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第二章 CATIA V5 创成式外形设计

2019-9-10 18:05| 发布者: 叶秋| 查看: 190| 评论: 0

摘要: 第二章 CATIA V5 创成式外形设计目录1 产品介绍 62 图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍) 62.1 线框造型(Wireframe)图标 62.2 曲面造型(Surfaces) 72.3 几何操作(Operations) 72.4 分析(Analysis) 82.5 约 ...







第二章 CATIA V5 创成式外形设计
 
目录
1 产品介绍 6
2 图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍) 6
2.1 线框造型(Wireframe)图标 6
2.2 曲面造型(Surfaces) 7
2.3 几何操作(Operations) 7
2.4 分析(Analysis) 8
2.5 约束(Constraints) 9
2.6 注解(Annotations) 9
2.7 高级复制工具(Advanced Replication Tools) 9
2.8 用户特征(UserFeature) 9
2.9 高级曲面造型(Advanced Surfaces) 10
2.10 与创成式外形设计有关的工具 10
3 软件环境设定(Customizing Settings) 11
3.1 一般环境参数设定(General选项) 11
3.2 显示环境参数设定(Display选项) 12
3.3 零件文档参数设定(Part Document选项) 12
4 功能详细介绍 13
4.1 线框造型功能(Wireframes) 13
4.1.1 点的生成(Point)详解 13
4.1.2 创建多点/平面(Points and Planes Repetition)详解 13
4.1.3 创建极值元素(Extremum)详解 14
4.1.4 创建极坐标极值元素(Polar Extremum)详解 15
4.1.5 直线的生成(Line)详解 17
4.1.6 折线的生成(Polyline)详解 17
4.1.7 平面的生成(Plane)详解 17
4.1.8 在两平面间创建多平面(Planes Between)详解 18
4.1.9 圆的生成(Circle)详解 18
4.1.10 拐角的生成(Corner)详解 19
4.1.11 桥接曲线(Connect Curve)详解 19
4.1.12 圆锥线(Conic)详解 20
4.1.13 样条线(Spline)详解 21
4.1.14 螺旋线(Helix)详解 22
4.1.15 平面螺旋线(Spiral)详解 22
4.1.16 脊骨曲线(Spine)详解 23
4.1.17 平行线(Parallel Curve)详解 24
4.1.18 投影线(Projection)详解 25
4.1.19 组合投影线(Combine)详解 25
4.1.20 反射曲线(Reflect Curve)详解 25
4.1.21 相交元素(Intersection)详解 26
4.2 曲面造型功能(Surfaces) 27
4.2.1 拉伸面(Extrude)详解 27
4.2.2 回转面(Revolution)详解 27
4.2.3 球面(Sphere)详解 28
4.2.4 偏移曲面(Offset)详解 28
4.2.5 扫描曲面(Sweep)详解 29
4.2.6 自适应扫描曲面(Adaptative Sweep)详解 35
4.2.7 填充曲面(Fill)详解 36
4.2.8 放样曲面(Loft)详解 38
4.2.9 过渡曲面(Blend)详解 40
4.3 几何操作功能(Operations) 41
4.3.1 合并几何体(Join)详解 41
4.3.2 修补曲面(Healing)详解 42
4.3.3 光顺曲线(Curve smooth)详解 43
4.3.4 恢复被剪切的曲面或曲线(Untrim)详解 44
4.3.5 分解几何元素(Disassemble)详解 44
4.3.6 切割元素(Split)详解 44
4.3.7 修剪元素(Trim)详解 45
4.3.8 提取边界线(Boundary)详解 46
4.3.9 提取几何体(Extract)详解 47
4.3.10 提取多边界(Multiple Edge Extraction)详解 47
4.3.11 两曲面倒圆(Shape Fillet)详解 47
4.3.12 棱线倒圆(Edge Fillet)详解 48
4.3.13 变半径倒圆(Variable Radius Fillet)详解 49
4.3.14 面-面倒圆(Face-Face Fillet)详解 50
4.3.15 三面相切倒圆(Tritangent Fillet)详解 50
4.3.16 平移几何体(Translate)详解 51
4.3.17 旋转几何体(Rotate)详解 51
4.3.18 对称几何体(Symmetry)详解 51
4.3.19 缩放几何体(Scaling)详解 51
4.3.20 仿射对象(Affinity)详解 52
4.3.21 将几何体移动到另一坐标系上(Axis to Axis)详解 52
4.3.22 延长曲线/曲面(Extrapolate)详解 52
4.3.23 曲线/曲面反向(Invert Orientation)详解 53
4.3.24 提取最近部分几何体(Near)详解 53
4.3.25 创建规则(Law)详解 53
4.4 分析功能(Analysis) 53
4.4.1 曲面连接性检查(Connect Checker)详解 53
4.4.2 曲线连接性检查(Curve Connect Checker)详解 54
4.4.3 拔模角分析(Draft Analysis)详解 54
4.4.4 曲面曲率映射分析(Mapping Analysis)详解 54
4.4.5 曲线曲率分析(Curvature Analysis)详解 54
4.5 约束功能(Constraints) 55
4.5.1 对单个几何元素施加约束(Constraint)详解 55
4.5.2 在几何元素间施加约束(Constraint defined in dialog box)详解 55
4.6 注解功能(Annotations) 55
4.6.1 创建带引出箭头的注解(Text with Leader)详解 55
4.6.2 创建超级链接(Flag Note)详解 55
4.7 高级复制功能(Advanced Replication Tools) 56
4.7.1 对象复制(Object Repetition)详解 56
4.7.2 矩行阵列(Rectangle Pattern)详解 56
4.7.3 圆形阵列(Circular Pattern)详解 57
4.7.4 复制Open Body(Duplicate OpenBody)详解 58
4.7.5 创建高级复制(PowerCopy Creation)详解 58
4.7.6 将高级复制存入目录(PowerCopy Save In Catalog)详解 59
4.7.7 实例化高级复制(Instantiate PowerCopy)详解 59
4.8 用户特征功能(UserFeature) 60
4.8.1 创建用户特征(UserFeature Creation)详解 60
4.8.2 将用户特征存入目录中(UserFeature Save In Catalog)详解 60
4.8.3 实例化用户特征(Instantiate UserFeature)详解 60
4.9 高级曲面造型功能(Advanced Surfaces) 60
4.9.1 线与点的展开(Developing wire and points)详解 60
4.9.2 交汇曲面(Junction)详解 62
4.9.3 曲面凸起(Bump)详解 63
4.9.4 根据曲线替换变形曲面(Wrap Curve)详解 63
4.10 与创成式外形设计有关的工具 66
4.10.1 更新模型(Update)详解 66
4.10.2 生成新坐标系(Axis System)详解 66
4.10.3 显示历史树(Show Historical Graph)详解 66
4.10.4 在支撑面上工作(Work On Support)详解 66
4.10.5 捕捉点(Snap to Point)详解 66
4.10.6 创建笛卡尔格栅组(Create a New Set)详解 67
4.10.7 生成带或不带历史记录的几何体(Create Datum)详解 67
4.10.8 插入元素详解 67
4.10.9 实体选择器(Select Current Tool)详解 67
5 应用实例 68
5.1 实例一 筋类曲面 68
5.2 实例二 三倒圆曲面交汇处的曲面处理方法 72
5.2.1 三角边曲面补丁法 72
5.2.2 变半径倒圆法 73
5.2.3 四边曲面补丁法 74
5.3 实例三 六倒圆曲面交汇处的曲面处理方法 76
5.4 实例四 多倒圆曲面交汇处的曲面处理方法 78
5.5 实例五 瓶子曲面 81
5.6 实例六 旋钮 83
 

