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CATIA数学建模与应用,主讲：尹兆雷 导师：王哲,前言,CATIA是一种功能强大的计算机辅助设计软件，主要用于航空航天工业和汽车工业，其强大的造型功能模块和曲面造型模块为现代化工业无纸化设计提供了强大的工具第一章 CATIA软件介绍,1.1 CATIA的用户界面 顶部菜单区 产品/部件/零件树形结构图 图形工作区 功能菜单区 工具菜单区 1.2 CATIA模型存放及显示设置 产品结构、文档及CATIA元素的选取 物体的显示特性以及显示模式,CATIA的工作界面,1.11 顶部菜单区,CATIA V5R17的顶部菜单区如图所示： 顶部菜单区自左向右由十个部分组成，其中“开始（start）”菜单包括CATIA所有的模块操作命令的组合菜单，CATIA模块主要包括 Infranstruction（基础结构）、Mechanical Design （机械设计）等1.11 顶部菜单区,每个主模块下面又包含多个子模块，如“机械设计”下面包含：Part Design（零部件设计）、Assembly Design（装配件设计）、草图绘制器（草图绘制器）等当选择一个模块时，工作界面就自动调整为选择的界面。

文件管理菜单是用以保存和开启档案文件，在保存文件的时候要注意，CATIA提供了多种文件保存格式，一般默认为 CATProduct1.12 产品/部件/零件树形结构图,CATIA软件用户界面的左边有一个零件树，通过它可以方便的查询零件或者产品部件的各项数据，双击树形结构的某一操作按钮就可以直接进入此项操作 历史树的结构 历史树包含了所有的特征、约束以及关系 2.历史树的操作 1.历史树的显示与隐藏：单击F3键可以切换历史树的显示与隐藏 2.显示与隐藏：单击历史树的任一对象，再单击右键，选择隐藏/显示，可将所选对象显示与隐藏图2-5,,例如，图2-5所示特征树的根结点是Part1，它以下有xy、yz、zx三个基准平面和PartBody四个结点结点是一个三维形体它的下一层有，4个对象和3个pocket，共7个结点说 明它是经过4次对象（拉伸） 和3次pocket（挖切）形成 的,1.13 图形工作区,图形工作区是CATIA主要的绘图区域，其左边是树形结构，右边是罗盘 在CATIA中我们可以采用罗盘来对试图进行旋转和平移 通过鼠标对视图进行操作： 窗口缩放：按住滚轮后，单击鼠标左/右键，上下拖动鼠标。

窗口移动：按住滚轮，拖动鼠标 窗口旋转：按住滚轮，再按住鼠标左/右键，移动鼠标即可1.14 功能菜单区,在图形工作区右边的是与选中的工作台相应的功能菜单区，以机械设计中的零件设计为例，在顶部菜单区中的开始菜单中选择机械设计中的零件设计分菜单，这时在功能菜单区出现了与零件设计相对应的功能菜单：,1.15 工具菜单区,在图形工作区下方是工具菜单区，一些常用的工具，如粘贴、复制、保存、显示全部、移动、旋转、放大、缩小、测量等 标准工具条： 知识工具条： 视图工具条：,视图工具条： 1. 最佳显示 单击该图标或选择菜单“视图”“适合全部”，全部图形对象按最佳比例显示 2. 放大显示 单击一次该图标，显示比例约放大1.4倍 3. 缩小显示 单击一次该图标，显示比例约缩小1.4倍 4. 缩放显示 选择菜单“视图”“缩放”，按住鼠标左键，向外移动光标，放大显示，向内移动光标，缩小显示 5. 窗口放大显示 选择菜单“视图”“缩放区域”，在P1点按住鼠标左键，移动光标到P2点，松开鼠标左键，以P1、P2为对角点的矩形区域尽可能大地被显示6.改变观察位置 单击图标或选择菜单“视图”“平移”，按住鼠标左键，观察位置随着鼠标的移动做同样的平移。

