3.3 CATIA装配模块（Assembly Design）
一个产品通常由多个零件组成，这些零件只有装配成功，并且运动校核合理之后才可以试制生产。装配设计就是要将设计好的各个零件组装起来，在设过程中协调各零件之间的关系，发现并修正零件设计的缺陷，装配设计也是数字样机（DMU）的基础。
CATIA V5 装配设计（Assembly Design）模块可以方便地定义各零件之间的约束关系，并检查装配件之间的一致性。它可以帮助设计师自上而下（Top Down）或自下而上（Bottom Up）的定义、管理多层次的大型装配结构，使零件的设计在单独环境和装配环境中都成为可能。
CATIA装配模块的进入方法通常有三种：
1、 通过“Start”菜单，选择“Mechanical Design”模块组，然后选择“Assembly Design”模块即可。
2、通过“File”菜单，选择“New”新建文件，然后在文件类型列表中选择“Product”，即可创建新的装配件。
3、通过偏好工作台设置（参第二章2.6.3），将“Assembly Design”模块列入偏好的常用模块，即可在需要时通过工作台图标切换至装配件设计模！
CATIA装配模块的工作界面如图3-255所示，由图中模型树可见一个装配件由若干零部件及约束组成，图中还列出了该模块常用的工具条以及菜单命令：包括产品结构工具条及约束工具条等。
装配设计通常的工作顺序为：
1、插入或新建已有的零件/子装配体；
2、利用罗盘拖拽，初步定位各零件或子装配件的空间位置；
3、利用Fix约束固定该装配件的某个基准件；
4、以上一步的基准件为参照，利用多种约束关系限定其余各部件的空间位置；
5、分析该装配件的性能，如冲突、间隙等。发现并修正问题
6、添加注解等辅助工作，生成零件清单或其他报告。
为便于读者理解并掌握CATIA的装配件设计模块，本书将首先通过一个简单的双足吸盘机器人装配引导读者入门，然后阐述装配模块<工作环境设置、部件的载入、约束的设定、部件的复制、装配件分析、Top Down设计理念等知识点。
图3-255 由一个简单装配体看CATIA装配工作台环境
3.3.1装配设计入门实例
为便于读者上手，本小节拟建的装配4就是图3-255中所示的简单机器人结构体，仅由四个部件构成（没有轴承螺栓等连接件）。这四个部件其实只有两个零件：两个一样的吸盘、两条一样的腿。下面分步骤阐述创建过程。
1、 新建一个装配文件，并修改装配体的部件编号
点击CATIA“File文件”菜单中的“new新建”子菜单；
在弹出的对话框中，拖动新建文件类型列表框的滚动条至“Product”并选中，然后点击“Ok”确认新建一个装配文件；
新建的文件默认文件名为“Product1”，其部件编号也为“Product1”。大型装配件往往包含多个零部件，如果每个零部件的名称或者编号都没有任何含义，那么管理起来非常费劲，所以有必要给自己的每个零部件命名为容易理解的符号。
本例采用鼠标右键点击Product1模型树根节点（如图3-256所示），选择右键菜单中的“Properties”子菜单，在3-257所示对话框内更改“Part Number”属性为“Huang bo’s Robot”。
图3-256 Product1的右键菜单 图3-257 属性调整对话框（左半边）
2、 载入4个零部件至该装配体
按照图3-258所示，选择模型树上根节点右键菜单中的“Existing Components”s菜单，
图3-258 模型树根节点上点右键，选定菜单中“Existing Component。。。”
系统将自动弹出文件选择对话框，供用户选定要添加至装配件的已有零部件。选定光盘3.3章节中的“Cup.Catpart”文件，再点击“Open打开”命令。则吸盘零件自动添加至装配体，结果如图3-259所示。
图3-259 载入第一个零件之后的装配件<型