1 产品介绍
CATIA V5的创成式外形设计(GSD)模块包括线框和曲面造型功能,它为用户提供了一系列应用广泛、功能强大、使用方便的工具集,以建立和修改用于复杂外形设计所需的各种曲面。同时,创成式外形设计方法采用了基于特征的设计方法和全相关技术,在设计过程中能有效地捕捉设计者的设计意图,因此极大地提高了设计者的质量与效率,并为后续设计更改提供了强有力的技术支持。
2 图标功能介绍(基本概念、基本界面介绍)
CATIA V5的创成式外形设计模块由如下几组图标菜单组成:线框造型图标(Wireframe)、曲面造型图标(Surfaces)、几何操作图标(Operations)、分析图标(Analysis)、约束图标(Constraints)、规则图标(Law)、工具图标(Tools)和复制图标(Replication)。
2.1 线框造型(Wireframe)图标
  Point 创建点
  Point & Planes Repetition 创建多点/平面
  Extremum 创建极值元素
  Polar Extremum 创建极坐标极值元素
  Line 创建直线
  Polyline 创建折线
  Plane 创建平面
  Planes between 在两平面之间创建多个平面
  Circle 创建圆
  Conic 创建圆锥线
  Spiral 创建平面螺旋线
  Spline 创建样条线
  Helix 创建螺旋线
  Spine 创建脊骨曲线
  Corner 创建拐角
  Connect curve 创建桥接线
  Parallel curve 创建平行线
  Projection 创建投影线
  Combine 创建组合投影线
  Reflect lines 创建反射线
  Intersection 创建交线
2.2 曲面造型(Surfaces)
曲面造型功能的强弱是软件造型功能强弱的重要标志,它被广泛应用于汽车外形、模具型面等产品的设计上。CATIA V5为用户提供了丰富而实用的曲面造型功能(如下所示)。
  Extrude 创建拉伸曲面
  Revolution 创建回转曲面
  Sphere 创建球曲面
  Offset 创建偏移曲面
  Sweep 创建扫描曲面
  Adaptative sweep 创建自适应扫描曲面
  Fill 创建填充曲面
  Loft 创建放样曲面
  Blend 创建过渡曲面
2.3 几何操作(Operations)
几何操作功能是几何造型功能的重要补充与拓广,其功能强弱会直接影响曲面造型功能的使用效果。CATIA V5为用户提供了大量的曲线曲面的修改、编辑功能(如下所示),极大地提高了曲面造型效率。

