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Esamuele Santoro » 11.Introduzione al CATIA e Sketcher

Introduzione al CATIA e Part Design

CATIA V5 è un software CAD parametrico, orientato alla progettazione industriale, che viene installato su PC aventi sistemi operativo come il WINDOWS, e presenta un’interfaccia estremamente user-friendly, che utilizza icome e menù a tendine.

Il software CATIA è sviluppato dalla azienda francese Dassault Systemes. Il programma è scritto nel linguaggio C++, e fu creato nella fine degli anni 70 e i primi anni 80 con il nome chiamato CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive, in italiano Progettazione Assistita Tridimensionale Interattiva), per sviluppare l’aereo da combattimento Mirage. In seguito, fu adottato nelle industrie aerospaziali, autoveicolistiche, ecc.. Nel 1984 Boeing scelse CATIA come suo principale software CAD 3D divenendone il più grande acquirente.

Nel 1988 CATIA 3 fu trasferito dai mainframe alla piattaforma UNIX e nel 1993, in seguito ad un accordo con la IBM, fu rilasciato CATIA CADAM v4.

Nel 1998 fu disponibile una versione completamente riscritta CATIA V5 supportata per UNIX, Windows NT e dal 2001 anche da Windows XP.

Dal 2008 è disponibile la versione CATIA V6, supportata unicamente da Windows.

Una caratteristica fondamentale del CATIA è di essere parametrico, per cui ogni grandezza geometrica è un parametro. Pertanto ogni grandezza geometrica può essere modificata senza dover ridisegnare tutto l’oggetto.

Introduzione al CATIA e Part Design

CATIA permette di eseguire diverse fasi del processo i progettazione, che a loro volta comprendono diverse applicazioni, che sono integrati tra di loro .
Le applicazioni del CATIA si trovano sotto il menù a tendina Avvia e sono:

Infrastructure
Mechanical Design
Shape
Analisys & Simulation
AEC Plant
Machining
Digital Mockup
Equipement & simulation
Digital Process for manufacturing
Machining Simulation
Ergonomics Design & Analysis
Knowledgware
ENOVIA V5 VPM

Introduzione al CATIA e Part Design

Ogni applicazione è a sua volta costituita da diversi moduli o ambienti di lavoro (workbench) e può essere selezionata dal precedente menù Avvia o dal menù File.

Dal menù File , se si seleziona Nuovo File compare la finestra in cui compaiono i tipi di file e il nome da assegnare. Selezionando il tipo di file si entra nell’ambiente di lavoro corrispondente.

Ad esempio, si può entrare nell’ambiente del Part Design da Avvia- Mechanical Design- Part Design.

Introduzione al CATIA e Part Design

Oppure, da File-Nuovo- Part , dopo aver selezionato il tipo di file si apre una finestra in cui si assegna il nome alla parte

Introduzione al CATIA e Part Design

In figura è mostrato il menù Visualizza, che permette di eseguire alcuni dei precedenti comandi effettuati col mouse.
Nel menù Visualizza vi sono altri importanti comandi come Barra degli Strumenti, che permette di fare apparire sullo schermo le icone di alcuni comandi, perché per esigenza di spazio non è opportuno avere le icone di tutti i comandi sul monitor.

Inoltre, con Visualizza-Rappresentazione Grafica si possono scegliere le modalità di rappresentazione (ombreggiata, wireframe, ecc.) e il tipo di proiezione (prospettica o parallela).

Introduzione al CATIA e Part Design

Se non sono presenti le icone di alcuni comandi è sempre possibile eseguire i comandi dal menù a tendina, e in particolare il menù Inserisci contiene i comandi che si possono eseguire e che differiscono da un ambiente di lavoro ad un altro.

In figura è mostrato il menù Inserisci del Part Design, con cui è possibile: inserire un Body, Sistema di assi, creare solidi dagli sketches, ecc..

Quando si avvia il Part Design appare un Part_Body, che è il nostro modello solido. Se riteniamo, durante la costruzione del modello, che una sua parte debba avere delle proprietà differenti, può essere utile inserire un nuovo Body.

L’inserimento di un nuovo sistema d’assi è utile se il modello solido diventa complesso e anche per disporre di più piani di riferimento per lo Sketcher.

