carte

1. 1
Curs 3
CATIA V5R20. Prezentare generală.
Generalităţi
Fabricaţia asistată de calculator s-a dezvoltat ca răspuns la problema materializării unui model
geometric existent pe planşeta proiectantului. Primul pas în fabricaţia asistată de calculator este
transpunerea în calculator a modelului geometric dorit, folosind o aplicaţie specializată. Există
pe piaţă o serie de aplicaţii care pot servi la realizarea acestei etape, alegerea soluţiei optime
depinzând de mai mulţi factori.
În alegerea corectă a unei aplicaţii destinate modelării de componente mecanice trebuie însă
avute în vedere şi alte întrebuinţări ale modelului geometric elaborat: generarea de desene de
execuţie, realizarea de ansamble şi subansamble, verificarea sau optimizarea formei folosind
un program de calcul cu elemente finite.
Analizând soluţiile CAD propuse de diferite firme (AutoCAD Inventor, SolidWorks, SolidEdge,
CATIA, ProENGINEER, etc.), se poate observa că toate au la bază un modelor geometric 3D
parametrizat peste care s-au adăugat sau se pot adăuga aplicaţii care permit exploatarea
modelului realizat. Aplicaţiile care exploatează modelul geometric pot fi independente sau
integrate aplicaţiei de bază.
În cele ce urmează s-a folosit CATIA V5, o aplicaţie de referinţă în domeniul proiectării asistate
de calculator. Ea oferă o soluţie integrată, pe lângă facilităţile legate de modelarea cu solide
comune tuturor aplicaţiilor reprezentative ea oferind şi module destinate stiliştilor, permiţând
astfel extinderea utilizării calculatorului şi la etape anterioare proiectării constructive.
CATIA V5R20 se prezintă ca un ansamblu de medii de lucru (Workbenches) care pot fi activate
succesiv în vederea realizării unui ansamblu de sarcini. În acest mod s-a putut evita lucrul cu o
interfaţă unică, mult prea complexă pentru majoritatea sarcinilor utilizatorului.
După instalare şi lansare în execuţie, aplicaţia afişează interfaţa necesară realizării unui
ansamblu.
Trecerea la un nou mediu de lucre se realizează selectând Start / Mechanical Design

2. 2
sau
Fig. 1

3. 3
Principiile construirii modelelor
Orice construcţie de model 3D începe de regulă prin realizarea unui contur plan, care printr-o
deplasare (translaţie sau rotaţie) devine o formă de bază. Primul contur se va desena pe unul
dintre planele existente la pornirea aplicaţiei. În continuare, ori de câte ori se realizează o formă
bazată pe un contur, acesta se va construi pe unul dintre planele de coordonate iniţiale, pe o
faţă plană a piesei sau pe un plan ajutător, construit în acest scop.
Conturul plan desenat trebuie să fie :
•
închis;
•
eventualele contururi interioare trebuie să fie închise ;
•
să fie corect şi complet definit (prin cote şi constrângeri).
Contururile interioare pot fi definite concomitent cu cel exterior dacă operaţia prin care se
generează solidul (extrudare sau revoluţie) se realizează între aceleaşi limite (fig. 2).
Fig. 2. Contururi exterioare şi interioare extrudate pe aceeaşi înălţime
Part Design este un mediu de lucru destinat realizării modelelor reperelor. Modelorul integrat în
CATIA este parametrizat, deci el asigură:
•
păstrarea tuturor dimensiunilor ca valori ale unor parametri ;
•
evidenţierea automată a stării schiţei (subdefinită, complet definită sau supradefinită);
•
refacerea automată a reperului în caz de revenire asupra cotelor ;
•
sesizarea intenţiei proiectantului (adăugare automată de constrângeri) ;
•
posibilitatea impunerii unor relaţii între parametri.