  Join合并几何元素(线、面)
  Healing 缝补曲面
  Curve smooth 曲线光顺
  Untrim 恢复被剪切曲面
  Disassemble 分解几何元素
  Split 切割曲面或线框元素
  Trim 修剪曲面或线框元素
  Boundary 提取曲面边界线
  Extract 提取几何体
  Multiple edge extract 从草图中提取部分几何体
  Shape Fillet 两曲面倒圆
  Edge Fillet 曲面棱线倒圆
  Variable Fillet 变半径倒圆
  Face-Face Fillet 面-面倒圆
  Tritangent Fillet 三面相切倒圆
  Translate 平移几何体
  Rotate 转动几何体
  Symmetry 对称几何体
  Scaling 缩放几何体
  Affinity 仿射变形
  Axis to Axis 将几何体移动到另一坐标系中
  Extrapolate 延长曲线/曲面
  Invert Orientation 曲线/曲面反向
  Near 从组合体中提取与参考对象最近部分的元素
  Law 创建规则

2.4 分析(Analysis)
CATIA V5为用户提供了丰富的曲面分析功能来检验曲线、曲面质量。
 Connect Checker 曲面连接性检查
 Curve Connect Checker 曲线连接性检查
 Draft Analysis 拔模角分析
 Mapping Analysis 曲面曲率映射分析
 Curvature Analysis 曲线曲率分析
2.5 约束(Constraints)
CATIA V5为用户提供的设置约束的功能如下所示。
 Constraint 对单个几何元素施加约束
  Constraint Defined in a Dialog Box  对几何元素间施加约束
2.6 注解(Annotations)
CATIA V5为用户提供的注解功能子菜单见下所示。
 Text with Leader 创建带引出箭头的标注
 Flag Note 创建超级链接
2.7 高级复制工具(Advanced Replication Tools)
CATIA V5为用户提供的高级复制工具如下所示。
  Object Repetition 对象复制
  Rectangle Pattern  矩形队列
  Circle Pattern 圆形队列
  Duplicate Open Body 复制Open Body
  PowerCopy Creation 生成高级复制
  Save in Catalog 将高级复制存入目录
2.8 用户特征(UserFeature)
CATIA V5为用户提供的用户特征功能如下所示。
 UserFeature Creation 创建用户特征
 Save in Catalog 将用户特征存入目录
2.9 高级曲面造型(Advanced Surfaces)
CATIA V5不仅提供了普通曲面造型功能,而且还针对某些特殊行业(如汽车等)的特殊需求,开发了高级曲面造型功能。这些功能在安装了创成式曲面优化器(Generative Shape Optimizer)后才能使用。
 Develop 将曲线影射到旋转面上
 Junction 创建连接交汇面
 Bump 创建隆起面
  Wrap Curve 按曲线包装变形曲面
2.10 与创成式外形设计有关的工具
CATIA V5提供了可进行产品更新,检查结构树,建立基准等功能(如图3-17所示)。
  Update 更新模型
  Axis System 生成坐标系
  Show Historical Graph 显示历史树
  Work on Support 创建支撑面
  Snap to point 捕捉点
  Create a new Grid Set 创建笛卡尔格栅组,即在指定方向上的一组平面
  Create Datum 生成带或不带历史记录的几何体
  Insert Element 创建一几何体,并在特征树中将其特征插入到其主父元素旁边。
  Select Current Tool 打开实体
  Group 组的操作(创建、编辑、移动等)

 

3 软件环境设定(Customizing Settings)
为了充分发挥CATIA V5的曲面设计能力,必须根据设计对象的特点,合理地设定绘图环境参数。用Tools->Option->Shape打开GSD的环境参数设定界面,在此窗口中有三个选项,分别对应不同的参数设定。
 
图3-1 一般参数设置界面
3.1 一般环境参数设定(General选项)
一般环境参数设定包括外部参考(External References)、更新(Update)、删除操作(Delete Operation)参数的设定,其界面如图3-1所示。
在外部参考(External Referneces)项中有以下设定选择:
1) 与所选择对象保持链接关系(Keep link with selected object):选中该选项,则保持与外部参考的链接关系,当外部参考变化后,自动变化。用隔离(Isolate)命令可以断开两者之间的链接。
2) 在显示模式下创建外部参考(Create external references in Show mode):在定义元素过程中定义其显示模式。
3) 在创建链接是需要确认(Confirm when creating a link with selected object)。
4) 只能选择发布对象作为外部参考(Only use published elements for external selection)。所谓发布对象,是指为该对象赋于一个别名,其它对象可以通过别名引用它。
在更新项(Update)有以下选择:
1) 自动更新(Automatic)或手动更新(Manual)。
2) 在更新过程中出现错误时停止更新(Stop update on first error)。
3) 同步更新所有的外部参考(Synchronize all external references for update)。
4) 激活分步更新显示(Active local visualization),即按操作步骤,分步更新。
在删除操作(Delete Operation)中有以下选项:
1) 显示删除对话框(Display the Delete dialog box):如果想用删除过滤器可以选择该选项。
2) 删除参考草图(Delete referenced sketches):删除特征时,也删除与该特征相关的草图。如果相关草图还与其它特征相关,则不删除。

3.2 显示环境参数设定(Display选项)
显示环境参数设定包括特征树(Specification tree)和几何体(Geometry)的显示参数的设定,其界面如图3-2所示。
 
