CATIA_自由曲面教程

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1、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

2、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。FretStyle Vasbboard冈Vi ew luipuJLcti anOperati onsGeneri c Tool图2.2八项主要工具简介如下：.Curve Creation（曲 线创建）:可以 用各种条件创 建并修改曲 线。.Su

3、rface Creation（曲 面创建）:可以 用各种条件创 建并修改曲 面。.Shape Modificati on（外形修正）： 可以对曲面、 曲线的外形进 行修正。可Operati ons（ 修改操作）： 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、I凤遍呱崛铛c影珂縫距离误差等的 分析。.Gen eric Tools( 一般工 具)：可以显示 曲面的几何状 态，改变指南 针方向。Generi c Tools;1題醤础爲.ViewMan ipulati on(自定义观察 方式)：可以修 改屏幕的显示 比例，使

4、用指 南针来移动视View anipuJLati onI SO V Hl角，变换前后 视角。.FreeStyle Dashboard(自 由造型辅助面 板):建立与修 改曲面、曲线时的辅助工2.2曲线创建Heme I曲线创建(Curve Creation )工具栏可以用来绘制曲线，提供数种方式，如：空间曲线(3D Curve)、曲面上的曲线(Curve on Surface)、投影曲线(Project Curve)、并可以利用已知曲线绘制新的曲线，如：桥接曲线(FreeStyle BlendCurve)、圆角造型(Styling Corner)与匹配曲线(Match Curve)。曲线创建工具

5、栏如下所示。| g匕空间曲线 曲面上曲线投影曲线桥接曲线圆角造型匹配曲线2.2.1空间曲线空间曲线功能是在空间的一系列点上建立样条线，或者在指南针的XY平面上建立样条线。(1)按下F5键决定曲线所在的平面，此处以 XY平面为基准面，用户也可以在 绘制曲线时，更改曲线的平面，即可绘出空间的曲线。连续按 F5可以选择不同 的基准。 在Curve Creation 工具栏中单击“空间曲线”功能按钮二，弹出如图 2.3所示的3D Curve对话框。 BCreation typeThrough po-ii *3D curve9IPoints handling：ptions出Max Ordsr :1 Bl

6、h白Q Ki de previ susli sati on curveI I Di sable gt ometry detectionSmoothing options0 Chard length O Uu Stnootnirkg parameter 图2.3(2)在对话框中的Creation type下拉列表中选择建立曲线的方式。Through points通过点是选择一系列点，作为样条上的点，来决定曲线的外形。如图 2.4所示, 建立的样条曲线将通过所选择的点。生成最光滑的曲线，每段曲线的阶数为6。3D curveCreatiAThrough poirPoints Xaiid-LingEJ

7、 Ei sable geamtry delicti onOptions图2.4视频参考Con trol points控制点是选择一系列点作为样条线的控制点，如图2.5所示，所选择的点构成了 一个多边形，决定了样条线的形状。当控制点的个数不超过6时，生成单段的曲 线。当控制点的个数超过7或选择生成封闭曲线时，生成多段曲线。oints 工Slldli丄洛$ &幽 Di sail ftOpti otlsgeometry detectionMu Order :| gJ Miprevi su al is at ion图2.5视频参考Near points最近点是选择一系列点，在用户设定的误差范围内建立样

8、条线，如图2.6所示对于用Near poi nts方式建立样条线，可以在对话框中设定所选择点与生成的样条线之间的最大偏差值(Deviation)，以及所建立的样条线的最大段数 (Segmentation)。可以在几何显示区中右键单击 N值，在弹出的菜单中选择设定 样条线的阶数(Order)，如图2.7所示。只有在此方式下可以显示所选点与曲线 的距离。Creation typeNear pointsail on :卅矽Or der :I6I Hi d范 TfcFOxH ti*1 i f i AH3D curveJ Dissbl g-ewetry detectionPoints handling疋

9、I垄I图2.6图2.7Points handling功能可以在任意两点中，加入或删除一个点，或在点接近 曲面时，将控制点限制于曲面上或自由曲面上删除，共有三种方式：. 插入点(Insert a point). 删除点(Remove a point)自由或限制点 (Free or con strain a point)=按钮，在单击在对话框中单击人 按钮，可以插入一个点。首先单击需要插入的位置，如图2.8所示，最后选择一个点，如图2.9所示图2.8图2.9图 2.10图 2.11对于控制点方式和最近点方式使用插入点功能时，所选取的插入点必须在多边形的线段上选取，而不能在空间曲线上选取。如图2.1