4. 4
Fig. 3. Schiţă supradefinită
Fig. 4. Adăugare automată de constrângeri

5. 5
Fig. 5. Impunerea unei relaţii geometrice între parametri
La începerea unui model este esenţială alegerea corectă a formei de bază. Dacă alegerea este
bună, realizarea modelului se va face printr-un număr redus de paşi. Astfel, realizarea modelului
pentru exemplul fundamental, prezentat în continuare, se face prin următorii paşi :
1. Se crează un contur pentru forma de bază (fig.6) ;
2. Se crează forma de bază prin extrudarea conturului 2D (fig.7) ;
3. Se adaugă succesiv alte elemente componente (fig.8).
Fig.6. Crearea conturului pentru forma de bază

6. 6
Fig.7. Extrudarea conturului 2D
schiţare pe faţă,
extrudare (Pocket)
schiţare pe faţă,
extrudare (Pad)
schiţare pe faţă,
extrudare (Pad)
Fig.8. Adăugarea succesivă a altor blocuri grafice
Construirea contururilor plane
Construirea contururilor plane este partea cea mai dificilă în construcţia unui model 3D. Pentru
a începe în mediul Part Design construcţia unui contur plan, se va selecta planul de desenare şi
apoi se va activa aplicaţia de schiţare (Sketcher), figura 3.9, acţionând cu mouse-ul pictograma
Aşa cum s-a afirmat, planul de desenare poate fi unul dintre planele de coordonate sau o
suprafaţă plană a modelului.

7. 7
Fig. 9. Mediul de desenare 2D (Sketcher)
Semnificaţiile pictogramelor afişate în partea dreaptă a ecranului sunt date în tabelul 1.
Tabelul 1
ieşire
linii
simetrie
contururi
axe
proiecţie
dreptunghi
puncte
afiş. constrângeri
cercuri, arce
racordare
cotare
curbe spline
teşire
autoconstrângere
elipse
ajustare
animaţie

8. 8
În timpul desenării contururilor plane, planul pe care se desenează va fi paralel cu planul
ecranului. Dacă planul nu este în această poziţie se poate impune dispunerea sa corectă
apăsând butonul
.
O schiţă 2D este constituită dintr-unul sau mai multe profiluri închise care nu se
autointersectează şi dintr-un ansamblu de constrângeri, dimensionale sau geometrice.
După intrarea în mediul de desenare 2D (Sketcher) sunt necesare de regulă câteva acţiuni care
vor uşura realizarea modelului :
1. Impunere atracţie grilă (grid snap), acţionând butonul corespunzător de pe bara cu
instrumente Tools (fig. 10). Dacă butonul este selectat, cursorul mouse-ului nu se va putea opri
decât în punctele grilei imaginare afişată automat.
Fig. 10. Efectul activării atracţiei grilei
2. Activare autoconstrângeri (autoconstraint), figura 11.
Fig. 11. Efectul activării autoconstrângerilor (autoconstraint)
Dacă butonul autoconstraint este activat, în timpul trasării unui element geometric aplicaţia
încearcă să ghicească intenţiile proiectantului, adăugând automat constrângerile cele mai
probabile.

9. 9
Construcţia elementelor geometrice care compun o schiţă 2D se
realizează cu instrumentele dispuse pe bara cu instrumente Profiles:
•
Construcţia profilurilor
Profilurile conţin segmente de dreaptă şi arce de cerc. (fig. 12) şi
rezultatul obţinut este prezentat în figura 13.
linie orizontală
arc de cerc (fără racordare)
arc de cerc (cu racordare)
Fig. 12. Construcţia contururilor din segmente de dreaptă şi arce de cerc

10. 10
Fig. 13. Construcţia rezultată
•
Construcţia punctelor
Punctele pot fi definite în 5 moduri, după cum rezultă din figura 14.
puncte prin proiecţia altor puncte pe o curbă dată
punct obţinut prin intersecţia a două curbe
puncte echidistante
punct prin coordonate
punct prin indicare cu mouse-ul
Fig.14. Definirea punctelor
•
Construcţia liniilor
Ca şi în cazul punctelor, pentru definirea liniilor (segmentelor de dreaptă) aplicaţia pune la
dispoziţie mai multe posibilităţi (fig. 15).