图3-2 显示参数设置界面
在特征树项可以设定在特征树中是否显示以下对象:外部参考(External References)、约束(Constraints)、参数(Parameters)、关系(Relations)、正在操作的实体(Bodies under operations)、草图(Sketches)。
在几何体项可以设定是否只显示当前操作的实体(Only the current operated solid),该选项只适用于零件设计(Part Design)。
3.3 零件文档参数设定(Part Document选项)
零件文档参数设定包括新零件设定(New part),其界面如图3-3所示。
 
图3-3  零件文档参数设置界面
在新零件设定(New part)中只有一个选项:在生成新零件时创建坐标系(Create an Axis System when creating a new part)。该坐标系的原点为三个缺省平面(XY平面、YZ平面、XZ平面)的交点,三个坐标轴方向同系统坐标轴方向一致。
4 功能详细介绍
本节将详细地介绍创成式外形设计相关的功能及各功能在实际造型中的应用。
4.1 线框造型功能(Wireframes)
4.1.1 点的生成(Point)详解
  在CATIA V5中,生成点的步骤为:选择生成点的类型(Point type);输入相应参数;点击OK按钮,生成点。其中,点的类型有以下几种:
1)   坐标点(Coordinates):它用于生成相对于参考点(Reference point)来指定x、y、z坐标值的点。系统默认参考点为坐标原点,也可以自行指定参考点。
2)   曲线上的点(On curve):它用于生成位于指定曲线(Curve)上,并离参考点(Reference point)为指定距离值(Distance to reference)的点。系统默认参考点为曲线的端点,也可以自行指定参考点。系统提供了两种指定距离的方法:一是指定在曲线上的距离(Distance on Curve);二是指定相对曲线长度的比例(Ratio of Curve Length)。另外,测地距(Geodesic Distance)是指沿曲线从参考点到生成点之间的距离,而欧氏距离(Euclidean Distance)是指从参考点到生成点之间的最短距离。
3)   平面上的点(On plane):它用于生成位于指定平面(Plane)上,并相对参考点(Reference point)为指定H、V坐标值的点。
4)   曲面上的点(On surface):它用于生成位于指定曲面(Surface)上,并在指定方向(Direction)上与参考点相距指定距离(Distance)的点。
5)   圆心点(Circle center):它用于生成所选择圆(Circle)的圆心点。
6)   曲线的切点(Tangent on curve):它用于生成指定曲线(Curve)在指定方向(Direction)上的切点。
7)   中间点(Between):它用于生成位于指定两点(Point1、Point2)之间,在指定比例上(Ratio)的点。其中,比例值(Ratio)为第一点到生成点之间的距离除以第一点到第二点之间距离。

4.1.2 创建多点/平面(Points and Planes Repetition)详解
  该功能用于一次生成多个点,如果选中Create normal planes also选项,还可一次生成多个平面。其操作步骤为:
1) 点击 Points and Planes Repetition工具条或菜单,出现对话框(见图3-4)。
 
图3-4 创建多点对话框
2) 选择一条曲线或曲线上一点。
3) 输入要创建的点数(Instances)。如果选中With end points选项,则两个边界点分别是第一个实例和最后一个实例。
4) 如果在第二步中选择的是一条曲线,则生成曲线的等距点。如果在第二步中选择的是曲线上一点,则显示一个箭头,表示生成从指定点到箭头对应的曲线端点间的等距点,可以编辑箭头的方向。
5) 如果在第二步中选择的是曲线上一点,还可以选择第二点(Second point),以生成两点间的等距点。
6) 如果在第二步中选择的是曲线上一点,则可以选择“参数(Parameters)”选项中的“Instances & spacing”项,这样就可以输入两点的间距(Spacing),用点数(Instances)和间距(Spacing)来生成点组。
7) 可以选中Create normal planes also选项,以生成曲线所在点处的法平面。
8) 如果选中Create in a new Open Body选项,则生成的元素放到一个新的Open Body中。
9) 点击OK按钮,完成操作。

4.1.3 创建极值元素(Extremum)详解
  该功能用于在一个曲线、曲面或凸台上,在指定方向的最大或最小距离的位置上创建一个极值元素,它可以是一个点、一条边界,也可以是一个面。图3-5为该功能的对话框,,图3-6为一个实例。
如果选择的元素(Element)是一条曲线,则在指定方向上生成极值点,即在曲线上,指定方向上的最大或最小坐标点。
如果选择的元素为一个曲面,则根据指定的方向(可以指定其它两个方向),可能会生成一个点或一条边界线。
如果选择的元素为一个实体,则根据指定的方向(可以指定其它两个方向),可能会生成一个点、一条边界线、或一个面。
 
图3-5 创建极值元素的对话框
 
图3-6 创建极值元素的实例图

4.1.4 创建极坐标极值元素(Polar Extremum)详解
  极坐标极值元素(Polar extremum)是平面曲线上的一个在指定方向上的极坐标的极值点。图3-7为其对话框,其中Contour是指极值元素所在的曲线,Support是指Contour所在的面,在Axis部分用来指定极坐标的坐标原点(Origin)及参考方向(Reference direction)。用些功能可以创建以下四种类型(Type)的极坐标极值元素(如图3-8所示):
1) 最小半径(Min Radius)
2) 最大半径(Max Radius)
3) 最小角度(Min Angle)
4) 最大角度(Max Angle)
 
