CATIA_V5教程-第9章__自由曲面设计

CATIA V5曲面教程
作者：无维网无嗔
此题的G1解法其实稍加分析,只需运用扫描加倒圆角即可完成全过程.
因为形状比较规则,且有二条导轨线及二个截面圆组成,对于这样的形状优先采用二轨扫描而不是Loft指令。

为了保证二端截面圆严格过二导轨线的端点，这里我们作了一条通过二截面圆所依附平面的脊线。

利用求得脊线及二条轨线扫出曲面，轮廓已知小圆。

扫出一个曲面。

接下来我们分析侧面过渡面的构建思路，通过草图或测量得知侧面线由二段相切的圆弧组合而成，并测得半径值。

R等于21.91一端点与侧面圆相合，这里采用单轨扫描得到一个曲面，相信这个不是难点，还是比较容易理解。

扫出上二步的曲面后，余下就是作出一个半径17.798一个过渡面，利用草图工具作一条过侧面二段圆弧切点的直线并拉升一个曲面，分割上一步的扫出曲面。

这样的图出来后我们就可以想到用面面倒圆角指令（通过上一步分割面的边界）完成过渡，这样既可以保证通过二段圆弧中R等于17.798的弧线，又可以通过过曲线的方法得到一个渐变的过渡面。

通过对称缝合加厚等指令的操作得到结果
单轨扫出的面,可以用图示的方法作出一个回转面与拉升面倒圆角(R=21.91)得到.
其它作法就一样了.如果理解不了,可以用二维的方法来思考二段圆弧相切原始线可能是由二段直线加一个已知点已知半径倒圆角生成.
该方法我已录好视频稍后待网速快捷时上传.(其实传与不传无关紧要,关键是你能理解该解法的思路就行了)。

第一章曲面设计概要1、曲面造型的数学概念：（1）、贝塞尔（Bezier）曲线与曲面：法国雷诺的Bezier在1962年提出的，是三次曲线的形成原理。

这是由四个位置矢量Q0、Q1、Q2、Q3定义的曲线。

通常将Q0，Q1，…，Qn组成的多边形折线称为Bezier控制多边形，多边形的第一条折线与最后一条折线代表曲线起点和终点的切线方向，其他折线用于定义曲线的阶次与形状。

（2）、B样条曲线与曲面：与Bezier曲线不同的是权函数不采用伯恩斯坦基函数，而采用B样条基函数。

（3）、非均匀有利B样条（NURBS）曲线与曲面：NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines的缩写。

Non-Uniform（非统一）指一个控制顶点的影响力的范围能够改变。

当创建一个不规则曲面的时候，这一点非常有用。

同样，统一的曲线和曲面在透视投影下也不是无变化的，对于交互的3D建模来说，这是一个严重的缺陷。

Rational（有理）指每个NURBS物体都可以用数学表达式来定义。

B-Spline（B样条）指用路线来构建一条曲线，在一个或更多的点之间以内差值替换。

（4）NURBS曲面的特性及曲面连续性定义：NURBS曲面的特性：NURBS用数学方法来描述形体，采用解析几何图形，曲线或曲面上任何一点都有其对应的坐标（x,y,z），据有高度的精确性。

曲面G1与G2连续性定义：Gn表示两个几何对象间的实际连续程度。

●G0：两个对象相连或两个对象的位置是连续的。

●G1：两个对象光滑连接，一阶微分连续，或者是相切连续的。

●G2：两个对象光滑连接，二阶微分连续，或者两个对象的曲率是连续的。

●G3：两个对象光滑连接，三阶微分连续。

●Gn的连续性是独立于表示（参数化）的。

2、检查曲面光滑的方法：①、对构造的曲面进行渲染处理，可通过透视、透明度和多重光源等处理手段产生高清晰度的、逼真的彩色图像，再根据处理后的图像光亮度的分布规律来判断出曲面的光滑度。