11. 11
linie infinită, bisect. a unghiului format de 2 linii
linie tangentă simultan la două curbe
linie infinită (verticală, orizontală sau prin două puncte)
linie prin indicarea cu mouse-ul
Fig.15. Definirea liniilor
•
Construcţia curbelor spline
Mediul de lucru selectat permite generarea a două tipuri de curbe spline: curbe spline de
interpolare, definite pornind de la un număr de puncte, şi curbe spline de racordare, care permit
generarea unui profil de racord bazat pe două curbe date (fig.16).
curbă spline pentru racordare
curbă spline prin puncte
Fig. 16. Definirea
curbelor spline
•
Construcţia cercurilor şi a arcelor
Pentru generarea arcelor de cerc şi a cercurilor aplicaţia pune la dispoziţie 7 posibilităţi, după
cum urmează:

12. 12
arc prin centru şi extremităţi
arc prin extremităţi şi rază sau al 3-lea punct
arc prin 3 puncte
cerc tangent la 3 entităţi
cerc prin coordonate
cerc prin 3 puncte
cerc folosind două puncte (centru şi mărime rază)
Fig.17. Generarea arcelor de cerc
•
Construcţia conicelor
Aplicaţia permite generarea atât a conicelor clasice (elipsă, parabolă şi hiperbolă) cât şi a unei
conice oarecare. Butoanele şi semnificaţiile lor sunt cele prezentate în figura 18.
conică prin 5 puncte
hiperbolă
parabolă prin focar, vârf şi extremităţi arc
elipsă prin centru, semiaxa mare şi semiaxa mică
Fig.18. Generarea conicelor
•
Construcţia axelor
Axele vor fi construite fie pentru generarea unor contururi care prezintă simetrii, fie pentru
construirea unor corpuri de revoluţie (fig. 19).

13. 13
axă
Fig. 19. Contur pentru generarea unui corp de revoluţie
Operaţiile pe profiluri (rotunjirea, teşirea etc.) pot fi declanşate după generarea unui ansamblu
de entităţi şi sunt realizate folosind instrumentele conţinute în bara cu instrumente Operation. În
momentul selectării unui buton corespunzând uneia dintre operaţii, pe bara cu instrumente
Sketch Tools apar variante de executare a operaţiei :
•
Rotunjirea
Rotunjirea poate fi executată în 3 moduri (fig.20).
se păstrează ambele entităţi
se păstrează o entitate
rotunjire normală
Fig.20. Executarea rotunjirii
•
Teşirea
Variantele de executare a teşirii sunt prezentate în figura 21.
se păstrează ambele entităţi
se păstrează o entitate
teşire normală
Fig.21. Executarea teşiturii

14. 14
•
Tăierea extremităţilor
Tăierea extremităţilor poate fi realizată în 2 moduri (fig.22).
tăiere un element
tăiere ambele elemente
Fig.3.22. Tăierea extremităţilor
•
Simetria
Pentru a folosi acest instrument, se vor genera elementele supuse transformării şi o axă de
simetrie. Apoi se vor selecta elementele, se va apăsa butonul şi se va selecta axa.
•
Impunerea constrângerilor dimensionale sau legate de poziţia reciprocă a elementelor
grafice realizate asigură în final corectitudinea unei construcţii.
În urma impunerii constrângerilor o schiţă poate fi:
o
incomplet definită (există încă elemente mobile), figura 23 ;
Fig. 23. Construcţie incomplet definită.
o
complet definită (toate elementele sunt fixe), figura 24 ;

15. 15
Fig. 24. Construcţie complet definită.
o
supradefinită, figura 25.
Fig. 3.25. Construcţie supradefinită.
Starea diferitelor elemente din schiţă influenţează culoarea în care sunt desenate.
Constrângerile asigură poziţiile reciproce şi dimensiunile elementelor generate. Înaintea
impunerii unei constrângeri trebuie selectate elementele la care aceasta se va referi. În tabelul
2 s-au evidenţiat constrângerile care pot fi impuse în funcţie de elementele selectate.
Tabelul 2
Numărul de elemente selectate
Constrângerile care se pot impune
Un element
Fix, orizontal, vertical
Două elemente
Coincidenţă, concentricitate,
tangenţă, paralelism, punct median.
perpendicularitate
Trei sau mai multe
Simetrie, echidistanţă
Pe schiţele generate de aplicaţie constrângerile sunt reprezentate prin simbolurile cuprinse în
tabelul 3.