Introduzione al CATIA e Part Design

In figura 1 è mostrata la Finestra di Definizione di Sistema di riferimento in cui occorre definire l’Origine e gli Assi. I comandi più importanti per creare gli elementi di riferimento sono rappresentati dalle icone mostrate in figura.

Un Punto di riferimento può essere creato in diversi modi, e in figura 2 è mostrata la finestra di Definizione di punto in cui occorre specificare il Tipo (Coordinate, Su Curva, Su piano, ecc.) e in base al Tipo occorre dare delle informazioni per individuare il punto.
Una Linea di riferimento può essere creata in diversi modi e in figura 3 è mostrata la sua finestra in cui occorre specificare il Tipo (Punto-Punto, Normale a un superficie, tangente a una curva, Bisecante, ecc.) e in base al Tipo occorre dare delle informazioni per individuare la Linea.

Introduzione al CATIA e Part Design

Anche un Piano di riferimento può essere creare in diversi modi e in figura è mostrata la sua finestra in cui occorre specificare il Tipo di piano (Offset da un piano, Per tre punti, Per due linee, Normale ad una curva, Tangente ad un superficie, ecc.) e in base al Tipo occorre dare delle informazioni per individuare il Piano di riferimento.

Introduzione al CATIA e Part Design

Altri comandi, che raramente sono presenti come icone, sono contenuti nel menù Strumenti, che è mostrato in figura 1.

Un comando molto importante di Strumenti è Opzioni, che permette di personalizzare parte del’ambiente di lavoro. In figura 2 è mostrata la finestra di Opzione-Sketcher, in cui possiamo definire la spaziatura della griglia, lo snap, creare i centri di alcune geometria, ecc.

Figura 1

Figura 2

Introduzione al CATIA e Part Design

Alcune importanti icone sono presenti, generalmente, nella parte inferiore del monitor (Fig. 1) e sono raggruppate in: Standard (aprire, salvare e stampare file, ecc.), Visualizza (Zoom, Pan, Rotazione, …), Applica Materiale (permette di assegnare il materiale ad una parte, questo comando è indispensabile se si vuole eseguire sulla parte l’analisi strutturale), Misura (per rilevare le lunghezza e distanze su modello geometrico), ecc.

Nella parte superiore sinistra del monitor è presente una struttura ad albero (Fig. 2), in cui sono descritte tutte le operazioni effettuate, la cui radice ha un nome standard che dipende dall’ambiente di lavoro (Product, Part, ecc.).

Figura 1

Figura 2

Introduzione al CATIA e Part Design

Quando si apre un nuovo file, l’albero è costituito dalla radice e da tre piani, che rappresentano il sistema di coordinate globale. Man mano che la costruzione del modello geometrico prosegue, l’albero si ramifica con dei nodi, che sono il risultato dei comandi effettuati, e tra i nodi esistono delle relazioni di tipo genealogico (padre-figlio). È possibile espandere un albero fino alle operazioni più elementari, e sull’albero è possibile editare le operazioni, modificare le proprietà, ecc..
Ad esempio, per assegnare il nome alla radice o ad un nodo dell’albero, lo si deve selezionare col mouse e premendo il tasto destro compare un riquadro con tutti i comandi che si possono eseguire, tra cui appare anche Proprietà (vedi figura).

La finestra Proprietà può essere attivata anche dal menù a tendina Modifica-Proprietà.

Introduzione al CATIA e Part Design

Con il CATIA, ma anche con altri software CAD, è consigliabile utilizzare il mouse a tre tasti, perché premendo uno o una combinazione di tasti del mouse si possono eseguire i selezionare dei comandi.
Il tasto di sinistra serve per selezionare. Il tasto centrale permette di spostare (Pan) gli oggetti. Il tasto destro serve per aprire il menù contestuale, in cui compaiono alcuni dei possibili comandi che è possibile eseguire.

Tasto centrale e clic sul tasto sinistro o destro si esegue lo Zoom.

Tasto centrale e tasto destro o sinistro per effettuare Rotazioni.