第1章 Catia V5 R18使用概述本章主要介绍Catia主要特点、基本功能、操作界面等基础信息。

让读者掌握标题栏、菜单栏、工具栏、结构树、各设计模块在软件中的位置和作用，有利于后续课程的学习。

1.1 Catia V5 R18概述Catia是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application的缩写，是法国Dassault公司于1975 年起开始发展的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。

它的内容涵盖了产品从概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成到生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。

Catia不但能够保证企业内部设计部门之间的协同设计功能，而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。

Catia 大量用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等各方面。

1.2 Catia V5 R18基本功能Catia具有所有CAD/CAM软件的基本功能，如绘制二维、三维图形及工程图。

作为新一代的CAD/CAM/CAE软件，已被广泛应用于航空航天、机械、建筑等领域。

随着经济的发展，被越来越多的用户所接受。

下面简要介绍Catia 的基本功能。

1.2.1 绘制二维图形Catia可以直接使用其草图模块绘制二维图形。

在草图绘制平台中，Catia提供了丰富的绘图工具，用户使用这些工具可以绘制直线、中心线、圆、椭圆、圆弧等基本图形。

此外，Catia还提供了各种编辑工具，可以对图形进行复制、镜像、移动、剪切和尺寸标注等操作。

如图1.1所示草图为Catia中绘制的二维图形。

绘制二维图形功能不是Catia的核心功能，其最主要的功能是设计三维实体模型。

Catia的设计理念是先设计三维实体模型，通过投影创建工程图，如图1.2所示，并且三维实体模型与工程图是相关联的，只要三维更改，工程图就相应更改。

第9章数字化曲线/曲面设计进阶本章导读：曲面的生成可以在创成式外形设计、自由曲面设计模块中完成，也可以在逆向曲面重建模块中生成。

本章主要讲述曲线和曲面生成的方法。

9.1 绘制曲线绘制曲线是通过曲线命令生成通过点云上点的曲线。

可通过空间3D曲线、网格曲线、扫描曲线、相交、投影等方法绘制曲线。

9.1.1 绘制3D曲线3D曲线是用于创建空间或定位于几何元素上的三维曲线。

该三维曲线具有关联性，如果所创建的曲线位于某几何体上，编辑该几何体后，曲线自动更新。

单击【创建曲线】工具栏中的【3D曲线】按钮，系统弹出如图9-1所示的【3D曲线】对话框，该对话框的内容如下所述。

图9-1 【3D曲线】对话框z【创建类型】下拉列表框用于定义创建3D曲线的类型，分别是控制点、通过点、近接点。

选择【控制点】选项，用户输入的点作为所创建曲线的控制点，效果如图9-2所示。

选择【通过点】选项，用户输入的点作为所创建曲线的通过点，效果如图9-3所示。

选择【近接点】选项，利用用户输入的点生成一条拟合曲线，效果如图9-4所示。

图9-2 控制点绘制的曲线图9-3 通过点绘制的曲线图9-4 近接点绘制的曲线z【点处理】选项组用于编辑3D曲线，可以在曲线上插入点、删除点、约束点等操作。

单击【插入点】按钮，用鼠标选取所想插入点的弧段，然后选取所插入点的262第9章数字化曲线/曲面设计进阶263位置。

单击【删除点】按钮，然后选取要删除的点。

单击【释放或约束点】按钮，然后选取一点，如果该点是空间点，可以选取一已知点，将该点约束到已知点上；还可以按住Ctrl 键后，选取另一几何元素，则将该点约束到该点到所选几何元素的最短距离处的点上；如果所选点已经约束到了某几何元素上，则取消对该点的约束。

z 选中【禁用几何图形检测】复选框，选取一点，该点紧靠在一个几何元素上，该点就不会约束到几何元素上。

z 【选项】选项组用于定义了多个选项来控制曲线质量，分别是偏差、分割、最大阶次等。

CATIA V5从入门到精通●做练习可参考光盘\Chapter 9 文件夹中例题：Copy Geometric Parameters.CATPart9.4 曲面修改（Shape Modification）曲面修改工具条提供有镜像、变形、延伸曲面等功能。