16. 16
Tabelul 3
Simbol
Semnificaţie
Perpendicular
Coincident
Vertical
Orizontal
Fix / mobil
Paralel
/
Rază / diametru
Pentru a avea acces la butoanele necesare impunerii de constrângeri se va afişa bara cu
afi
instrumente Constraints.
Aplicaţia permite impunerea de restric în două moduri: prin selectarea lor dintr-o fereastră de
ia
restricţii
dintr
dialog şi restricţii dimensionale (cote). În figura 26 s-a inclus fereastra de dialog afişată în
ii
a
afi
vederea selectării restricţiei dorite. În funcţie de elementele selectate în prealabil, un număr de
iei
func
ele
num
butoane de opţiune din fereastră sunt reprezentate în stare activă, deci pot fi selectate cu
iune
fereastr
,
mouse-ul.
Fig. 26. Impunerea de restricţii folosind fereastra de dialog
restric ii
Pentru introducerea unei dimensiuni se va apăsa butonul
ap
.
În funcţie de numărul de elemente selectate se pot impune dimensiunile prezentate în tabelul 4.
rul
dimensiunile

17. 17
Tabelul 4
Numărul de elemente selectate
Constrângerile care se pot impune
Un element
Lungime, rază sau diametru, semiaxa
mare, semiaxa mică
Două elemente
Distanţă, unghi
Realizarea modelelor solide
Sistemele de proiectare asistată de calculator păstreză modelele solide sub forma unei colecţii
de blocuri geometrice elementare interconectate. Acestea pot fi cu geometrie implicită
(racordări, teşituri, repetări ale unor porţiuni deja definite) sau explicită, generată prin
exploatarea unui contur sau ansambluri de contururi definit în prealabil. Rezultatul este un
model 3D parametrizat şi un arbore structural care reflectă derularea în timp a procesului de
construcţie şi permite accesarea diferitelor elemente realizate şi a parametrilor lor.
Pentru realizarea unui model 3D, CATIA dispune de mediul de lucru Part Design aşa cum s-a
văzut în figura 1.
În stânga ferestrei de desenare şi suprapus peste aceasta se vede arborele structural al
modelului în forma iniţială. În partea dreaptă a zonei de desenare este afişat un ansamblu de
bare cu instrumente specifice. La apăsarea butonului drept al mouse-lui se afişează un meniu
contextual particularizat al cărui conţinut este dependent de starea aplicaţiei.
Realizarea blocurilor grafice cu geometrie explicită
Aceste entităţi 3D sunt realizate pornind de la contururi 2D, deci generarea lor va fi posibilă doar
după definirea acestora. Se poate începe direct generarea unei entităţi, fără desenarea în
prealabil a unui contur 2D deoarece fiecare fereastră de definire a unei astfel de entităţi conţine
un buton care permite trecerea imediată în Sketcher.
•
Formă extrudată (Pad
)
Apăsând butonul Pad după realizarea unei schiţe se va afişa blocul de construcţie cu o
geometrie corespunzând unui set implicit de valori date parametrilor de definiţie precum şi o
fereastră care permite modificarea valorilor acestora (fig. 27).