7.改变观察方向 1．从任意方向观察形体 单击图标 或选择菜单“视图” “旋转”，按住鼠标左键， 出现一个×和一个虚线的圆，见 图2-14×表示人眼的位置，圆 心位于坐标系的原点，×与圆心 连线即为观察方向×在圆内表 示从前向后观察，×在圆外表示 从后向前观察图形对象随着鼠标沿弧线的移动而旋转图2-14,2. 沿基准平面法线的方向观察形体 单击图标，选择基准平面，例如从特征树上选择xy平面图2-15所示依次是沿xy平面、yz平面、zx平面的法线方向观察形体的结果图2-15,xy平面,yz平面,zx平面,1.21 文档及CATIA元素的选取,文档： 1.Part 是存储CATIA模型的基本文件，通常以*.CATPart为后缀 2.选择文件下拉菜单或者通过快捷键 Ctrl+N 新建一个文档 3.单击图标或选择菜单“文件” 【New … 】，将弹出如右图 所示确定新文件类型的“新建”对 话框，例如选择Part，单击确定按钮， 即可建立一个新文件，并且进入三 维零件建模模块4.打开已有的文件 单击图标或选择菜单“文件” “打开”，将弹出“文件选择”对 话框，选择一个已有的文件，例如 选择“Drawing1.CATDrawing”，单 击“打开”按钮，即可打开该文件并 且进入二维作图模式。

5.保存文件 1. 保存已命名的文件 单击图标或选择菜单“文件”“保存”即可 2. 以另外的名字保存文件 选择菜单“文件” “另存为……”，在随后弹出的“另存为……”对话框内输入文件名即可 3. 保存未命名的新文件 单击图标 或选择菜单“文件”  “保存” ，在随后弹出的“另存为……”对话框内输入文件名即可2.CATIA元素的选取以及操作,2.CATIA元素的选取： 选择一个物体：鼠标移动到该物体，左键单击该物体，即可选中该物体 选择多个物体：按住 Ctrl 键再用左键点击，即可连续选中物体3.鼠标操作 CATIA推荐用三键或带滚轮的双键鼠标，各键的功能如下： 1. 左键 确定位置、选取图形对象、菜单或图标 2. 右键 单击右键，弹出上下文相关菜单 3. 中键或滚轮 （1）按住中键或滚轮，移动鼠标，拖动图形对象的显示位置 （2）按住中键或滚轮，单击左键，向外移动鼠标，放大图形对象的显示比例，向内移动鼠标，缩小图形对象的显示比例 （3）同时按住中键或滚轮和左键，移动鼠标，改变对图形对象的观察方向 以上操作可以改变图形对象的位置、大小和旋转一定角度，但只是改变了用户的观察位置和方向，图形对象的位置并没有改变。

4.罗盘操作 罗盘是由与坐标轴平行的直线和三个圆弧组成的，其中X和Y轴方向各有两条直线，Z轴方向只有一条直线这些直线和圆弧组成平面，分别与相应的坐标平面平行，见图2-3 通过菜单“视图”“罗盘”可以显示或隐藏罗盘 当罗盘与形体分离时，利用罗盘可以改变形体的 显示状态当罗盘附着到形体的表面时，利用罗 盘可以改变形体的实际位置图2-3,（1） 改变形体的显示位置 当光标接近罗盘的直线和圆弧段时， 直线或圆弧段呈红色显示，光标由箭头 改变为手的形状按住鼠标左键，沿罗 盘的直线移动时，形体将沿着相应的方 向做同样的“移动”按住鼠标左键，沿罗盘的弧 线移动时，形体将绕相应的坐标轴同方向做同样的“旋转” 用光标指向罗盘顶部的圆点时，圆点呈红色显示按住鼠标左键，拖动圆点绕另一端红色的方块旋转时，形体也会跟着“旋转” 以上操作只是改变了观察形体的位置和方向，形体的实际位置并没有改变2） 改变形体的实际位置 当光标指向罗盘的红色方块时，光标改为 按住鼠标左键，拖动罗盘到形体的 表面，罗盘呈绿色显示，坐标轴名 称改变为U、V、W，表示罗盘已经 附着到形体的表面上，见图2-4 操作方法和操作过程与改变形 体的显示位置相同，但改变的是形 体的实际位置。