10、0和2.11所示。前者选定多边形线段，出现提示语，后者选择空间曲线，不能进行插入操作。(4) 在对话框中单击 匸1按钮，可以将样条线中的某点删除。首先单击该按钮, 在选择需要删除的点，如图2.12所示，结果如图2.13所示。图 2.12jr If jf f/ 图 2.13所选择的删除点为创建曲线时的数据点，不能删除曲线上任意处的点(5) 在对话框中选择1按钮，可以对样条线上的点或者控制点进行约束或者 取消约束。单击该按钮，选择一个需要改变约束方式的点，如果该点是某几何元 素上的点，那么单击选择该点，在几何显示区出现“Free this poi nt ”字样，如图2.14所示；拖动该点的方向控制

11、器，可以将该点移动到其他位置，如图2.15 所示。如果该点没有被限制在某个几何元素上，将鼠标移动到该点上时，显示出“ Con strain this poi nt”字样，如图2.16所示；再选择一个几何点作为所选择点的新位置，如图2.17所示。图 2.14图 2.15图 2.16图 2.17如果选择一个几何元素，并且同时按住Ctrl键，可以选择该几何元素上距离样条线最近点，如图2.18所示。是没有按住Ctrl键的情况，如图2.19是按住Ctrl键的情况。(6) 可以选择一个开放部件中的所有几何点建立样条线。首先单击“建立空间曲线”按钮，接着在开放部件上单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“Seleg

12、t allpoints in the geometrical set ”选项，如图2.20所示。系统将自动按照开 放部件中点的顺序建立样条线，图2.21所示是用通过点的方式建立样条线的情况，点的顺序为1、5、6、7、& 9。改变点的顺序，建立样条线也相应发生变 化。遴JL何囲璋|-j凸1丨H II启 1-.3D Curve乍-几冊固障集.2 . J 点 II 1 ,B, 1 牛J点* . K- _.居于图的中牡Efi 園圜打显示EJeff子钙图 2.20图 2.21(7) 在样条线的控制点上单击鼠标右键，弹出如图2.22所示的菜单。.选择Edit选项，弹出Turner对话框，在对话框中可以微调

13、该控制点的位置， 如图2.23所示。.选择Keep this point选项，可以将所选择的控制点生成一个几何点。.选择Impose Tangency选项，可以选择一个方向作为该点的切向，几何显示 区出现该点当前的切向，如图2.24所示。用鼠标拖动箭头，可以改变样条线在 该点的张力大小，双击箭头，可以改变切线的方向。拖动两个圆，可以改变切向 的方向。拖动切向到直线上，可以将直线作为样条线的切向。.选择Impose Curvature选项，可以设置样条线在所选择点的曲率，如图2.25所示。拖动箭头，可以改变曲率的大小，拖动圆弧，可以改变曲率的方向。XKeep thi poi:nt|piT5?15

14、6iimI世pot电 CtiT&treajl.ilmSStep?TunerO RelativesPdEltl0Impost Taiig&ncyRemove tin s p ointCofle trs.i n thi s p&i图 2.22图 2.23图 2.24图 2.25(8) 在控制点的方式下，如果样条线的控制点在其他几何元素上，可以设置样条线与该几何元素的连续关系，如图 2.26所示，图中的样条线与其他两条直线是 点连续的关系。在“Point ”字样上单击鼠标右键，在弹出的如图2.27所示的菜 单中选择一种连续方式，设置样条线与该直线的连续方式。如图2.28所示，是将样条线与两条直线的连

15、续方式改变为相切。图 2.26图 2.27图 2.28(9) 依据以上步骤所绘制的曲线，都与其创建点有关联，因此若要建立一个独 立的曲线，需要在 Freestyle Dashboard工具栏中单击盈按钮，才能建立独立的曲线。练习文件：3D Curve.CATPart2.2.2 曲面上的曲线，弹出如曲面上曲线功能，是在曲面上建立等参数曲面或者任意的样条线。(1)在Curve Creation工具栏中单击“曲面上的曲线”功能按钮图2.29所示的Options对话框。图 2.29(2)选择如图2.30所示的一个曲面J Curir eOnSur fa c 9 v 3U4UTiL 2 72. 20 4：