图3-7 创建极坐标极值元素的对话框
   
 最小半径 最大半径
 
 
最小角度 最大角度
图3-8 极坐标极值元素的类型

4.1.5 直线的生成(Line)详解
  在CATIA V5中提供了多种生成直线的方法。如果指定支撑面,最后生成的直线会被投影到支撑面上。
1)   通过两点生成直线(Point-Point):该方法用于生成两点(Point1、Point2)间的直线。
2)   8通过点和方向生成直线(Point-Direction):该方法用于生成通过一点(Point)并与指定方向(Direction)平行的直线。
3)   生成与一曲线成一定角度的直线(Angle/Normal to Curve):该方法用于生成通过一点(Point),并与一指定曲线(Curve)成一定角度(Angle)的直线。当指定角度为90度时,所生成的直线垂直于指定的曲线。
4)   曲线的切线(Tangent to Curve):该方法用于生成曲线(Curve)的切线。其中,如果所选的Element2为一点,则所生成的切线通过该点;如果Element2为一曲线,则所生成的切线还与该曲线相切。
5)   曲面法线(Normal to Surface):该方法用于生成过曲面上一点(Point),并与曲面(Surface)垂直的直线。
6)   角分线(Bisecting):该方法用于生成两直线(Line1、Line2)之间的角分线。其中,Point为所生成的角分线上一点。
4.1.6 折线的生成(Polyline)详解
  所谓折线是指由多条首尾相连的直线组成的直线段组,在相邻两直线之间可以倒角。它对创建管道之类的柱圆很有帮助。其创建步骤为:
1) 点击Polyline工具条或菜单Insert->Wireframe->Polyline。
2) 选择组成折线的点,可以通过对话框右侧的按钮编辑点。
3) 可以对除端点外的所有点添加倒角半径,方法是在列表中选择要添加倒角的点,在Radius域中输入倒角半径。
4) 可以按Apply按钮,预览结果。
5) 按OK按钮,生成折线。

4.1.7 平面的生成(Plane)详解
  在CATIA V5中提供了以下几种生成平面的方法:
1)   创建偏移平面(Offset from Plane):该方法用于生成一个与参考平面(Reference)平行,并相距一定距离(Offset)的平面。
2)   创建过点且平行于参考平面的平面(Parallel through Point):该方法用于生成通过一点(Point),并与参考平面(Reference)平行的平面。
3)   创建与参考平面成一定角度的平面(Angle/Normal to Plane):该方法用于生成过某一转动轴(Rotation Axis)且与参考平面(Reference)成指定角度(Angle)的平面。如指定角度为零度,则待生成平面与参考平面平行;如指定角度为90度,则待生成平面与参考平面垂直。
4)   过三点创建平面(Through Three Points):该方法用于生成同时通过不在一条直线上的三个点(Point1、Point2、Point3)的平面。
5)   过两共面直线创建平面(Through two lines):该方法用于生成同时通过两条共面直线(Line1、Line2)的平面。
6)   过一点和一直线创建平面(Through point and line):该方法用于生成同时通过一点(Point)和一条直线(Line)的平面。所选的点必须不能位于所选直线或直线的延长线上,否则无解。
7)   创建平面曲线所在的平面(Through planar curve):该方法用于生成平面曲线(Curve)所在的平面。
8)   创建垂直于曲线的平面(Normal to Curve):该方法用于生成通过一点(Point),并垂直于所选曲线(Curve)的平面。
9)   创建曲面的切平面(Tangent to Surface):该方法用于生成通过一点(Point),并与所选曲面(Surface)相切的平面。
10) 利用公式创建平面:该方法用于生成公式为AX+BY+CZ=D的平面。其中公式中的A、B、C、D四个参数的数值由用户输入。
11) 创建一组点的拟合平面(Mean through Points):该方法生成一组点(Points)的拟合平面。所生成平面是按如下算法完成的:已知点与所生成平面之间距离值的总和为最小。

4.1.8 在两平面间创建多平面(Planes Between)详解
  该功能用于在两个已有平面间创建指定数量的平面。其操作比较简单,首先选择两个平面(Plane1、Plane2),然后输入要生成的平面数(Instances),最后点击OK按钮键,就一次生成多个平面。如果选择了“Create in a new Open Body”选项,则在特征树中,生成的平面组放于一个新的Open Body中

4.1.9 圆的生成(Circle)详解
  用此功能,既可以生成平面圆,也可以在曲面支撑面(Support)上生成圆在该支撑面上的投影。它提供了以下几种定义圆的方法:
1)   定义圆心和圆的半径(Center and Radius):该方法是通过定义圆心(Center)、半径(Radius)和支撑面(Support)的方法来定义圆的。
2)   定义圆心和圆上一点(Center and point):该方法是通过定义圆心(Center)、圆周上一点(point)以及支撑面(support)的方法来定义圆的。
3)   定义圆上两点和圆的半径(Two Points and Radius):该方法用于生成已知圆上两点(Point1、Point2)及半径(Radius)的圆。所选择的点应位于支撑面(Support)上,且两点间距必须小于、等于二倍的半径值。
4)   三点圆(three points):该方法用于生成通过指定三点(Point1、Point2、Point3)的圆。
5)   双切、半径定义圆(Bi-tangent and Radius):该方法用于生成与所选择的两个元素(点或曲线)(Element1、Element2)相切的,指定半径值(Radius)的圆。多答案时,可以在所想生成圆的位置点击左键,以生成所需的圆。
6)   双切、点定义圆(Bi-tangent and Point):该方法用于生成通过一点(Point),并与所选择的两个元素(点或曲线)(Element1、Element2)相切的圆。