Le rotazioni e le traslazioni possono essere effettuate anche cliccando col tasto sinistro del mouse l’icone presente sulla parte superiore destra del monitor (vedi figura), che mostra i tre piani principali di riferimento e il loro attuale orientamento. Trascinando il mouse, l’icone ruota insieme a tutta la parte.

Introduzione al CATIA e Part Design

Per salvare il file del modello solido occorre eseguire il comando Salva con Nome dal menù a tendina File.
In generale ogni applicazione per default assegna al file una sua estensione, che per il PART DESIGN è CATPart, per il DRAFTING è CATDrawing, ecc..

In figura è mostrata la finestra che appare col comando File-Salva con Nome, si osserva che l’estensione di default è CATPart, ma se il file deve essere scambiato con altri software CAD, è possibile salvarlo in un format neutro, come stl, igs (IGES), stp (STEP), ecc..

Sketcher

I modelli solidi vengono creati con un approccio che si basa sugli schizzi, per cui occorre aprire il modulo Sketcher, che richiede la selezione di un piano. Pertanto, è preferibile avviare il Part Design, e dopo aver selezionato un piano, attivare l’icona dello Sketcher (Fig. 1), che è sulla parte destra e in alto del monitor.

Se si clicca sull’icona Schizzo posizionato si apre una finestra (Fig. 2), che permette di definire l’origine e l’orientamento del sistema di assi bidimensionali (H,V), che sono sul piano dello schizzo.

Dopo aver selezionato un piano, il modulo Sketcher si può avviare anche dal menù a tendina Inserisci-Sketcher. All’inizio possiamo selezionare solo uno dei tre piani principali, o dall’albero logico o su uno dei tre piani riportati sul zona grafica del monitor, che rappresentano il sistema di riferimento globale del CATIA. In seguito è possibile selezionare altri piani, che possono essere piani del modello solido o piani di riferimento, che devono essere definiti in precedenza.

Figura 1

Figura 2

Sketcher

Quando si entra nell’ambiente dello sketcher appare un sistema bidimensionale di assi, l’asse orizzontale e verticale sono indicati, rispettivamente, con H e V.
Con lo Sketcher si possono creare diversi profili e i comandi principali per disegnare sono raggruppati in Profilo e sono:

Profilo, permette di creare un profilo costituito da un insieme di linee e archi. I vertici del profilo si ottengono cliccando il tasto sinistro del mouse, se si tiene premuto il tasto sinistro si crea un arco di circonferenza. Se si osserva il riquadro dello Strumento dello Sketcher si osserva che ci da informazioni sulla posizione del mouse rispetto agli assi H e V, e cliccando su una delle due icone, possiamo di inserire nel Profilo archi di cerchi.

Rettangolo. Per creare un rettangolo, foro allungato, ecc..

Cerchio. Per creare un cerchio dato: centro e raggio ( diametro), tre punti, tritangente. Arco.

Ellisse. Per creare ellisse, parabola , iperbole e una conica in generale.

Linea. Per creare una linea: tra due punti, bi tangente, bisecante, normale a una curva.

Asse, è un retta che è utile per creare solidi di rivoluzione.

Punto. Per creare punti: equidistanti, di intersezione, punti di proiezione. Sono mostrate le opzioni delle icone Punto e il risultato ottenuto con il Proiezione punto, che permette ad un punto dello schizzo di essere proiettato su linee dello schizzo.

Icone dello Sketcher

a) Uscire dallo Sketcher; b) Profilo; c) Strumenti; d) Operazioni Si osserva che quando un'icona presenta, sulla destra in giù, un triangolino, significa che vi sono altre icone opzioni. Il colore arancione di un'icona, significa che stiamo eseguendo il suo comando, per uscire dal comando si selezione l'icona o si digita il tasto Esc.

Sketcher

Strumenti dello Sketcher, il comando Profilo. Icone Punto e il risultato ottenuto con il Proiezione punto

Sketcher

Prima o durante l’esecuzione di un comando è preferibile leggere i messaggi del CATIA, che sono riportati nella parte inferiore sinistra del monitor. Se non stiamo eseguendo nessun comando, deve esserci il messaggio Selezione un oggetto o un comando, mentre se stiamo eseguendo un comando il messaggio ci informa sulle operazioni che dobbiamo fare.

