CATIA实体建模

CATIA实体建模

摘自：沐风CAD 作者：daomi

引言

机械设计中三维实体建模的全局观就是立足于一个产品的整体设计之上，甚至是一个产品系列的整体设计之上，来考虑建模的全局性。一个正规高效的设计流程不是将模型往复杂建模方向发展，而是使模型轻量化、简单化，越简单就越容易操作、变通和维护，一个成熟可靠的设计流程不是反复删增、反复占用人力财力，而是尽量少走弯路，减少设计中的技术性失误，以便正确快捷地完成设计。越是复杂庞大的设计，越要立足于全局。

CATIA V5软件是由法国DASSAULT SYSTEMES(达索)公司开发的CAD／CAM／CAE(CAX)三维设计系统，它具有完善的参数化设计环境，非常强大的曲面造型功能、先进的混合建模技术，可为用户提供从概念设计、风格设计、详细设计、工程分析、设备及系统工程、制造及应用软件开发等面向过程的设计思想及解决方案。在机械、航空、汽车、造船和电子等行业获得了广泛应用，国内飞机及汽车行业中很多企业都在使用CATM v5。

1 全局观在基本建模中的技巧体现

CATIA V5基本建模技巧(Basic techniques ofmodeling)是基本建模方法的升华。它可以反映一个模型的诸多性质，每一个模型均是建模技巧的堆积集合。注重全局观的体现，可以使建模快捷，缩短设计周期，使模型质量提高，产品成本下降，竞争力提高。

1．1全局建模中特征树的规范化

特征树(Specification Tree)是整个建模过程中全局性的一个索引目录，也是二次开发的一个流程。如果不注意建模的次序问题和特征树的规划问题，会导致屏幕上的特征树较乱，各种实体特征如凸台、凹槽、旋转体、旋转槽及孔和参考的几何元素(Reference Elements)点、线、面杂乱地罗列其上，在修改扩展和管理时会显得麻烦。在插入菜单中可以使用命令插入新的几何体(Body)与几何图形集 (Open Body)，然后对这些新集重命名，使其清晰可辨，最后再集中创建各种各样的实体特征和辅助的几何元素，将有关联的归集在一起，方便辨认修改。

特征树中默认的“零件”在参与布尔运算(BooleanOperations)时有一定限制，在使用布尔运算成形零件时，较好的方法是不要在“零件”中建立任何特征，而将特征建立在其他“几何体”中。图1所示是具有复杂内腔的零件建模过程，为了减少建模过程中的复杂程序和困难，建立了两个新几何体，并将其命名为外壳模和空腔模，将内腔单独在空腔模这个几何体中生成，使用材料添加特征，然后通过和外壳模几何体进行布尔减运算生成带腔零件，最后将其总成到已经重命名为“零件”的零／部件几何体中。这样便从全局上规范了模型，提高了模型品质，使模型结构清晰明了。

1．2全局中材料去除／添加特征的顺序

材料去除特征有孔特征(Hole)，凹槽特征(Pocket)等，材料添加特征有凸台特征(Pad)，旋转体特征(Shaft)等。如果在设计建模过程的前期，在设计思路还未明确时，不考虑全局，将材料去除特征和材料添加特征交替混合使用，将对后面的设计建模工作埋下隐患。如图2所示，在模型设计初期建立了一个凸台特征并在其上加一凹槽特征，到了设计后期要在其上加一个盖板但不能遮住圆孔，于是再建立一个凸台特征，结果先前的凹槽失效，没有变成通孔透过盖板，回到草绘空间的参数难以修改，当然此时可将凹槽投影作草图再次使用凹槽特征来矫正，但这样是将一个孔特征分成了两个特征，以后加螺纹(Thread) 等进一步设计时便会出现不一致等困难。在设计时，从开始就应该立足全局，注意不同性质特征的先后顺序问题，将材料去除特征靠后添加就更好，可提高效率、减少失误，方便维护。

1．3全局中倒角等特征的放置顺序

倒角(FiHet)是零件中一种修饰特征，分为倒圆角和倒角，由于倒角是一种依附于实体的特征，在其操作中就会有一些限制。因此在立足全局使用倒角时有一定的技巧。如果在仅完成部分实体建模之后就添加倒角，在设计后期要对加有倒角的实体进行操作时就会出现一些意想不到的问题。如图3所示的套筒，用加强肋板 (Stiffener)加固，然后紧接着在肋板上添加倒角特征，肋板需用环形阵列做成三个，此时倒角是不能跟随肋板实体进行阵列的，如果强行对其操作会弹出对话框告知操作错误，所以应注重设计的全局结构，将倒角特征放在最后。

1．4全局中轴建模方法的选择

创建轴的方法有很多种，其中最为常用的是旋转成形(Sh撕)和拉伸成形(Pad)，这两种方法各有特点，如果在平时的设计工作中不注意立足全局来比较选用，容易导致轴类零件的修改、维护和扩展困难。旋转成形的特点是建模速度快捷，能一次成形，缺点是在对轮廓复杂草图的约束控制上需要一定的技巧，否则修改时容易变形，而且在直接通过轴径参数来设计时显得不方便。而在使用拉伸法时，不同轴径部分直接通过轴径参数生成，各个轴径部分可以单独修改，因此在只须修改轴体小部分时显得快捷高效。图4所示为一传动轴，其中召部分为在生产实践中基本定型的部分，而A部分是根据需要后来新增设计的部分，各轴径及轴段长度有待精确确定，因此在建模时B部分便可以用旋转成形法利用成熟的设计参数将其一次定型，快捷准确。在建模A部分时，可以采用搭积木般的拉伸法。这样的全局考虑方便了各个轴段轴径的灵活修改，为以后的设计修改创造了良好的前提，也为后面的力学分析及仿真奠定了基础。

2全局观在知识工程中的体现

CATIA V5的知识工程(Knowledge Engineering)是一个全局性质的功能，体现为一系列智能化软件模块，基于产品本身和整个设计过程的信息建立产品的工程模型，提高设计对象的自适应能力。这种知识驱动以及产品设计方法，不仅应用于产品造型阶段，而且贯穿于从设计分析到制造，从单个零件的设计到整个产品的电子样机，使设计人员在确保设计效率的同时，遵循最佳设计途径，以达到智能化设计的目的。

2．1 用知识工程进行渐开线齿轮的参数化设计

齿轮的建模是常见而麻烦的，机械系统中不同的齿轮若单独生成，工作量将很大，在CATIA v5中可用知识工程进行齿轮系列的全局设计。由于在CATIAv5中不能直接生成渐开线齿廓，因此必须先参数化定义渐开线上的点，再用曲线拟合。