料提供了快捷、可靠的設(shè)計(jì)手段，為分析計(jì)算有關(guān)參數(shù)提供了原始的數(shù)據(jù)資料和三維分析模型。所有這些設(shè)計(jì)方式使機(jī)組零部件結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)便、性能更優(yōu)越。三維軟件現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本等方面，從而提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)研發(fā)水平，其主要設(shè)計(jì)理念已推廣應(yīng)用于其他工程項(xiàng)目上，取得了較好的效果。
5 結(jié)束語(yǔ)
這里只是介紹了三維CATIA 軟件的最基本的用法和特征，幫助廣大技術(shù)人員盡快掌握和提高應(yīng)用能力，發(fā)揮創(chuàng)造性，提高工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，并有助于促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，使得整個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)范化。該軟件本身提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和研發(fā)功能，若要達(dá)到更高的應(yīng)用水平，更好更快地挖掘和發(fā)揮三維CATIA軟件的強(qiáng)大功能，需要技術(shù)人員對(duì)三維CATIA軟件進(jìn)一步的學(xué)習(xí)掌握和提高，更需要大家不斷地探討及廣泛地應(yīng)用和發(fā)掘。
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本文標(biāo)題：水輪機(jī)蝸殼下料的三維設(shè)計(jì)
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