Altri comandi dello Sketcher sono raggruppati in Strumenti dello Sketcher, e sono:

Griglia, per visualizzare la griglia, il cui passo è definito da Strumenti-Opzioni-Sketcher
Snap a punti, per spostarsi solo sui punti della griglia
Elementi di costruzione; permette di creare una geometria di costruzione, che a differenza di quella standard non viene considerata come parte dello Sketcher dal Part Design
Vincoli geometrici; permette di generare automaticamente vincoli geometrici
Vincoli di quota

Sketcher

Una volta eseguito una parte o tutto il profilo, è possibile eseguire altri comandi, raggruppati in Operazioni dello Sketcher, che sono:

Raccordo
Smusso
Relimita. Questo comando è molto importante perché permette di evitare la costruzione di profili aperti, esso è costituito da comandi di: Relimita (date due segmenti di retta , permette di avere i due tratti di segmento fino al loro punto di intersezione); Taglia (divide un segmento in due segmenti in un asseganto punto); Relimitazione rapida ( cancella parte di una linea fino al punto di intersezione con un’altra linea); Chiudi (assegnati due punti chiude il profilo con condizioni di continuità nei due punti selezionati); Complemento
Specchio. Questa icona raggruppa le opzioni: Specchio, Simmetria, Trasla, Ruota, Scala, Offset. Nella slide successiva è mostrato il risultato ottenuto con comando di Specchio di un profilo, dove si è scelto come linea di specchio una linea di costruzione
Geometria 3D. Questi comandi sono importanti se vogliono proiettare elementi geometrici (punto, segmenti, ecc.) del modello solido 3D sul piano dello Sketcher, che diventano elementi dello schizzo. Il gruppo di comandi di Geometria 3D è costituito da: Proietta elementi 3D, Interseca elementi 3D, Proietta spigoli della sagoma 3D e Isola (vedi slide successiva)

Sketcher

I profili possono essere disegnati inizialmente senza alcuna vincolo geometrico o dimensionale, che possono essere aggiunti successivamente. Questo approccio lascia ampia libertà al progettista di disegnare un profilo nella fase iniziale.

In Fig. 3 sono mostrate le icone di Vincoli, che sono:

Vincoli definiti nella finestra, permette di assegnare vincoli geometrici e dimensionali ad uno o tra due entità geometriche
Vincoli (dimensionali), vincolo da contatto (geometrico)
Blocca insieme. Vincolo automatico
Modifica un gruppo di vincoli

Sketcher

Quando si vincolano due elementi, per selezionarli insieme occorre tenere premuto il tasto Ctrl. In figura è mostrato il risultato che si ottiene quando si assegna il vincolo di tangenza a due entità, che nello schizzo sono una retta ed un cerchio.
È possibile eseguire su un profilo non vincolato tutti i comandi per costruire un modello solido, purché il profilo sia chiuso. Ma se si vincola parte o tutto un profilo occorre che esso non sia sovra vincolato.

Sketcher

All’interno dello Sketcher, i colori degli elementi geometrici assumono il seguente significato:

gli elementi di costruzione sono di colore grigio
gli elementi non modificabili sono di colore giallo
gli elementi selezionati sono di colore arancione
gli elementi completamente vincolati o fissi sono di colore verde
gli elementi sovravincolati sono di colore lilla
gli elementi incongruenti sono di colore rosso
gli elementi non modificati sono di colore marrone

Dopo e durante la creazione dello schizzo è possibile analizzare lo schizzo col comando Strumenti-Analisi dello Schizzo (vedi figura). L’analisi ci indica la geometria e con l’opzione Diagnostica possiamo vedere se gli elementi sono sottovincolati; inoltre ci permette di eseguire delle Azioni corretti, come nel caso di uno schizzo che è aperto e quindi non può essere utilizzato dal Part Design.

Sketcher

Per facilitare la selezione degli elementi geometrici dello schizzo su cui si effettueranno operazioni di cancellazione, raccordo, ecc., si possono utilizzare i comandi di Selezione le cui icone sono mostrate in figura.
Dopo aver terminato lo Schizzo per uscire dall’ambiente Sketcher si selezione l’icona mostrata in figura e si ritorna nell’ambiente del Part Design.