CATIA建模规定

1 范围本文件规定了CATIA三维建模的通用要求。

本文件适用于飞机产品零件、组件和部件的三维设计。

2 术语和定义本文件采用下列术语和定义。

2.1 三维建模(three dimension design)应用三维造型软件（如:CATIA、UG等）进行三维零件、组件及部件设计的过程。

2.2 三维数字模型(three dimensional digital model)是指三维实体在计算机内部的以1：1的比例来几何描述，它记录了实体的点、线、面、体等几何要素及其之间的关系。

2.3 CATIA文件(CATIA document)用CATIA软件对产品及其零部件进行数字化描述而形成的各类文件，包括后缀名，如：CATPart、CATProduct、CATDrawing、CAtlog、CATMaterial、CATAnalysis等。

2.4 外形数模(lofting/shape digital model)飞机外形的数字化描述，表达了飞机外形设计所有的信息，作为气动、结构、工装等设计的依据。

2.5 实体(solid/body)由CAD软件所生成的三维几何体在CATIA V4中为Solid，在CATIA V5中为Body或partbody。

2.6 非实体元素(open body)非实体元素是指不占有空间的几何元素（也可称为开放性元素），如：点、线、面等。

2.7 零件实体(partbody)由body和openbody组成的实体。

2.8 参考形体(reference geometry)指建模中所需参考的其它模型中的几何图形。

使用CATIA建模时，参考形体的获得可通过发布和引用来实现，且参考形体是参与模型建立的，当相关选项打开时，特别是在关联设计中，他会在结构树上有一个单独的分支（External Reference）。

2.9 零件特征树 specification/part feature tree体现零件设计过程及其特征（如：点、线、面、体等）组成的树状表达形式，反映模型特征之间的相互逻辑关系。

零件特征树包含两部分，一部分是几何特征（如：点、线、面、体等），另一部分是知识特征，也就是生成零件时，应用的关系、参数（Relation、Parameter）这是CATIA V5特有的。

2.10 产品结构树(product structure tree)产品结构树体现产品组成的树状表达形式，反映产品零组件的装配层次关系。

2.11 “污染”模型(corrupt model)不能正常工作，并会反复引起系统出错的模型。

2.12 重复元素(duplicate elements)重复元素是指数学定义与另一元素相同的元素。

2.13 刷新(update)对某一数据用最新状态覆盖原数据状态的操作功能。

2.14 结构轴线将机身上需要在外形数模中进行表示的主要的受力件结构轴线（长桁、梁等）统称为结构轴线。

2.15 结构基准平面飞机上的结构轴线一般均用平面内曲线来表示，将曲线所在的平面定义为结构基准平面。

2.16 曲线(Curve)数学点的集合，它是在实线（R1）连通子集上定义的一个连续函数在2维或3维空间中的图像，但不是一个简单的点。

2.17 曲面(Surface)数学点的集合，它是在平面（R2）的一个连通子集上定义的连续函数的图像。

2.18 自相交(Self-intersect)如果在曲线或曲面域中的一个数学点是在该对象参数范围内至少两个点的图像，且这两个点的一个位于参数范围的内部，则该曲线或曲面是自相交的。

对于顶点、边或面的自相交定义同上。

2.19 关联尺寸标注(associative dimensioning)CATIA的一种尺寸标注功能。

它把三维模型的尺寸实体与要标注尺寸的二维几何图形关联起来，可以使所标注的尺寸值随三维模型尺寸实体的改变而自动更新，反之亦然。

与之相反的非相关尺寸标注（non-associative dimensioning）则所标注的尺寸不建立关联，三维模型尺寸实体与二维几何图形关联不发生相互影响。

2.20 自动标注尺寸(automatic dimensioning)CATIA的一种尺寸标注功能。

它能够按一定的格式自动排列图形的尺寸，并自动标注尺寸线、箭头和尺寸数字，并且用户可进行调整。

2.21 缺省值(default)在CATIA的作业或操作中一个参数所需要的预定值，它由系统自动提供或以此定制文件和定制操作设定，而不是由用户操作确定的。

2.22 缺省值选择(default selection)CATIA的一种用户化设置功能和特点，它允许用户为设计中的产品预先选定参数。

然后，每次发出的命令都使用这些预先选定了的缺省值参数。

亦可在输入命令时，通过选择不同的参数，设计者能够取代它们。

缺省值选择适用于用户在操作中对各项缺省值参数进行调整。

2.23 退化元素（Degenerate Element）退化元素指无法用鼠标选取的元素，无法用来生成新的元素的元素，不能进行UPDATE操作的元素 或逻辑错误的元素，零长度直线或长度小于0.001mm的曲线。

2.24 DFM面向制造的设计，Design For Manufacture的缩写。

2.25 DMU数字样机，Digital Mock-UP的缩写；2.26 DPA数字化预装配，Digital Pre–Assembly的缩写。

2.27 DPD数字化产品定义，Digital Product Definition的缩写。

2.28 REF参考模型，Reference的缩写。

2.29 MDS理论外形曲面（主尺寸表面），Master Dimension Surface的缩写。

3 建模的一般要求3.1 建模一般原则a)在正式发出的CATIA模型文件中，模型应具有唯一性和稳定性，不允许有冗余元素存在；b)几何模型应是封闭的，且不应带有额外的线架和曲面，产品模型必须是完整的；c)在正式发出的CATIA模型文件中，产品定义应使用实体（Part Body）；d)一个CATPart模型中只能定义一个零件，一个CATProduct模型中，根据装配隶属关系，可包括多个子组件的CATProduct模型和零件的CATPart的模型，部件和组件中所有零件，应在各自的CATPart 模型文件中定义，而且利用CATIA软件本身提供的功能建立数据间的链接关系和引用关系；e)建模过程应充分体现DFM的设计准则，在模型上表达必要的制造相关信息，并尽量提高其工艺性；f)模型的修改应在其生成的工作环境下进行。