18. 18
revenire în Sketcher
Fig. 27. Definirea unei forme extrudate (Pad).
Butonul Reverse Side se foloseşte în cazul profilurilor deschise pentru selectarea părţii care se
extrudează, ca în figura 28.
Fig. 28. Formă extrudată definită pe baza unui contur deschis.
Limitarea înălţimii (fig. 29) pe care se realizează extrudarea se poate face în 5 feluri:
o
prin introducerea înălţimii pe care se extrudează profilul (Type = Dimension) ;
o
impunând ca extrudarea să se oprescă la întâlnirea următoarei suprafeţe în
direcţia extrudării (Type = Up to Next) ;
o
prin indicarea ca suprafaţă până la care se extrudează ultima suprafaţă din
model întâlnită pe direcţia extrudării (Type = Up to Last) ;
o
prin indicarea unui plan până la care se va realiza extrudarea (Type = Up to
Plane) ;
o
prin indicarea unei suprafeţe până la care se va realiza extrudarea (Type = Up to
Surface).

19. 19
Type = Up to Next
Type = Up to Surface
Type = Up to Last
Type = Up to Surface cu
Offset > 0
Type = Up to Plane (extrudare oblică)
Fig. 29. Limitarea extrudării
•
Formă extrudată pe înălţimi diferite (Multi-Pad
)
Dacă un ansamblu de contururi închise vor trebui extrudate pe înălţimi diferite, pentru fiecare
contur (domeniu) în parte va trebui indicată înălţimea de extrudare, ca în figura 30.

20. 20
Fig. 20. Definirea unei extrudări multiple pe înălţimi diferite
•
Formă extrudată cu înclinaţii şi rotunjiri (Drafted Filleted Pad
Acest instrument permite generarea unor forme complexe ca în figura 31.
)

21. 21
Fig. 3.31. Generarea unei forme extrudate cu înclinaţii şi rotunjiri
•
Buzunar (Pocket
)
După formele extrudate de tip Pad, în realizarea modelelor complexe se folosesc frecvent
buzunare (forme de tip Pocket). Ele permit modelarea prin suprimare de material. Conturul de
pornire se defineşte de regulă pe o faţă a corpului (o faţă plană). Posibilităţile de limitare a
distanţei pe care se execută extrudarea sunt similare celor prezentate deja la generarea
formelor extrudate de tip Pad.
Buzunarele realizate prin extrudare până la o suprafaţă permit realizarea unor alezaje având
secţiune necirculară.
În figura 32 se prezintă un exemplu de realizare de astfel de bloc grafic şi fereastra de dialog cu
ajutorul căreia sunt stabiliţi parametrii acestuia.
Fig. 32. Generarea unui buzunar

22. 22
•
Buzunar multiplu (Multi-Pocket
)
Buzunarul multiplu se generează ca şi o formă extrudată pe înălţimi diferite (Multi-Pad). Practic
după realizarea contururilor necesare se vor indica în fereastra afişată la acţionarea butonului,
înălţimile de extrudare dorite.
•
Buzunar cu înclinaţii şi rotunjiri (Drafted filleted pocket
)
Buzunarul cu înclinaţii şi rotunjiri permite generarea cavităţilor de formă complexă care prezintă
atât înclinări ale suprafeţelor laterale cât şi rotunjiri ale muchiilor rezultante. Se generează
similar formelor de tip Drafted Filleted Pad.
•
Forma de revoluţie (Shaft
)
Generarea unei forme de revoluţie presupune realizarea unei schiţe care conţine un contur plan
şi o axă. Cu schiţa selectată, se apasă butonul indicat şi se indică restul parametrilor
elementului grafic, ca în figura 33.
Fig. 3.33. Generarea unei forme de revoluţie
•
Cavitate obţinută prin rotaţia unui profil plan (Groove
)

23. 23
Realizarea unei astfel de cavităţi presupune aceiaşi paşi ca şi în cazul formelor de revoluţie de
tip Shaft, diferenţa fiind aceea că în loc să se adauge material în urma rotirii conturului plan, se
realizează o suprimare de material, ca în figura 34.
Fig. 3.34. Generarea unei cavităţi de tip Groove
•
Alezaj (Hole
)
Acest instrument permite definirea unei variate palete de alezaje circulare, formele acestora
fiind date de geometria sculelor folosite. În figura 35 sunt prezentate formele care pot fi
realizate :
Fig. 35. Tipuri de alezaje
Pentru limitarea alezajelor s-au prevăzut 5 posibilităţi (fig. 36):

24. 24
Fig. 36. Limitarea alezajelor
În figura 3.37 se prezintă un exemplu de definire de alezaj.
găuri filetate
Fig. 37. Definirea parametrilor unui alezaj
În figura 38 s-a prezentat un alezaj realizat pe o suprafaţă înclinată. Pentru definirea alezajului
s-a folosit ca şi element de referinţă o dreaptă generată anterior, paralelă cu axa alezajului.