因为最后的机器人模型需要两个一样的吸盘和两条一样的腿，所以，接下来我们需要用同样的方法再次载入一个“cup.catpart”文件和两次载入“Leg.catpart”文件。结果如图3-260所示。可以看到模型树中包含2个吸盘和两条腿<但模型区中却只能看到一个吸盘和一条腿，这没有关系，只是因为一样的模型都重叠在一起而已。
图3-260 四个零部件全都载入后的装配体模型树和模型效果图
3、 利用罗盘在空间上大致排布各零部件
部件之间的重叠当然会影响后续操作的便利性，所以装配工作经常需要预先排布各零部件的大致空间位置，CATIA提供了一个非常好的方法，那就是利用罗盘附身来拖拽或旋转被附身零部件的空间位置。
罗盘附身的方法如下：
按照图3-261左侧所示，将鼠标挪到罗盘的中央红点附近，直到鼠标形状变为图中所示黑色十字箭头状后按住鼠标左键不放手，然后挪动鼠标至模型吸盘上直到其变为图3-261中所示形状后撒开鼠标左键，罗盘将呈绿色状态（参图3-261右图），表示罗盘已成功附身于Suction Cup.1。
图3-261 罗9附身吸盘的三个过程截图
成功附身后，就可以利用罗盘排布被附身零件的空间位置了，方法如下：
选中罗盘的某一条坐标轴，使其呈图3-262左侧所示橘黄色（图中选中竖直坐标轴），然后按下鼠标左键不撒手且移动鼠标，就可以拖动改变吸盘一的竖直位置（如中图所示）；再选中罗盘的水平坐标轴后按住左键移动鼠标，可拖动改变吸盘一的X方向位置（如右图所示）。
注意：这些操作都必须在罗盘呈绿色状态下才能实现。
图3-262 利用附身罗盘改变吸盘一在空间中的竖直位置和X方向位置
仅调整吸盘一的位置是不够的，仍然需要继续调整其他部件的空间位置，是不是每次调整都必须像图3-261那样单独附身一次呢？答案是否定的。
只要成功附身于某一个零件，并且用户的操作没有使罗盘褪去绿色状态的话，就可以很轻松地切换被附身的对象。方法如下：
如图3-263左图所示，罗盘仍然附身于吸盘一，且呈绿色附身状态；此时，只需点击鼠标左键模型树上的其他部件，罗盘的附身对象就变为其他部件（虽然罗盘闳晃挥谖盘一上，但是它的心已经属于你新切换的部件）。如图3-263右图所示，模型树上的Leg1被选中，此时再按住罗盘的X轴拖动鼠标，将改变Leg1的X方向位置。
图3-263 将罗盘的附身对象由吸盘一切换至腿一，并沿X向拖动腿一的位置
接下来，读者需要利用上述方法，挨个切换被附身对象，沿罗盘轴向拖动某个部件的空间位置，或者沿罗盘圆弧边旋转某个部件的空间位置。直到4个部件在空间上彼此分开，但距离又不太远的状态，大致如图3-264所示即可。（读者如果不能成功调整，也可打开光盘中的Robot_Step1.catproduct继续后续学习）
3-264 利用罗盘最终将四个部件的空间位置大致调整如图
此时，可以解除罗盘的附身状态。方法和图3-261左图_样，呈黑色十字箭头状态后将罗盘揪回CATIA右上角即可。
4、 利用Fix约束固定住吸盘一
图3-265 添加Fix Component约束于Suction Cup.1后的模型
5、 依次约束其他部件
机器人的设计构想是腿一的厚头和吸盘一铰接；腿二薄头和腿一薄头铰接；且腿二和腿一之间呈90度角。腿二厚9和吸盘二铰接。
用几何约束关系来表达这种设计构想的话，应该如下：
腿一的厚孔和吸盘一的孔同心；且腿一厚孔侧面正好贴住吸盘一的槽。
腿一的薄孔和腿二的薄孔同心；且腿一的薄孔侧面贴9腿二的薄孔侧面。
设定腿一和腿二之间的角度为90度。
腿二的厚孔和吸盘二的孔同心；且腿二的厚孔侧面贴住吸盘二的槽。
下面，将依次实现这些约束关系。
1） 腿一9厚孔和吸盘一孔同心。
选定约束工具条中的
Coincidence相合图标
，CATIA在窗口9部状态条中提示用户选择相合对象
（注意：各种软件的学习都应该有随时查看系统提示的习惯，软件自身提供的帮助和提示通常都是最好的老师）。