16、nunDi*ensionsL1 ESHETL2204mm囹图 2.82(6)建立的面片不具有关联性，无法双击面片对其进行参数编辑，如图2.83所示，囚图标表示该曲面是无法进行参数编辑的。修改面片的参数可以用控制顶 点编辑功能絲进行修改，具体用法见形状编辑。图 2.83三点面片三点面片功能 是通过三点来确定一个矩形面片在 Surface Creation工具栏中单击“三点面片”功能按钮(2) 确定第一个点作为面片的一个对角点。(3) 确定第二点，与第一个点一起共同确定矩形面片的一条边的方向(4) 确定第三点，作为面片的另一个对角点，如图2.84所示。图 2.84如果选择的三个点都是已存在的点，那

17、么绘制的平面面片是在这三点构成的 平面内。如果选择的点含有在几何显示区中点选生成的，那么所绘制的平面，与两点面片一样，也是在指定的指南针平面内绘制。图2.85所示是在指南针的XY平面中绘制的平面面片，图2.86所示是其侧面图，由图中可见，建立的面片与 XY平面平行。图 2.85图 2.86(6)三点面片与两点面片一样，可以通过单击右键，在弹出的菜单中选择EditOrders选项中修改面片的U、V两个方向的阶数，也可以选择 Edit Dimensions 选项修改面片的尺寸，如图2.87所示。图 2.872. 四点面片四点面片功能：，是以空间以存在的点、线、面等元素为参考，用四点来确 定一个面片

18、。面片可以是平面，也可以是曲面。在 Surface Creation工具栏中单击“四点面片”功能按钮 在已经存在的几何元素上选取3个点，作为面片的三点，如图2.88所示。(3)在已存在的几何元素上选择第4个点，或者在显示区选取一点，作为面片的 第4点，形成面片，如图2.89所示。四点面片可以不是矩形，所选择的四点可 以不共面。图 2.88图 2.89如果第四点不是已存在的几何元素上的点，那么所建立的面片将是在前三点 所确定的平面上，如图2.90左图所示。如果第四点也选择在已存在的几何元素 上，那么形成的面片由四点的空间位置确定，如图2.90右图所示。图 2.90 可以在预览的面片中单击鼠标右键

19、，在弹出的Orders对话框中设定面片的阶数，如图2.91所示。图 2.91 图2.92所示是建立在曲线上的四点面片 图2.93所示是建立在曲面上的四点面片图 2.92图 2.933. 提取面片提取面片功能是在已有的曲面上，提取曲面中的某一部分曲面面片。(1) 在Surface Creation 工具栏中单击“提取面片”功能按钮自 选择一个曲面，作为提取面片的母面。此时所选择的曲面显示出控制网格， 如图2.94所示。(3)用鼠标选择控制网格的一个网格点，作为提取的面片的一个对角点。 再选择另一个网格点，作为所提取面片的另一个对角点，如图 2.95所示 提取出来的曲面如图2.96所示，其中左图是

20、提取的面片在母面中的情况，右图 是提取出来的面片。图 2.94图 2.95图 2.96(5) 如果在选择第二个网格点时同时按住 Ctrl键，可以使提取的面片关于母面 的中心对称，如图2.97所示，其中左图是没有按下Ctrl键的情况，右图是按下 Ctrl键的情况。图 2.97 可以选择曲面外的点来确定提取面片的边界，所选择的点投影到曲面上作为网格点，如图2.98所示。图 2.98练习文件：Patch.CATPart2.3.2拉伸曲面拉伸曲面功能(Extrude Surface) _ -,可以将曲线、直线、曲面边线沿着法线 方向或者指南针方向进行拉伸，形成曲面。拉伸曲面与原来的拉伸元素不存在关 联

21、性。(1) 在Surface Creation工具栏中单击“拉伸曲面”功能按钮2.99 所示的 Extrude Surface 对话框。图 2.99(2) 选择一条曲线作为拉伸截面线。(3) 在对话框中选择一种拉伸的方向，选择 是以拉伸曲线的切面的法向作 为拉伸方向，如图2.100所示；选择必，是以指南针的方向作为拉伸方向， 如图2.101所示。图 2.100图 2.101(4) 在对话框中的Length微调按钮中设定拉伸的长度，或者拖动曲面的控制点， 改变拉伸曲面的长度，如图2.102所示。拉伸长度可以是负值，正值与负值的拉 伸曲面方向相反。选中对话框中的Display Corners复选框