3.2 建模流程CATIA建模流程见附录A。

3.3 环境设置CATIA建模环境设置见附录B。

3.4 坐标系在CATIA建模中，可使用三种不同的坐标系：机体坐标系、辅助坐标系和局部坐标系，所有坐标系应按右手正交系定义。

3.4.1 机体坐标系机体坐标系定义为：原点在机头或某一确定位置点，X轴为构造水平面与机身对称平面的交线，逆航向指向机尾、Y轴垂直向上、Z轴为顺航向指向机体左侧。

在CATIA系统中将机体坐标定义为CATIA的缺省坐标系，机体坐标系见图1。

3.4.2 辅助坐标系 (auxiliary axis system)辅助坐标系是与飞机机体坐标系相对独立的坐标系，辅助坐标系按需要定义，如：机翼坐标系、尾翼坐标系等。

辅助坐标系在飞机部件中的定义见图23.4.3 局部坐标系(local part axis system)局部坐标系是为方便设计按需要，实现某个零组件的建模而自行定义的坐标系。

一般用于除飞机机翼、平尾和垂尾等大部件以外的机体内部零件、组件的建模。

局部坐标系应建立在垂直相交的基准面、基准线的交点处，若不相交，则应建立在尺寸定义起始点或对设计而言的重要特征处。

表示在机体坐标系内定义局部坐标系的示例见图3。

图1 机体坐标系图2 辅助坐标系定义示例图3 局部坐标系定义示例3.4.4 坐标系的标识3.4.4.1 机体坐标系标识机体坐标系为CATIA软件系统的缺省坐标系，不加其他标识。

3.4.4.2 辅助坐标系标识辅助坐标系标识由组、部件名称+“坐标系”组成。

如“机翼坐标系”。

3.4.4.3 局部坐标系的标识局部坐标系应有明确的标识，标识方法不作规定，由设计员自行确定。

3.4.5 坐标系的使用a)在CATIA建模中，飞机机体坐标系采用系统缺省坐标系；b)应尽可能使用飞机机体坐标系完成建模和装配，不宜太多使用辅助坐标系和局部坐标系；c)全机装配应在飞机体坐标系内进行；d)全机坐标系和辅助坐标系由总体室给出。

3.5 三维产品模型的组成三维产品模型由三维几何特征和零、组件属性组成。

3.5.1 三维几何特征CATIA提供了点、线架、曲面和实体等基本三维几何特征。

a)用点产生直线和曲线，定义位置（如：表示所有孔和开口位置、基准点位置等）；b)线架用于建立所有曲面的相交线和切线、基准线、零件边界线和草图轮廓线；c)用点和线产生草图与线架；d)曲面用于建立零件的非平面表面；e)实体用于构建零件三维模型，完整的零件由若干实体组合为复杂实体表示，支持产品DPA，并用于产生相应的二维图样。

3.5.2 三维几何特征的表达3.5.2.1 点元素a)空间基准点以“X”表示，其余所有的点都以“+”表示；b)若孔轴线垂直于表面，则在孔轴线和表面相交处标注一点，不必给出向量线。

若孔在曲面上或孔轴线不垂直于表面，则在孔轴线和表面相交处标注一点，并给出向量线；c)向量线是孔轴线的一部分，起点在标注点上，长度至少远离表面13mm，如图4所示。

图4 用点和向量线定义的孔位置3.5.2.2 线架元素被分离的CATIA模型其线架元素在分离点必须分开,使用线架元素应满足以下要求：a)用实线标注边界线；b)用点划线表示基准线；c)元素最简化：用最简化的形式构建线架。

如：用一个元素来代替几个分段的元素；d)元素间隙（GAP）：两个元素连接处允许的最大间隙是0.001mm，见图5；e)重叠：两个元素连接处允许最大重叠值是0.001mm，见图6；f)过盈：当两个相连元素的端点位置不重合时就会产生过盈，两元素端点处所允许的最大过盈值是0.001mm；见图7；g)相切：相切的线架元素相切度必须在0.23°之内。

图5 最大间隙图6 最大重叠图7 过盈3.5.2.3 曲面元素a)基准面的定义建立一个用实线型表达的平面，并在零件特征树上将其特征的缺省名改为相应的基准面名称。

b)单个曲面元素1)曲面的幂次数：用可满足工程设计制造的精度要求、且保证曲面是准确光滑的最低次幂多项式来定义曲面，但在U、V方向上的幂指数不宜超过5。

应尽可能地采用直纹曲面；2)控制曲线：对非直纹曲面，尽量用低次幂的曲线来生成曲面。

构成控制曲面的各部分应连续、相切，并且在切点应满足点、斜率和曲率的限制要求；3)PATCH：用最少的PATCH来生成曲面以满足制造和设计对曲面的准确性和光滑性的要求。