基于CATIA复杂零件快速和规范建模法研究

　　1 零件建模原理

　　根据先"集中"表达零件尺寸，后“分散”，，进行三维建模的原则，引人"驱动草图"和"分割线"的概念，先在"驱动草图"和"分割线"中"集中"表达零件的所有定位和形状尺寸，实现零件尺寸的优化管理，然后再进行具体的三维建模。

　　零件尺寸表达方式分为2种，分别是"驱动草图"和"分割线"。"驱动草图"适用于:(1)主要定位和形状尺寸能在平面内确定;(2)主要定位和形状尺寸虽然在曲面上，但该曲面可以简化为平面。"分割线"适用于:主要定位和形状尺寸在不可简化的曲面内确定。

　　2 尺寸在平面内表达的零件建模方法

　　2.1"尺寸表达"建立"驱动草图"

　　情况1，已经有零件的二维图纸，按以下要求建立驱动草图:

　　a.将二维图投影视图和它的所有引出详图合并为一个驱动草图，名称取投影视图的名称。

　　b.允许将投影面平行的二维图投影视图合并为一个驱动草图。

　　c.将近似投影的二维图投影视图拆分为多个驱动草图表示，根据二维图投影视图确定驱动草图名称，比如在二维图投影视图上允许将与投影面夹角很小的多个平面上的线条展开投影在一个投影面上，而驱动草图中只能相应拆分为多个二维驱动草图表示。

　　d.允许将某些二维图投影视图上的尺寸标注更改标注在其他驱动草图中。比如二维图投影视图在俯视图中用"δ=3来表示厚度为3，而在驱动草图中只能在侧视或剖视图中标注厚度3.

　　e.驱动草图基准面平行于二维图投影视图的投影面，定位点取在零件的内表面、外表面、加工面或轴线平面等能方便表达零件形状和定位的地方。

　　f.驱动草图中线条的定位和形状尺寸尽量与二维图投影视图中相同，这点对于保证三维模型的正确性，方便后期模型的校对和更改工作都有非常重要的意义。在后期模型更改时只需要更改驱动草图就可驱动三维零件进行更新，这就是"驱动草图"的意义所在。

　　g.尺寸表达中各个驱动草图必须按照一定顺序排列，原则是先主要视图后辅助视图，注意避免其中尺寸标注循环引用。

　　h.在建立驱动草图时，二维图纸的内、外形轮廓线在草图中为"实线";二维图纸中的轴线和参考线，如果是需要被其他草图引用的，在草图中也应该画为"实线"。

　　情况2，新设计或没有二维图纸的零件，特别，是需要边设计边建模的零件，可以按以下方法建模:按照尺寸集中表达、分散成形完成零件初步建模后，在其后的每次详细建模时，在零件尺寸集中表达部分增加补充尺寸，并根据其完成补充成形。以此类推就能够完成整个零件渐进化设计过程。

　　2. 2"分散成形"建立三维模型

　　首先建立成形草图。在成形草图中使用草图工具"投影三维元素"和"修剪"将驱动草图中的线条投影并修剪为需要的形状。然后，使用Solid Combines、pad 、Pocket等建立零件毛坯，再去除材料。此方法的好处是与机加零件的加工方法相同，能保证零件的三维建模过程与实际加工的零件过程相符。

　　3 尺寸在曲面内表达的零件建模

　　3.1"尺寸表达"建立"分割线"

　　所有零件内、外形线均由Splitting生成。每个"分割线"由3个子操作组成(被分割的线、用来切割起始端的线、用来切割终端的线)，操作均用右键方式以保证子操作集成于父操作下。同理，"被分割的线"、"用来切割起始端的线"和"用来切割终端的线"如果有子操作也用右键方式以保证子操作集成于父操作下。图1是尺寸表达的结构树。

　　3.2零件"分散成形"建立三维模型

　　根据上面做出的内外形线段，可以很方便地得到零件三维模型。

　　4 某机加零件的建模方法

　　4.1"尺寸表达"建立"驱动草图

　　"零件"尺寸表达"和驱动草图如图2所示。

　　4. 2零件"分散成形"建立三维模型

　　由于零件的所有主要几何尺寸、外形和内形线已经在驱动草图中完成了定义，在其后的三维建模步骤中，成形草图只需要选取二维驱动草图中的相应线条投影即可得到，而不必使用尺寸定义的方法精确作图。

　　图3所示是具体的零件实体成形结构树，其中所有步骤中的成形草图都是由驱动草图工具建立的。成形草图中不需标注尺寸。图4展示了驱动草图和成形草图的关系，图的中心处为驱动草图的组合，在四周是根据其建立的成形草图。建模完毕后的零件实体如图5所示。

　　5 零件建模规范的研究结果

　　a.提高了模型的强壮性。因为先进行零件尺寸"集中表达"，然后进行具体的CATIA三维成形，零件尺寸表达独立于具体的CATIA三维成形过程，零件尺寸表达清晰易于管理和更新，所以提高了模型的强壮性。

　　b.降低了模型出错的概率。相对原来将机加零件的形状、定位尺寸分散到零件建模过程中，采用将零件尺寸集中表达与具体的CATIA .三维成形过程分离的方法，使尺寸间的协调关系清晰、完整，最大限度地避免r尺寸封闭和重复尺寸标注造成的不协调问题，因此模型出错的概率更低。有利于在建模初期建立一个健壮、稳固的模型基础，避免因未理解图纸，后期发现前期零件表达错误，需要重大返工甚至重新建模的不利后果。

　　c.方便三维数模的校对。原来的校对方法是进人建模过程中寻找需要校对的尺寸依次校对，很麻烦，效率也低。新校对方法与零件成形过程无关，具体如下:首先校对二维图纸与"尺寸表达"的一致性，方法很简单，基本是"一对一"的关系，即一个二维投影视图对应一个"尺寸表达";然后校对"尺寸表达"与零件三维模型的一致性，方法是依次将"尺寸表达"作为当前工作对象打开，同时将零件的三维模型作为背景(视需要校对的内、外形线条是否位于三维实体的背面将三维模型变为透明或不透明)，对比"尺寸表达"中的内、外形线条与三维模塑中的内、外形边界线是否对齐。检查曲面上的尺寸表达时，还可使用Knowledge Advisor，模块中的Knowledge Inspector功能，此功能可以一次显示多个尺寸。

　　d.方便三维数模的更改。更改时只需进人尺寸表达中更改相应尺寸，不必考虑零件的具体成形过程。

　　e.可以通过协作建模提高工作效率。由于零件尺寸表达与具体的CATIA三维成形过程是可以分离的，并且零件的建模质量主要是由零件尺寸表达控制的，在缺少有经验的结构设计员时，为了保证建模质量、提高建模效率，可以将零件整个建模过程分成两个部分，分别交给两个人来完成，即一个有经验的结构设计员完成所有零件的尺寸表达，一个新手完成零件的具体三维成形建模，这样就保证了零件的建模质量主要是由有经验的结构设计员控制。

　　6 结束语

　　此方法能提高三维建模的工作效率、准确度和可维护性。在某型飞机三维建模过程中已经取得了良好的效果。在本文基础上再结合对不同种类零件建模过程的规范管理后，相信能更进一步提高零件的建模效率。尤其对于今后的无纸化设计工作。由于缺少二维图纸的校对，零件三维建模过程的规范化就成了无纸设计中必不可少的重要环节。本文提出的方法还不十分成熟，相信经过更多工程应用后将会更加完善。