7) 三切圆(Tri-tangent):该方法用于生成与指定三元素(点或曲线)(Element1、Element2、Element3)相切的圆。

4.1.10 拐角的生成(Corner)详解
  拐角是指在两个线框元素之间生成一个定半径的圆弧段,并与这两个线框元素相切,即在两个线框元素之间倒圆角。生成拐角元素的步骤如下:
1) 点击Corner工具条或菜单Insert->Wireframe->Corner。
2) 选择曲线或点作为第一个元素(Element1)。
3) 选择曲线作为第二个元素(Element2)。
4) 选择支撑面(Support)。
5) 输入半径值(Radius)。
6) 当有多个可能的结果存在时,选“另一结果(Next Solution)”按钮,以生成所需拐角。
7) 可以选择“Trim elements”选项,将拐角元素的多余部分剪切掉。
8) 按OK按钮,生成拐角。

4.1.11 桥接曲线(Connect Curve)详解
  桥接曲线是指在两个线框元素之间生成满足指定几何约束条件(点连续、切矢连续、曲率连续)的中间曲线。其生成步骤为:
1) 点击Connect Curve工具条或菜单Insert->Wireframe->Connect Curve。
2) 选择第一条曲线及桥接曲线在该曲线上的边界点(First Curve->Curve、Point),可以用鼠标动态移动边界点;
3) 选择第二条曲线及桥接曲线在该曲线上的边界点(Second Curve->Curve、Point);
4) 指定连续性类型(Continuity):点连续(Point)、切矢连续(Tangent)、 曲率连续(Curvature);
5) 如果必要的话,指定张量值(Tension),该值表示所选曲线对所生成的曲线贡献率的大小,其值越大,表示所选曲线对所生成的桥接曲线的贡献越大,即所生成的曲线越逼近于所选曲线。
6) 在曲线的每一个端点上都显示一个箭头,它表示曲线在端点的方向。可以点击箭头,以改变其方向。
7) 可以选择“Trim elements”选项,将拐角元素的多余部分剪切掉。
8) 按OK按钮,生成桥接线。
4.1.12 圆锥线(Conic)详解
  圆锥线是指圆锥体与平面相交所获得的曲线,包括椭圆、抛物线和双曲线。这些曲线可通过五个条件来定义。创建圆锥线的对话框如图3-9所示。它提供了以下几种定义圆锥曲线的方法。
 
图3-9 圆锥线的创建对话框
1)   两点(Start、End)、端点切矢(Start)、终点切矢(End)、一参数值(Parameter);
2)   两点(Start、End)、端点切矢(Start)、终点切矢(End)、一通过点(Point1);
3)   两点(Start、End)、端点与终点的切矢交点(Point)、一参数值(Parameter);
4)   两点(Start、End)、端点与终点的切矢交点(Point)、一通过点(Point1);
5)   四点(Start、End、Point1、Point2)、一个切矢(Start/End);
6)   五点(Start、End、Point1、Point2、Point3)。
其中,参数(Parameter)的取值范围是0-1。如果参数值小于0.5,则所生成的曲线为椭圆;如果参数值等于0.5,则生成的曲线为抛物线;如果参数值大于0.5,则生成的曲线为双曲线。
 
图3-10 样条线的创建对话框

4.1.13 样条线(Spline)详解
  样条线是由一系列点拟合而成的光滑曲线(对话框如图3-10所示)。其操作步骤为:
1) 点击Spline工具条或菜单Insert->Wireframe->Spline。
2) 选择样条线所通过的点(Points)。
3) 如选择“支撑几何体(Geometry on Support)”选择项,则待生成的样条线被投影到所选择的支撑面上。
4) 在样条线的点上,可设置切矢方向(Tangent Dir),使样条线在该点的切矢方向与设定切矢方向平行,其方法是:在对话框上侧列表中选择要设置切矢方向的点,在对话框上侧的Tangent Dir.输入框中选择一条直线或一个平面来指定一个方向,或在该输入框用弹出菜单来指定一个方向。
5) 如有必要,可对要生成的样条线进行修改、编辑处理:
在所选点后加点(Add Point After);
在所选点前加点(Add Point Before);
移去所选点(Remove Point);
用另一点替代所选点(Replace Point)。
6) 也可在所选点上进行以下信息的编辑处理:
切矢方向Tangent Dir
切矢张量Tangent Tension
曲率方向Curvature Dir
曲率张量Curvature Tension
7) 如要生成封闭样条线,点选封闭样条(Close Spline)选项。
8) 按OK按钮,生成样条线。

