CATIA V5R21基础教程：机械实例版

随着计算机技术的高速发展，数字化设计也越来越普及。手工绘图、计算的时代已经过去，尤其是在机械、电气、建筑、土木等需要大量绘图、造型、校核的工程项目中，采用计算机辅助工程设计软件进行造型设计、分析校核、动态仿真已成为先进制造业的主要手段和鲜明标志。采用计算机辅助设计软件可以大大提高设计效率，缩短研发周期，降低研发成本，因此无论是科研单位还是中小型企业都越来越重视软件的使用，而熟练掌握各种CAD/CAE/CAM软件也成为现代工程师的技能。随着“工业4.0”“中国制造2025”的相继提出，以及传统制造业的转型升级，数字化制造将成为未来制造业的主流。因此，我们策划了计算机辅助设计软件应用系列图书。

CATIA软件的全称是Computer aided tri-dimensional interface application，是法国Dassault System公司（达索公司）的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位。CATIA起源于航空航天业，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车制造、造船、电子电器、消费品等行业。

本书以CATIA V5R21中文版为基础，详细地讲述了利用CATIA进行产品设计的方法和过程。具体内容包括：第1章介绍了CATIA基础知识，包括CATIA应用和概貌、用户操作界面、基本操作等。第2章介绍了CATIA草图绘制功能，包括草图编辑器、草图编辑器选项、草图绘制功能、草图操作功能、草图约束功能等。第3章介绍了CATIA实体特征设计功能，包括实体特征造型方法和思路、基本实体特征、实体成型特征、实体修饰和变换特征等。第4章以介绍了CATIA创成式曲线和曲面设计功能，包括创成式外形设计工作台、曲线、曲线操作、曲面、曲面操作和曲面创建实体特征等。第5章介绍了CATIA V5R21装配设计技术。包括装配设计工作台、加载零件或部件、移动零件或部件、装配约束和装配爆炸图第6章介绍了CATIA工程图技术，包括设置工程图环境、创建图纸页、设置图框和标题栏、创建工程视图、工程图中的草图绘制、标注尺寸、符号标注、文本标注等。第7章讲解了水龙头阀体、电饭煲、加油桶、车床拨叉、曲轴箱泵体的CATIA实体特征建模的设计思路和设计过程。第8章讲解风扇叶轮、旋转按钮、操作盘、吹风机、台灯的CATIA曲面特征造型的设计思路和设计过程。第9章讲解了定滑轮、机械手、滑动轴承座的CATIA装配体的设计思路和设计过程。第10章讲解了盘盖类、箱体类和装配体的CATIA工程图的设计思路和设计过程。

本书具有以下几方面特色：

1．易学实用的高级入门教程，展现数字化设计与制造全流程。

2．按照“基础应用（功能模块） 高级应用（思路分析）”的模式组织内容。

3．典型工程案例精析，直击难点、痛点。

4．分享设计思路与技巧，举一反三不再难。

5．书中配置大量二维码，教学视频同步精讲，手机扫一扫，技能全掌握。

6．长达500分钟的教学视频精讲同时置于随书附赠DVD光盘中，方便读者离线学习。

7．超值资源赠送。

本书特别适合在CATIA培训班上使用，同时也是高等院校、高职高专等工科院校机械类相关专业学生的理想教材，还可作为工程技术人员自学机械设计的实用教程。

本书由高长银主编，晋会杰、李万全副主编。其中，高长银编写了第1章～第4章，晋会杰编写了第7章、第8章和第10章，李万全编写了第5章、第6章和第9章。马龙梅、熊加栋、周天骥、高誉瑄、石书宇、范艺桥、马春梅、石铁峰、刘建军、马玉梅、赵程、李菲、高银花、王亚杰、马子龙、朱冬萍等为本书的资料收集和整理做了大量工作，在此一并表示感谢！

由于时间有限，书中难免会有一些错误和不足之处，欢迎广大读者及业内人士予以批评指正。

编者

2018.3

本书以CATIA V5R21中文版为基础，全书按照“基础应用（功能模块） 高级应用（思路分析）”的模式组织内容，在基础模块中通过一个个简单、典型的案例对CATIA的草图、实体特征、创成曲线和曲面、装配和工程图功能进行介绍；高级应用则以典型的综合案例为主，从设计思路分析到整个设计过程，精讲了如何应用CATIA软件进行一个完整的机械产品设计的设计方法和过程。本书特别适合在CATIA培训班上使用，同时也是高等院校、高职高专等工科院校机械类相关专业学生的理想教材，还可作为工程技术人员自学机械设计的实用教程。

