0 前言
随着软件的不断发展、更新和升级，许多世界级的集团都已开始采用CATIA三维软件进行产品设计。CATIA三维设计软件和相关的功能模块为技术人员提供了强有力的、形象化的技术开发和产品设计平台。为了使广大技术人员能更好更快地掌握其使用方法，这里就通过介绍怎样利用CATIA三维软件设计制作水轮机蜗壳的简单过程及步骤来叙述该软件的部分功能，以促进技术人员之间的相互学习、交流，以及人才的培养和成长。
1 水轮机蜗壳的结构及特点
水轮机蜗壳在水轮机各零部件中属于规则的曲面结构，下料成型复杂。通过对水轮机蜗壳的三维设计制作下料，能有效保证蜗壳尺寸的准确度，使生产过程中的不合理因素减少到最低限度，有效地降低产品的制造成本。
2 蜗壳的三维设计制作下料及步骤
由于蜗壳为曲面结构，为了更加准确表达蜗壳的曲面形状，绘图时将蜗壳分成许多断面，可根据蜗壳单线图中的许多断面进行下料。具体步骤如下：
2.1 进入零件设计界面
运行CATIA软件，进入CATIA三维软件设计平台，选择[开始\机械设计\零件设计]命令，进入零件设计界面，如图1所示。
图1 零件设计
2.2 绘制各断面位置
选择草图工具条中[草图]按钮，点击该命令，选择XY平面后出现草图界面，在此草图中绘制蜗壳单线图，绘制后结果如图2所示。然后，选择草图工具条中[退出工作台]按钮，点击该命令，退出现草图界面。
图2 绘制各断面位置
2.3 插入各断面草绘平面
点击参考元素工具条中[平面]按钮，出现平面定义窗口，平面类型中选择平面的角度/法线，选择前面所绘断面位置的直线作为旋转轴，选择前面所选的XY平面作为参考，输入90°，点击确定即可完成，如图3所示。
图3 平面定义
2.4 绘制蜗壳各断面草图
选择草图工具条中[草图]按钮，点击该命令，选择所绘断面所在的平面后出现草图界面，在此草图中绘制该断面的蜗壳型线。绘制完成后退出，继续绘制下一个蜗壳断面草图。
图4 蜗壳断面草图
2.5 切换窗口
进入创成式外形设计界面。选择[开始\形状\创成式外形设计]命令，进入创成式外形设计界面，如图5所示。
图5 创成式外形设计界面
2.6 生成蜗壳曲面
点击曲面工具条中[桥接]按钮，在桥接曲面定义窗口中第一曲线、第二曲线分别选择蜗壳断面一、蜗壳断面二，再点击确定，即可生成蜗壳曲面。
2.7 蜗壳曲面展开
点击已展开外形工具条中[展开]按钮，选择蜗壳曲面，即可生成。如图6所示。
图6 蜗壳曲面展开
2.8 插入蜗壳展开平面
点击参考元素工具条中[平面]按钮，出现平面定义窗口，平面类型中选择通过三点，选择蜗壳展开面的三点，点击确定完成蜗壳展开平面的定义。蜗壳展开曲面不隐藏，其余不需要的作隐藏。
2.9 切换进入工程制图窗口界面
选择[开始\机械设计\工程制图]命令，进入工程制图]界面，如图7所示，点击视图工具条中[正视图]按钮。
图7 进入工程制图窗口
2.10 切换进入零件设计界面
点击工程制图窗口下拉菜单，选择所绘蜗壳零件。点击前面已定义的蜗壳展开平面，即可生成如图8所示图形，再点击绘图面上任意一点，可生成蜗壳下料型线。
图8 生成蜗壳下料型线
2.11 将文件另存为AUTOUCAD图纸
点击工程制图文件下拉菜单/另存为命令，另存为窗口中文件类型选为dwg，即可得到按比例的蜗壳下料展开图，如图9所示。
图9 蜗壳下料展开图
3 形成蜗壳三维实体结构
经过以上几个步骤，基本完成了蜗壳的表面形状，如图10所示。
图10 蜗壳表面形状图
但要对其进行重量计算和物理特性分析，必须形成一个实体，选择[开始\机械设计\零件设计]命令，进入零件设计界面。回到零件设计界面，选择[基于曲面的特征]工具条中的[厚曲面]按钮，依次加厚蜗壳各节，从而形成蜗壳的三维实体结构，如图11所示。
图11 蜗壳的三维实体模型
至此已基本完成了蜗壳的各断面的三维实体造型，制作过程需要结合其他有关零部件和专业知识进行分析，这样才能制作成一个完全符合产品结构和特点的三维模型。
4 应用三维软件开发设计产品取得的效益及前景
通过对现有三维软件的应用和开发，技术人员突破了传统的设计理念和方法，使技术人员在蜗壳的设计制作上有了自己独特的思路和经验，并为以后各种类型零件的下料提供了快捷、可靠的设计手段，为分析计算有关参数提供了原始的数据资料和三维分析模型。所有这些设计方式使机组零部件结构更简便、性能更优越。三维软件现已广泛应用于产品优化设计，降低产品设计成本等方面，从而提高了产品设计质量及设计研发水平，其主要设计理念已推广应用于其他工程项目上，取得了较好的效果。
5 结束语
这里只是介绍了三维CATIA 软件的最基本的用法和特征，帮助广大技术人员尽快掌握和提高应用能力，发挥创造性，提高工作效率和设计质量，从而缩短新产品的研发周期，并有助于促进产品设计的标准化、系列化、通用化，使得整个设计规范化。该软件本身提供了强大的设计和研发功能，若要达到更高的应用水平，更好更快地挖掘和发挥三维CATIA软件的强大功能，需要技术人员对三维CATIA软件进一步的学习掌握和提高，更需要大家不断地探讨及广泛地应用和发掘。
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本文标题：水轮机蜗壳下料的三维设计
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