4.1.14 螺旋线(Helix)详解
该功能 用于生成螺旋状曲线,例如线圈、弹簧等。生成螺旋线的步骤为:
1) 点击Helix工具条或菜单Insert->Wireframe->Helix。
2) 选择开始点(Start Point)与轴线(Axis);开始点与轴线之间的距离为螺旋线的起始半径,所以所选择的开始点不能在所选择的轴线上。
3) 设置螺旋参数:螺距(Pitch)、高度(Height)、旋向(Oritation)、开始旋角(Start Angle)。
4) 如果要生成锥螺旋,则设置螺旋的锥度(Taper Angle)、锥向(Way)参数。
5) 如果要生成复杂形状的螺旋线,需指定螺旋轮廓线。螺旋轮廓线用于指定螺旋的半径,如图3-11所示,其中,红色曲线为轮廓线。
6) 按OK按钮,生成螺旋线。
 
图3-11 螺旋线轮廓线示例图

4.1.15 平面螺旋线(Spiral)详解
该功能 用于创建平面内的螺旋状曲线,其生成步骤为:
1) 点击Spiral工具条或菜单Insert->Wireframe->Spiral。
2) 选择支撑平面(Support)和平面螺旋线的中心点(Center Point)。
3) 选择一个参考方向(Reference direction),用以测量平面螺旋线的起始半径值(Start Radius)和平面螺旋线的角度;
4) 输入起始半径值(Start Radius),它是指从中心,点沿参考方向到平面螺旋线开始点的距离;
5) 选择螺旋线的旋向:顺时针方向(Clockwise)或逆时针方向(Counterclockwise)。
6) 选择平面螺旋线的创建方式,并输入相应的参数值。有以下几种创建方式:
角度和节距(Angle & Pitch):平面螺旋线由相对参考方向的结束角度(End angle)和节距(相邻两圈的距离)来定义。
半径和节距(Radius & Pitch):平面螺旋线由结束半径值(End Radius)(最后一圈的半径值)和节距来定义。
7) 按OK按钮,生成平面螺旋线。各参数值的含义见图3-12所示。
 
图3-12 平面螺旋线的形状及其参数的意义

4.1.16 脊骨曲线(Spine)详解
脊骨曲线 是一条与一系列平面或平面曲线垂直的曲线。脊骨曲线在扫描曲面(Sweep)、放样曲面(Loft)等造型时特别有用。CATIA V5提供了两种生成脊骨曲线的方法:
1) 利用一组平面生成脊骨曲线(如图3-13所示)。选择一组平面(Section/Plane),系统会生成一条与所有平面垂直的脊骨曲线。也可以指定一个开始点(Start Point),如果所选择的开始点不在所选择的平面上,系统会自动将其投影到第一个平面上作为脊骨曲线的开始点。
2) 利用引导线生成脊骨曲线(如图3-13所示)。选择两条引导线(Guide),系统会自动生成相对应的脊骨曲线。这种脊骨曲线在创建扫描面时非常有用。
 
 

由一组平面生成脊骨曲线 用两条引导线生成脊骨曲线
图3-13 生成脊骨曲线的两种方法
4.1.17 平行线(Parallel Curve)详解
该功能 用于生成参考曲线的平行线。其生成步骤为:
1) 点击Parallel Curve工具条或菜单Insert->Wireframe->Parallel Curve。
2) 选择平行线的平行模式(Parallel Mode),如图3-14所示。
欧氏模式(Euclidean):在此模式下,平行线之间的距离是指两线的最短距离。
测地距模式(Geodesic):在此模式下,平行线之间的距离是指平行线与参考曲线在支撑面上的距离。
 
图3-14 两平行模式间的区别
3) 选择拐角类型(Parallel Corner Type),该选项对曲线出现尖角时有用(如图3-15所示)。
尖拐角(Sharp):平行线考虑到原始参考曲线的角度。
圆拐角(Round):在原始曲线的尖角处,平行曲线加倒角。



Sharp Round
图3-15 两拐角类型间的区别
4) 选择要平行处理的参考曲线(Curve)。
5) 选择参考曲线所在的支撑面(Support)。
6) 指定偏移类型,并输入相应的参数。
常量偏移(Constant),输入偏距值(Constant)。
规则偏移(Law),指定规则(Law)。
7) 选择Both sides选项,则生成以参考曲线为对称线的两条平行线。如需一次生成多条间距一致的平行线,可以选择Repeat object after OK选项。
8) 按OK按钮,生成平行线。



4.1.18 投影线(Projection)详解
该功能 用于把几何元素投影到支撑面上,生成投影元素。能够投影的元素有:
1) 点,投影到曲面或线框元素上;
2) 曲线,投影到曲面上。
3) 多点或多个线框元素投影到曲面上。
生成投影线的具体步骤为:
1) 点击Projection工具条或菜单Insert->Wireframe->Projection
2) 选择投影类型(Projection Type)
法向投影(Normal):沿支撑元素的法矢方向进行投影。
沿矢量方向(Along direction):沿所指定的矢量方向进行投影。
3) 选择要投影的元素(点或线框元素)(Projected)。可以一次投影多个元素,其中可以在“被投影元素(Projected)”输入框中,用弹出菜单对其进行编辑;
4) 选择支撑元素(Support);
5) 如果选择沿矢量方向投影,则选择投影矢量(Direction);
6) 如果有多个可能的结果,选择Nearest Solution选项,以保留最近的投影。
7) 按OK按钮,生成投影元素。