高长银，郑州航空工业管理学院，飞行器动力工程教研室主任，教授，毕业于大连理工大学机械工程学院机械制造及其自动化专业，获博士学位。从事机械检测和控制技术、传感器与执行器技术、机械设计与制造技术等领域的教学与科研工作。近年来，主持和参与完成了包括国家自然科学基金、航空科学基金、河南省自然科学基金、河南省科技攻关计划等科研课题10项（其中7项通过河南省科技厅组织的技术鉴定），获河南省教育厅科技成果一等奖1项；申请专利4项，获国家授权发明专利1项；出版学术著作50部，发表学术论文50余篇。 长期从事AuotoCAD，UG，ANSYS软件的官方培训，精通掌握多个CAD/CAM流行软件（AutoCAD，Pro/E， UG，SolidWorks，ANSYS，Mastercam）的使用和高级应用设计技能，从事过各类产品的三维造型、模具以及数控加工设计，具有扎实的设计经验，实践经验丰富。 所获奖励：2004年辽宁省科技进步一等奖

第1章　CATIA V5R21基础知识

1.1　CATIA V5R21介绍 2

1.1.1　CATIA在制造业和设计界的应用 2

1.1.2　CATIA V5概貌 4

1.1.3　CATIA与同类软件产品的比较 6

1.2　CATIA V5R21用户操作界面 7

1.3　CATIA V5R21基本操作 9

1.3.1　文件操作 9

1.3.2　视图操作 13

1.3.3　鼠标操作 17

1.3.4　指南针操作 18

1.3.5　选择操作 20

第2章　草图设计

2.1　草图编辑器简介 26

2.1.1　启动草图编辑器 26

2.1.2　草图用户界面 27

2.1.3　草图绘制基本流程 30

2.2　设置草图编辑器选项 32

2.3　启动草图编辑器 33

2.3.1　选择草绘平面 33

2.3.2　普通草图和定位草图 34

2.4　草图绘制功能 35

2.4.1　草绘绘制元素 35

2.4.2　【草图工具】工具栏 38

2.4.3　自动几何约束 40

2.5　草图操作功能 43

2.5.1　草图元素拖动操作 44

2.5.2　圆角 45

2.5.3　快速修剪 46

2.6　草图约束功能 49

2.6.1　草图几何约束 49

2.6.2　草图尺寸约束 51

2.7　退出草图编辑器 53

2.7.1　草图求解状态 53

2.7.2　退出草图编辑器 54

第3章　实体特征设计

3.1　实体特征设计简介 56

3.1.1　实体特征造型方法 56

3.1.2　CATIA零件设计工作台 58

3.1.3　实体特征建模方法 63

3.1.4　实体建模基本流程 65

3.2　基本实体特征 66

3.2.1　凸台特征（拉伸） 67

3.2.2　旋转体特征（旋转） 74

3.3　实体成形特征 76

3.3.1　孔特征 77

3.3.2　加强肋特征 82

3.4　实体修饰特征 83

3.4.1　倒圆角 84

3.4.2　倒角 85

3.5　实体变换特征 87

3.6　保存文件 89

第4章　创成式曲线和曲面设计

4.1　创成式外形设计工作台概述 91

4.1.1　启动创成式外形设计工作台 91

4.1.2　创成式外形设计工作台界面 92

4.2　创建曲线 97

4.2.1　创建点 98

4.2.2　创建直线 100

4.2.3　创建平面 104

4.2.4　创建圆弧和圆 106

4.3　曲线操作 109

4.3.1　曲线拆解 109

4.3.2　曲线接合 114

4.3.3　曲线分割和修剪 115

4.4　创建曲面 118

4.4.1　创建基本曲面 118

4.4.2　创建多截面曲面 120

4.4.3　创建填充曲面 122

4.5　曲面操作 126

4.5.1　接合曲面 126

4.5.2　曲面圆角 127

4.6　曲面创建实体特征 129

第5章　装配体设计

5.1　装配设计模块概述 132

5.1.1　进入装配设计工作台 132

5.1.2　装配方式 137

5.1.3　自底向上装配方法和流程 137

5.2　加载零件或部件（组件） 139

5.2.1　加载现有部件 140

5.2.2　加载具有定位的现有部件 141

5.3　移动零件或部件（组件） 144

5.3.1　利用指南针（罗盘）移动零部件 144