22、，可以在曲线的两个端点显示拉伸 曲面的控制点。 可以用直线进行拉伸，如图2.103所示。图 2.102图 2.103练习文件：Extrude.CATPart2.3.3旋转曲面旋转曲面(Revovle)功能孟二，是将草图或者曲面绕一根轴线进行旋转，形成一 个旋转曲面。(1)在Surface Creation工具栏中单击”旋转曲面“按钮戈二，系统弹出如图2.104 所示的 Revolution Surface Definition对话框。图 2.104(2) 选择几何元素输入Profile文本框中，作为旋转的轮廓，选择一条直线或者 一个平面输入Revolution axis文本框中作为旋转轴线。在

23、特征树中选择曲线轮 廓填入Profile 中，选择轴线填入Revolution axis中作为旋转轴线，预览结果 如图2.105所示。Surf a? |(X|图 2.105(3) 在Angle 1和Angle 2微调按钮中设置相应的旋转角度，或者在几何显示 区中拖动箭头改变旋转的角度。(4) 可以选择封闭的草图轮廓进行旋转。 在特征树中选择 封闭轮廓输入Profile 文本框中作为旋转轮廓，设置Angle 1和Angle 2都为180度。旋转形成一个环， 如图2.106所示。(5) 可以采用曲面作为旋转的轮廓。在特征树中选择曲面作为旋转轮廓，旋转形 成一个封闭的曲面，如图2.107所示。图 2

24、.106图 2.107练习文件：Revolution.CATPart2.3.4偏置曲面偏置曲面(Offest Surface) 功能耳，可以将曲面沿着法向方向进行均匀偏置 或者不均匀偏置。(1)在Surface Creation工具栏中单击”偏置曲面“功能按钮蔭，弹出如图2.108 所示的 Offset Surface 对话框。10 确定I 5运蚤二二目g取消图 2.108(2)选择进行偏置的母面 拖动偏置曲面的控制点，改变偏置的距离，如图2.109所示图 2.109 在对话框总，Type选项区域列出了偏置的两种方向。.Simple是均匀偏置，整张曲面的偏置距离相同，如图2.109所示。.Va

25、riable是非均匀偏置，可以分别对四个顶点的偏置距离进行调整，如图 2.110所示。这种情况也可以调整曲面中心的控制点，此时曲面的顶点的偏置距 离也随着改变。如果用于偏置的母面是剪裁过的，那么可以调整偏置距离的顶点 也是四个，如图2.111所示。图 2.110图 2.111(5) 由于偏置可能产生误差，在对话框中的 Limits选项区域中，可以设置偏置 的允许误差。.Toleranee微调按钮可以设置偏置曲面的精度，如图2.112所示。选种对话框中Display选项区域中的Toleranee复选框，可以显示偏置曲面的误差值。.Order微调按钮可以设置偏置曲面与母面之间U、V两个方向的阶数的

26、差值(Delta )，如图2.113所示。选中Display选项区域中的Order复选框。可以在 偏置曲面上显示偏置后的曲面的 U、V两个方向的阶数。图 2.112图 2.113选中Display选项区域中的Normals复选框，可以显示曲面在控制点处的法 向，单击法向箭头，可以改变偏置的方向，如图 2.114和2.115所示。图 2.114图 2.115(7) 可以选择一个能够通过曲面法向投影到曲面上的点，作为偏置曲面上的一 点，如图2.116所示。如果素选择的点不在曲面的法向上，则该点到曲面的距离将作为偏置的距离，如图2.117所示。如果所选择的点无法通过曲面的法向投 影到曲面上，那么不能

27、选择该点作为偏置曲面上的点，如图2.118所示。图 2.116图 2.117Cannot use thi? pointA图 2.118(8) 在某种情况下，偏置曲面可能无法建立，如图2.118所示，出现了感叹号在 黄色的三角形中的图形，表示偏置曲面无法建立单一的曲面，即出现了拓扑异常。 如图2.119所示，左图是母面，右图是偏置面。图 2.119(9) 可以同时选择多个曲面进行偏置，多个曲面的偏置距离相等，如图2.120所示。图 2.120练习文件:Offset.CATPart2.3.5外插延伸外插延伸(Extrapolation) 功能迓，可以将曲面以其某条边线为基础 ，外插 延伸形成与母面