Shape Modification 工具条的各命令分别叙述如下。

（1） Symmetry：提供对曲线、曲面、实体进行镜像操作的功能。

该命令与GSD中的Symmetry属同一命令，在GSD模块中已做过详细的叙述，读者可参考GSD 章节中相关的内容。

（2） Control Points：提供对曲面控制点进行编辑的功能，这一命令是FS模块中的重点内容。

单击（菜单操作为Insert→Shape Modification→Control Points），出现图9-71所示的对话框。

图9-71 Control Points对话框●Elements：需要编辑控制点的曲面，如图9-71中所选的曲面。

●Support：控制点的移动方式。

从左至右的6个按钮分别是Normal To Compass 垂直于罗盘移动，Mesh Line 沿网格线移动，Local Normal 沿曲面控制点法线方向移动，Compass Plane 在罗盘平面内移动，Local Tangents 沿曲面控制点切线方向移动，Screens Plane 在屏幕平面上移动。

●Filters：选择过滤器。

单击3个按钮可只选择控制点、只选择控制线、二者都可选。

图9-72中的3个图分别是这3种方式。

●Selection：选择设置。

左右两个按钮分别是Select all Points（选中所有控制点、控制线）和Deselect all Points（放弃所有控制点、控制线的选取）。

●Diffusion：纵向控制线移动过渡方式，Cross Constant Law：固定值移动过渡， CrossLinear Law：线性过渡，Cross Concave Law：内凹曲线过渡，Cross Convex Law：外凸曲线过渡，Cross Bell Law：钟形曲线过渡。

自由造型单元可以创建不规则的曲面，构图方式自由，故称自由造型。

自由造型构图方式是透过移动控制点的方式来决定曲面或曲线的外形，与其他实体为主的单元的不同处，在于自由造型可以脱离实体的限制，由用户的主观意识来决定所要的外形。

自由曲面优化模块扩展了CATIA自由曲面造型设计的外形和曲面造型功能，主要针对复杂的多曲面外形的变形设计。

设计者可以象处理一个曲面片一样对曲面进行整体更改，而同时保持每个曲面先前规定的设计品质。

系统能够使一个设计和其他的几何元素匹配。

为检验曲面的设计质量，用户可以实施一个虚拟展室，通过计算出反射光线对曲面进行检查。

2.1 进入自由曲面造型单元打开CATIA软件后，在菜单栏中的开始菜单中选择形状模块，并单击FreeStyle单元，如图2.1所示，进入自由曲面造型单元。

图 2.1自由曲面造型功能总览：自由曲面造型单元共有八项主要的工具栏，可以在插入和工具菜单中找到，全部的工具栏请参考图2.2。

插入工具栏所提供的功能主要用于曲面与曲线的创建和修改，工具菜单中所提供的功能主要为辅助用户的设计工作。

图 2.2 八项主要工具简介如下：. CurveCreation(曲线创建):可以用各种条件创建并修改曲线。

. SurfaceCreation(曲面创建):可以用各种条件创建并修改曲面。

. ShapeModification(外形修正)：可以对曲面、曲线的外形进行修正。

.Operations(修改操作)：可以对曲线、曲面等对象进行修改。

. ShapeAnalysis(外形分析)：可以对曲面、曲线进行间隙、曲率、曲面品质、距离误差等的分析。

. GenericTools(一般工具)：可以显示曲面的几何状态，改变指南针方向。

. ViewManipulation(自定义观察方式)：可以修改屏幕的显示比例，使用指南针来移动视角，变换前后视角。

. FreeStyleDashboard(自由造型辅助面板)：建立与修改曲面、曲线时的辅助工具。