25. 25
Fig. 3.38. Alezaj înclinat
•
Formă generată prin extrudarea după o traiectorie (Rib
)
O astfel de formă (fig. 39) se obţine prin deplasarea unui profil plan de-a lungul unei traiectorii,
desenate în prealabil.
profiluri
rezultat
Fig. 39. Bloc grafic obţinut prin extrudarea după o traiectorie (Rib).

26. 26
•
Formă obţinută prin înlăturarea unui volum de material obţinut prin extrudarea
unui contur după o traiectorie (Slot
)
În figura 40 se prezintă un exemplu de realizare a unei astfel de forme. Parametrii care definesc
schema de generare sunt similari celor folosţi la Rib.
Fig. 40. Formă obţinută prin înlăturarea unui volum de material generat prin deplasarea unei
curbe plane după o traiectorie.
•
Nervură (Stiffner
)
Pentru a genera o nervură se va desena într-un plan profilul nervurii (fig. 41). Profilul poate fi
deschis.
Fig. 41. Construirea profilului unei nervuri.
În continuare se pot defini ceilalţi parametri necesari construcţiei nervurii (fig. 42).

27. 27
Fig. 42. Construcţia unei nervuri
•
Formă realizată prin unirea unor contururi din diferite plane (Loft
)
Realizarea unui astfel de bloc grafic este precedată de construcţia unui ansamblu de contururi
plane, generatoare (fig. 43).
Fig. 43. Construcţia unui bloc grafic de tip Loft.

28. 28
•
Formă înlăturată realizată prin unirea unor contururi din diferite plane (Remove
Lofted Material
)
Se generează ca şi Loft, diferenţa constând în faptul că forma obţinută va fi folosită pentru
înlăturarea unui volum de material.
Realizarea blocurilor grafice cu geometrie implicită
Pe lângă blocurile grafice generate pornind de la contururi 2D, un model mai poate prezenta
rotunjiri, teşiri repetări de blocuri grafice deja definite etc. Modeloarele geometrice dispun de
funcţii specializate care permit realizarea suprafeţelor corespunzătoare acestor blocuri grafice şi
deoarece pentru crearea lor nu se face apel la schiţe ajutătoare, acestea sunt de obicei
denumite blocuri grafice cu geometrie implicită.
•
Rotunjirea muchiilor (Fillet
)
Apăsând butonul Fillet de pe bara cu instrumente Dress-up Features se va afişaa fereastra din
figura 44 care permite indicarea razei rotunjirii (3 mm) şi a modului de propagare a acesteia.
Implicit este selectat modul tangenţial, ceea ce înseamnă că rotunjirea se propagă şi spre
muchiile tangente la cea selectată. O altă posibilitate este "Minimal", care limitează rotunjirea la
segmentul selectat.
Aplicaţia permite şi realizarea unor rotunjiri având o geometrie complexă: rotunjiri cu rază
variabilă, rotunjiri cu păstrarea unor muchii, rotunjiri care se intersectează (fig. 45).
Fig. 44. Realizarea rotunjirii muchiilor.

29. 29
Fig. 3.45. Alte tipuri de rotunjiri.
•
Teşirea muchiilor (Chamfer
)
Teşirile se realizează similar rotunjirilor. Pentru a defini o teşire se va apăsa butonul Chamfer şi
se vor indica în fereastra care se afişează parametrii acesteia, respectiv mărimea şi modul de
propagare (fig. 46).
Fig. 46. Definirea geometriei teşiturilot muchiilor