28、具有某种连续性的外插曲面； 或者可以将曲线延伸一个端点外插 延伸，形成外插曲线。 在Surface Creation 工具栏中单击“外插延伸”功能按钮i，弹出如图 2.121 所示的 Extrapolation 对话框。图 2.121 选择需要进行延伸的曲面边线，如图2.122所示。(3)拖动延伸曲面的控制点，或者在对话框的Length微调按钮中设置延伸的长度，如图2.123所示。图 2.122图 2.123(4)延伸的类型有两种：.Tangential是斜率连续的方式，延伸后的曲面与母面具有斜率连续；.Curvature是曲率连续的方式，延伸后的曲面与母面具有曲率连续。 如果选中Exact复

29、选框，表示外插曲面的是按照解析的方法进行计算，夕卜插 曲面具有与母面相同的阶数，如图2.124左图所示。没有选中该复选框，外插是 按照几何模式进行计算的，可能与母面具有不同的阶数，如图 2.124右图所示。 选中Exact复选框时，可能无法建立外插曲面。图 2.124(6)可以对曲线进行外插延伸，但延伸只能具有斜率连续，如图2.125所示图 2.125练习文件：Extrapolation.CATPart2.3.6桥接曲面桥接曲面(FreeStyle Blend Surface)曲线，并使得建立的曲面与被桥接的曲面具有某种连续性。(1) 在Surface Creation工具栏中单击“桥接曲面”

30、功能按钮2.126所示的Blend Surface 对话框。Bleiid Surface冈TypeAutoIHInformit i unType : -Number oF patches :- Order U / V ：-Opti ons177 Frojec七 end points(也迫一-jl图 2.126选择两个被桥接曲面的边线，如图2.127所示图 2.127(2) 建立桥接曲面的方式有3种。.An alytic 是解析几何模式，如图2.128所示，在对话框中的In formation 选 项区域中，列出了所建立桥接曲面的方式，桥接曲面的面片数目和阶数。图 2.128Blend Type

31、Blend SurfaceTTUKOptieriEFroj ect end poiMs.Approximated是近似模式，忽略所选择边线的几何特征，采用近似的方式建 立桥接曲面，如图2.129所示，注意在Information 选项区域中，所建立的桥接 曲面是由两个面片组成，曲面的阶数是 6*6，与Analytic方式略有差别。Inform all onType : Approximat&d Ntuftber of patches : 2 Order U / V : 6 / 6图 2.129.Auto是自动模式，由系统自动选择前两种模式中的一种模式，例如在本例中, 系统选择的桥接方式是 An

32、alytic模式，如图2.130所示。图 2.130(3) 在辅助工具栏中，单击“连续性” (Continuity)按钮為，可以显示桥接 曲面与被桥接曲面之间的连续性情况， 在连续性字样上单击鼠标右键，弹出如图 2.131所示的菜单。.Point continuity 表示点连续，符号为Pt,在桥接曲面与母面的连接部位具有 点连续性，如图2.132所示。图 2.131图 2.132.Tangent continuity表示斜率连续，符号为Tg,在桥接面与母面连接的部位,桥接面和母面具有共同的切面，如图2.133所示。.Proportional表示比例连续，符号为Pro,桥接面和母面的连续具有斜

33、率连续, 系统自动调整桥接面的控制点分布，使曲面更加光顺，如图2.134所示。图 2.133图 2.134.Curvature continuity表示曲率连续，符号为 Ct，桥接面与母面的连接部位具有曲率连续，如图2.135所示。单击辅助工具栏中的“连接点”(Contact points)按钮丛i，可以在连接的部位显示连接的边界控制点，拖动控制点，可以改变桥接的方位，如图2.136所示。图 2.135图 2.136(6) 单击辅助工具栏中的“张力”(Tension)按钮山h ，可以显示连接部位的张 力情况，拖动张力值所指的箭头可以改变桥接面的张力情况。在斜率连续(Tg)和比例连续(Pro)的情况下，右击张力数值，在弹出的菜单中选择In vertdirection 选项，可以改变张力的方向，如图2.137所示。在曲率连续(Ct)的情 况下，可以改变两个方向的张力情况，如图 2.138所示。图 2.137图 2.138(7)单击辅助工具栏中的“显示控制网格”按钮,系统在桥接曲面上显示控制网格，如图2.139所示视频参考(8)可以选择曲面上的曲线作为该曲面桥接的边线，如图2.140所示，系统自动将曲线所在的曲面作为桥接的母面。