4.1.19 组合投影线(Combine)详解
该功能 是通过将两条曲线分别在指定的方向上拉伸而得到的交线。生成组合投影线的具体步骤为:
1) 点击Combine工具条或菜单Insert->Wireframe->Combine。
2) 选择组合曲线的类型(Combine type);
法向(Normal):沿曲线所在平面的法向进行拉伸而得到的交线;
沿矢量方向(Along direction):按指定的方向对曲线进行拉伸而得到的交线。
3) 选择两条参考曲线(Curve1、Curve2);
4) 如果选择沿矢量方向组合方式,则要连续选择两个拉伸方向(Direction1、Direction2)。
5) 如果有多个可能的结果,选择Nearest Solution选项,以保留最靠近于第一条参考曲线的结果。
6) 生成组合曲线。

4.1.20 反射曲线(Reflect Curve)详解
该功能 用于生成曲面的反射曲线,它是由曲面上法矢方向与指定的方向成一定角度的点所构成的曲线。其具体的生成步骤为:
1) 点击Reflect Curve工具条或菜单Insert->Wireframe->Reflect Curve。
2) 连续选择支撑面与指定的方向(Support、Direction);
3) 输入角度值(Angle),也可以用鼠标动态修改角度值。
其中,Normal选项用于指定是否应该计算角度:
如果选择了Normal选项,该角度为所选矢量方向与曲面法矢方向之间的夹角。
如果不选择Normal选项,该角度为所选矢量方向与曲面切平面之间的夹角。
4) 按OK按钮,生成反射曲线。

4.1.21 相交元素(Intersection)详解
该功能 用于生成两相交几何体的相交点或相交线。相交几何体可以是线框或曲面。其具体的生成步骤为:
1) 点击Intersection工具条或菜单Insert->Wireframe->Intersection。
2) 连续选择两个几何体(线框或曲面)(Element1、Element2),可以多选Elements1,但只能单选Element2。
3) 选择所生成相交元素的类型(如图3-16所示):
曲线(Curve):当一曲线与另一曲线或一曲面相交时,可以选此项。
点(Points):当一曲线与另一曲线或一曲面相交时,可以选此项。
轮廓线(Contour):当一曲面与另一曲面或实体相交时,可以选此项。
面(Face):当一曲面与另一曲面或实体相交时,可以选此项。
 
 

Curve Points
 
 

Contour Face
图3-16 相交元素的类型
4) 点击OK按钮,生成所选两几何体的交点或交线。





4.2 曲面造型功能(Surfaces)
本节将介绍各种曲面的造型方法,尤其对曲面造型中的难点:扫描曲面(Sweep)、放样曲面(Loft)的造型方法进行较为详细的讨论。
4.2.1 拉伸面(Extrude)详解
拉伸面 是将一轮廓线(Profile)沿一指定方向拉伸一定距离而得到的曲面(如图3-17所示)。其具体的生成步骤为:
 
图3-17 拉伸面
1) 点击Extrude工具条或菜单Insert->Surfaces->Extrude。
2) 选择轮廓线(Profile);
3) 选择拉伸方向(Direction)。拉伸方向可以是坐标轴x/y/z、定义的直线段或平面元素。如选择平面元素,则曲线拉伸方向为所选平面的法矢方向。
4) 输入确定拉伸范围的参数:L imit1、Limit2,或把操作箭头定位在LIM1、LIM2字符上,按住左键,随鼠标动态修改其值大小;
5) 可以点击Reverse Direction选项,反向曲面拉伸方向;
6) 点击OK按钮,生成拉伸面。

4.2.2 回转面(Revolution)详解
回转面 是指将一轮廓线(Profile)绕一轴线(Axis)转动一定角度而生成的曲面(如图3-18所示)。其具体的生成步骤为:
1) 点击Revolution工具条或菜单Insert->Surfaces->Revolution。
2) 选择轮廓线(Profile)。
3) 选择转动轴(Axis)。轮廓线和转动轴不能相交。
4) 输入确定旋转面的旋转范围的参数:Angle1,Angle2,或把操作箭头定位在Angle1,Angle2字符上,按住左键,随鼠标动态修改其值大小;
5) 点击OK按钮,生成回转面。
 
图3-18 回转面
4.2.3 球面(Sphere)详解
该功能 用于生成球面。其具体的生成步骤为:
1) 点击Sphere工具条或菜单Insert->Surfaces->Sphere。
2) 选择球心(Center)。
3) 选择球轴(Sphere Axis),它决定球的方位。
4) 输入球半径(Sphere radius)。
5) 修改所需球面的范围:平行线的起始角度(Parallel Start Angle)和终止角度(Parallel End Angle),及子午线的起始角度(Meridian Start Angle)和终止角度(Meridian End Angle)。既可以输入相应的数值,也可以通过鼠标动态修改。
6) 点击OK按钮,生成球面。如图3-19所示,其中Par代表平行
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