此时，应该选定腿一厚孔轴线和吸盘一孔的轴线作为相合对象，可是初学者经常会选择不到轴线，CATIA选定轴线的最简便办法是放大并旋转孔，直到你能看到足够的内孔圆弧面，此时，你再将鼠标靠近呖自不∶妫珻ATIA将智能地呈现轴线供您选择。如图3-266左侧所示，选定吸盘一的孔轴线；然后再依3-266右图选定leg.1的厚孔轴线。即可设定两者同轴。
图3-266 放大内孔，直至能顺利选定吸盘一的孔轴线和腿一的孔轴线
约束设定成功后，模型树和模型如图3-267所示。可见模型树中Constraints节点中多了一个Coincidence约束（Leg.1和Suction Cup.1之间的相4约束）,且几何模型区多了两个橘红的小圆圈。但是两个部件的位置并没有变化，二者没能实现同心，细心的读者还可以发现模型树中Coincidence节点的左下角有一个
图标；这表明这个相合约束虽然设定成功，但是需要用户手动更新（Update）使其生效，CATIA才会重新计算部件的空间位置。本例中，我们先不更新这个相合约束，而是等到贴合约束定义好之后一起更新。
图3-267 定义成功，但是尚未更新生效的Coincidence约束
2） 腿一侧面贴住吸盘一的内槽面
选定
Contact贴合约束图标
，然后需要选定两个欲贴合的面。旋转装配件，然后选择3-268左图所示腿一的左侧面，和吸盘槽的左边侧面。则生成3-268右图所示尚未更新生效的Surface Contact面贴合约束。
图3-268 Contact约束的两个侧面及定义成功但未更新的Contact约束
3） 更新这两个约束
约束的更新非常简单，只需点击工具条上的
图标即可。更新后模型如图3-269所示。
图3-269 第一条腿约束成功且更新后的模型
4） 利用罗盘调整腿一和吸盘一之间的角度
本例欲将腿一和吸盘一之间的角度大致调整成
45度左右，可以利用图3-261中阐述的罗盘附身方法，将罗盘吸附于腿一，然后按住3-270左图所示罗盘圆弧边旋转腿一。旋转所得模型有点怪，点击Update图标更新模型，可得图3-270右图所示结果。实现旋转后记得将罗盘揪回右上角。（阶段结果文件参光盘3.3中的robot_step2.catproduct文件）。
图3-270 罗盘附身于腿一并旋转腿一过程及更新后的模型图。
5） 定义腿一和腿二之间的同轴和贴面约束
方法和第一二步类似，先选择
Coincidence图标，然后选择3-271左图所示两个薄孔轴线完成同轴约束；再选择Contact图标，选定3-271中图所示腿2的薄孔侧面后旋转模型，直到3-271右图所示腿一的薄孔面能够选中，选定这个面完成贴合约束。
图3-271 相合的两个轴线、Contact约束的第一个面sContact约束的第二个面
此时两个约束虽已定义成功，但尚未更新生效，点击
Update图标更新模型，可得如图3-272所示结果。
图3-272 上述约束更新后的结果图（参Robot_step3.catproduct文件）
6） 定义腿一和腿二之间的角度
选择
Angle角度约束图标
，然后选择两个要设定夹角的元素（线或面）即可。本例中选择图3-273所示两条腿的内面即可完成定义。两个呈夹角的面选定后，系统将弹出图中所示对话框，在最底下的Angle中输入90Deg即可完成定义。（由对话框可见，角度值的定义除了直接输入角度，还有其他多种方式，详见3.3.5）。最后点击Update更新模型。
图3-273 选择两条腿的内面定义90度角（更新后模型参光盘Robot_step4.catproduct）
7） 定义腿二和吸盘二之间的同轴和贴面约束
同轴约束采用第一步的方法即可完成，但本例中的同轴约束采用另一种方法：
先选择对象c再选择命令（Object/Action）的方法，即先选择图3-274中所示两个内孔面，然后再选择Coincidence约束
即可完成同轴定义。至于贴面约束，读者可以参照第二步的方法自己完成。最后更新模型
，即可完成入门实例。
图3-274 先选择两个内孔面，再选择coincidence图标实现同轴约束
本入门实例仅阐述到完成零部件的装配，至于装配件分析、报告等工作在后续小节阐述。