用鼠标拖动罗盘底部的红色方块，或者选择菜单“视图”“重置罗盘”，罗盘即可脱离形体表面，返回到原来位置图2-4,1.22 物体的显示特性及显示模式,物体的显示特性： 预设物体的显示特性，选择“工具”菜单下的“显示”一栏，在弹出的对话框中改变背景颜色和线性等 2. 设置显示模式： 物体的显示模式主要分为：,（1）形体用三维线框表示 （2）边或轮廓线用前景色， 表面用背景色，不显示被表 面遮挡的边或轮廓线 （3）用前景色浓淡着色显 示形体的表面4）除了用前景色浓淡着色显 示形体的表面之外，还用背景色 显示形体的边或轮廓线 （5） 除了用前景色浓淡着色 显示形体的表面之外，还用背 景色显示形体所有的边或轮廓 线 （6）将材质信息附着到形体的 表面上第二章 草图设计,2.1 进入草图工作台 2.2 草图功能介绍 草图环境控制工具栏 草图创建工具栏 草图编辑工具栏 约束工具栏 标准元素与构造元素,2.1 进入草图工作台,常用的有两种方法进入草图工作台： 选择CATIA顶部菜单区的“开始”菜单，选择“机械设计”中的草图绘制器这时系统会提示你选择一个面作为草图绘制的基准面，选择一个基准面或者是一个实体表面，这样就进入草图设计工作台。

在零件设计工作台下单击 按钮后选择基准面、几何平面或者现有的草图，便进入草图环境 在草图工作台单击 按钮就可以保存草图并退出草图工作台2.1 草图设计工作台,2.21 草图环境控制工具栏,草图环境控制工具栏中有四个关于草图环境设定的按钮： 栅格点捕捉按钮 创建标准元素按钮 自动加载几何约束按钮 尺寸约束按钮,2.22 草图创建工具栏 选取菜单“插入““轮廓”即可显示图3-3所示有关绘制图形的菜单，从中选取绘制图形的菜单项，或者单击图2-2所示“轮廓”工具栏的图标，即可绘制所选的图形轮廓 预定义的图形 圆和圆弧 圆锥曲线 样条曲线 直线 轴线 点,,轮廓 预定义的图形 圆和圆弧 样条曲线 圆锥曲线 直线 轴线 点,图2-2 有关绘制图形的菜单,图2-3 “轮廓”工具栏的图标,一、绘制轮廓线 绘制由若干直线段和圆弧段组成的轮廓线单击图标，提示区出现“单击或选择轮廓的起点”的提示，“草图工具”工具栏显示为图2-4所示的状态草图工具”工具栏的右端增加了直线段、沿前一段相切的方向绘制圆弧段和3点绘制圆弧段3个图标当前线段的种类橙色显示图标的右方是起点的“H”和“V”文本编辑框图2-4,（1）确定轮廓线的起点 移动鼠标，在“草图工具”工具栏显示了光标的当前位置，单击鼠标左键，即输入了该轮廓线的起点，也可通过工具栏的“H”和 “V”文本编辑框键入起点的坐标。

草图工具”工具栏也随之改变为图2-5所示绘制直线段的状态 图2-5 （2）确定轮廓线直线段的端点或绘制圆弧段 此时除了可以用光标或x、y的坐标方式确定直线段的端点外，还可通过工具栏的“L”和“A”编辑框键入直线段的长度和角度确定直线段的端点每段线开始都是绘制直线状态，如果单击图标 或 ，将改变为绘制圆弧段Tools工具栏也随之改变为图2-6所示绘制圆弧段的状态单击图标 ，将绘制由三个点确定的圆弧，因此还需要输入两个点，在“草图工具”工具栏上依次出现“单击选择第二个点”和“单击选择最后一个个点”的提示；单击图标 ，绘制的圆弧与前一段直线或圆弧相切，因此只需要输入一个点图2-6,如果在绘制圆弧时改变为绘制直线，可单击图标 如果按下鼠标左键从轮廓线的最后一点拖动一个矩形，将得到一个圆弧，该圆弧与前一段线相切，端点在矩形的对角点上 绘制轮廓线的段数没有限制，若再次单击图标 或者双击鼠标左键，将结束绘制轮廓线；若首尾两点重合，将自动结束绘制轮廓线二、绘制简单图形 单击图标 ，将弹出含有下列简单图形的工具栏 1、绘制水平方向的矩形 单击图标 ，提示区出现“选择或单击第一个点创建矩形”的提示，“草图工具”工具栏扩展为图2-7所示的状态。

图2-7,,（1）两对角点确定矩形 输入一个点之后，“草图工具”工具栏也随之改变为图2-8所示确定矩形第二个角点的状态再输入一个不在同一水平或垂直线上的点，即可得到该矩形 （2）一个点、矩形的宽度和高度确定。