5.3.2　利用【操作】命令移动零部件 148

5.4　装配约束 151

5.4.1　装配约束概述 152

5.4.2　装配约束类型 152

5.5　装配体爆炸图（分解） 157

第6章　工程图设计

6.1　工程图概述 162

6.1.1　工程图工作台用户界面 162

6.1.2　CATIA工程图设计流程 165

6.2　设置工程图环境 166

6.3　创建图纸页 170

6.4　设置图框和标题栏 172

6.5　创建工程视图 173

6.5.1　创建基本视图 174

6.5.2　创建剖视图 176

6.6　工程图中的草图绘制 179

6.6.1　【几何图形创建】工具栏 179

6.6.2　【几何图形修改】工具栏 180

6.7　创建修饰特征 181

6.7.1　自动显示中心线 181

6.7.2　创建和编辑修饰特征 182

6.8　标注尺寸 184

6.8.1　标注工程图尺寸 184

6.8.2　使用文本标注尺寸 188

6.9　标注粗糙度 189

6.10　基准特征和形位公差 191

6.10.1　标注基准特征符号 191

6.10.2　创建形位公差 192

6.11　标注文本 193

6.12　保存工程图文件 195

第7章 实体特征设计实例

7.1　综合实例1——水龙头阀体造型设计 197

7.1.1　水龙头阀体结构分析 197

7.1.2　水龙头阀体造型思路分析 198

7.1.3　水龙头阀体造型操作过程 200

7.2　综合实例2——电饭煲产品设计 208

7.2.1　电饭煲结构分析 209

7.2.2　电饭煲造型思路分析 210

7.2.3　电饭煲设计操作过程 212

7.3　综合实例3——加油桶产品设计 228

7.3.1　加油桶结构分析 228

7.3.2　加油桶造型思路分析 229

7.3.3　加油桶设计操作过程 230

7.4 综合实例4——车床拨叉产品设计 243

7.4.1　车床拨叉结构分析 244

7.4.2　车床拨叉造型思路分析 244

7.4.3　车床拨叉设计操作过程 246

7.5　综合实例5——曲轴箱泵体设计 255

7.5.1　曲轴箱泵体结构分析 255

7.5.2　曲轴箱泵体造型思路分析 256

7.5.3　曲轴箱泵体设计操作过程 257

第8章 曲面造型设计实例

8.1 综合实例1——风扇叶轮产品设计 274

8.1.1　风扇叶轮造型思路分析 275

8.1.2　风扇叶轮造型操作过程 277

8.2　综合实例2——旋转按钮产品设计 287

8.2.1　旋转按钮造型思路分析 287

8.2.2　旋转按钮造型操作过程 289

8.3　综合实例3——操作盘产品设计 301

8.3.1　操作盘造型思路分析 302

8.3.2　操作盘设计操作过程 304

8.4 综合实例4——吹风机产品设计 313

8.4.1　吹风机造型思路分析 314

8.4.2　吹风机产品造型操作过程 316

8.5　综合实例5——台灯产品设计 332

8.5.1　台灯造型思路分析 332

8.5.2　台灯产品造型操作过程 334

第9章 装配体设计实例

9.1　综合实例1——定滑轮装配体设计 347

9.1.1　定滑轮装配设计思路分析 348

9.1.2　定滑轮装配操作过程 350

9.2　综合实例2——机械手装配体设计 360

9.2.1　机械手装配设计思路分析 360

9.2.2　机械手装配操作过程 364

9.3　综合实例3——滑动轴承座装配体设计 380

9.3.1　滑动轴承座装配设计思路分析 380

9.3.2　滑动轴承座装配操作过程 383

第10章 工程图设计实例

10.1　盘盖类零件工程图设计 393

10.1.1　法兰盘工程图分析 393

10.1.2　法兰盘工程图绘制过程 395

10.2　传动箱体类零件工程图实例 421

10.2.1　传动箱体工程图分析 421

10.2.2　传动箱体工程图绘制过程 422

10.3　滑动轴承座装配工程图 445

10.3.1　滑动轴承座装配工程图分析 446

10.3.2　滑动轴承座装配工程图绘制过程 446

参考文献 467

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