0 前言

    隨著軟件的不斷發展、更新和升級，許多世界級的集團都已開始采用CATIA三維軟件進行產品設計。CATIA三維設計軟件和相關的功能模塊為技術人員提供了強有力的、形象化的技術開發和產品設計平臺。為了使廣大技術人員能更好更快地掌握其使用方法，這里就通過介紹怎樣利用CATIA三維軟件設計制作水輪機蝸殼的簡單過程及步驟來敘述該軟件的部分功能，以促進技術人員之間的相互學習、交流，以及人才的培養和成長。

1 水輪機蝸殼的結構及特點

    水輪機蝸殼在水輪機各零部件中屬于規則的曲面結構，下料成型復雜。通過對水輪機蝸殼的三維設計制作下料，能有效保證蝸殼尺寸的準確度，使生產過程中的不合理因素減少到最低限度，有效地降低產品的制造成本。

2 蝸殼的三維設計制作下料及步驟

    由于蝸殼為曲面結構，為了更加準確表達蝸殼的曲面形狀，繪圖時將蝸殼分成許多斷面，可根據蝸殼單線圖中的許多斷面進行下料。具體步驟如下：

    2.1 進入零件設計界面

    運行CATIA軟件，進入CATIA三維軟件設計平臺，選擇[開始\機械設計\零件設計]命令，進入零件設計界面，如圖1所示。

圖1 零件設計

    2.2 繪制各斷面位置

    選擇草圖工具條中[草圖]按鈕，點擊該命令，選擇XY平面后出現草圖界面，在此草圖中繪制蝸殼單線圖，繪制后結果如圖2所示。然后，選擇草圖工具條中[退出工作臺]按鈕，點擊該命令，退出現草圖界面。

圖2 繪制各斷面位置

    2.3 插入各斷面草繪平面

    點擊參考元素工具條中[平面]按鈕，出現平面定義窗口，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軸，選擇前面所選的XY平面作為參考，輸入90°，點擊確定即可完成，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，點擊該命令，選擇所繪斷面所在的平面后出現草圖界面，在此草圖中繪制該斷面的蝸殼型線。繪制完成后退出，繼續繪制下一個蝸殼斷面草圖。

圖4 蝸殼斷面草圖

    2.5 切換窗口

    進入創成式外形設計界面。選擇[開始\形狀\創成式外形設計]命令，進入創成式外形設計界面，如圖5所示。

圖5 創成式外形設計界面

    2.6 生成蝸殼曲面

    點擊曲面工具條中[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，再點擊確定，即可生成蝸殼曲面。

    2.7 蝸殼曲面展開

    點擊已展開外形工具條中[展開]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

    2.8 插入蝸殼展開平面

    點擊參考元素工具條中[平面]按鈕，出現平面定義窗口，平面類型中選擇通過三點，選擇蝸殼展開面的三點，點擊確定完成蝸殼展開平面的定義。蝸殼展開曲面不隱藏，其余不需要的作隱藏。

    2.9 切換進入工程制圖窗口界面

    選擇[開始\機械設計\工程制圖]命令，進入工程制圖]界面，如圖7所示，點擊視圖工具條中[正視圖]按鈕。

圖7 進入工程制圖窗口

    2.10 切換進入零件設計界面

    點擊工程制圖窗口下拉菜單，選擇所繪蝸殼零件。點擊前面已定義的蝸殼展開平面，即可生成如圖8所示圖形，再點擊繪圖面上任意一點，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圖，如圖9所示。

圖9 蝸殼下料展開圖

3 形成蝸殼三維實體結構

    經過以上幾個步驟，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

    但要對其進行重量計算和物理特性分析，必須形成一個實體，選擇[開始\機械設計\零件設計]命令，進入零件設計界面。回到零件設計界面，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，從而形成蝸殼的三維實體結構，如圖11所示。

圖11 蝸殼的三維實體模型

    至此已基本完成了蝸殼的各斷面的三維實體造型，制作過程需要結合其他有關零部件和專業知識進行分析，這樣才能制作成一個完全符合產品結構和特點的三維模型。

4 應用三維軟件開發設計產品取得的效益及前景

    通過對現有三維軟件的應用和開發，技術人員突破了傳統的設計理念和方法，使技術人員在蝸殼的設計制作上有了自己獨特的思路和經驗，并為以后各種類型零件的下料提供了快捷、可靠的設計手段，為分析計算有關參數提供了原始的數據資料和三維分析模型。所有這些設計方式使機組零部件結構更簡便、性能更優越。三維軟件現已廣泛應用于產品優化設計，降低產品設計成本等方面，從而提高了產品設計質量及設計研發水平，其主要設計理念已推廣應用于其他工程項目上，取得了較好的效果。

5 結束語

    這里只是介紹了三維CATIA 軟件的最基本的用法和特征，幫助廣大技術人員盡快掌握和提高應用能力，發揮創造性，提高工作效率和設計質量，從而縮短新產品的研發周期，并有助于促進產品設計的標準化、系列化、通用化，使得整個設計規范化。該軟件本身提供了強大的設計和研發功能，若要達到更高的應用水平，更好更快地挖掘和發揮三維CATIA軟件的強大功能，需要技術人員對三維CATIA軟件進一步的學習掌握和提高，更需要大家不斷地探討及廣泛地應用和發掘。 

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本文標題：水輪機蝸殼下料的三維設計

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