CATIA简易教程(5)（图文教程）

第五章 曲线曲面设计  
5.1 概  述

    流畅的外形是现代产品设计的首要条件。在产品设计中，为了追求外形的美感以及加强其功能，设计者常会将产品塑造出具有弧度，符合人体工程学与美学的外形，以满足消费者的需要。造型的手法，通常是运用曲线来创建各种不同的曲面，并加以适当修饰而达成目标。

    在零件设计模块(Part Design)中，可以利用2D轮廓与凸块、旋转等功能创建实体。这些方法简单容易使用，但是创建出来的实体外形往往单调而且具有棱角，无法达成流畅美观，符合人体工学的要求。在零件设计模块并不能满足设计者需要的情况下，就可以通过线架构与曲面模块（Wireframe and Surface）来完成这个目标。

图5-1从Workbench中进入曲线曲面模块

    进入线架构与曲面模块主要有下面几种方式：

1．选择菜单Start | shape | General Shape Design ，进入外形设计模块。

2．选择菜单 Start | Mechanical Design shape | Wireframe and Surface，进入线框和曲面模块；

3．从图5-1 所示Workbench 中选择 Wireframe and Surface 或 General Shape Design 图标，进入线架构与曲面模块。模块产生的文件后缀是.CATPart。

5.2 生被线框元素的工具

    图5-2 所示为生成线框元素工具的 Wireframe 及其下级工具栏。

图5-2 Wireframe及其下级工具栏

5.2.1 生成点

    图标的功能是生成点。可以通过输入点的坐标，在曲线、平面或曲面上取点，获取圆心点，与曲线相切的点以及两点之间间距比例系数等方式生成点。单击该图标，弹出如图5-3 所示定义点的对话框。通过 Point type 下拉列表可以选择生成点的方法。

1 ．通过坐标确定点

    选择图5-3 所示对话框 Point type 下拉列表的 Coordinates 项，对话框改变为如图5-4所示的形式。分别在对话框的 X 、 Y 、 Z 文本框中输入相对于参考点（Reference  Point ) 的 X 、Y 、 Z 坐标值，单击“OK”按钮，即可得到该点。参考点可以是坐标原点或已有对象的点，默认的参考点是坐标原点。

图5-3生成点的对话框

2 ．在曲线上取点

    选择如图5-3 所示对话框Point type 下拉列表的On curve项，对话框改变为图5-5 所示的形式。该对话框各项的含义如图。

3 ．在平面上取点

    选择如图5-3 所示对话框Point type 下拉列表的On plane 项，对话框改变为图5-6 所示的形式。该对话框各项的含义如图。其中，参考点可以是平面上的任意点，默认的参考点是坐标原点。

 图5-4 通过坐标确定点的对话框

4．在曲面上取点

    选择图5-3所示对话框Point type下拉列表的On surface 对话框改变为如图5-7 所示的形式。该对话框各项的含义如图。其中，参考点可以是曲面上的任意点，默认的参考点是曲面中心。

5 ．生成圆心点

    选择图5-3 所示对话框Point type 下拉列表的Circle center 项，对话框改变为图5-8 所示的形式。该对话框各项的含义如图。

6 ．生成给定切线方向的曲线上的切点

    选择图5-3 所示对话框Point type下拉列表的Tangent on curve 项，对话框改变如图5-9所示的形式。该对话框各项的含义如图。

7 ．间距比例系数生成两点（连线）之间的一个点

    选择图5-3 所示对话框 Point type 下拉列表框的 Between 项，对话框改变为图5-10 所示的形式。该对话框各项的含义如图。

图5-5 在曲线上取点的对话框

图5-6 在平面上取点的对话框

图5-7 在曲面上取点的对话框

图5-8 生成点对话框中选中Circle center选项 

图5-9 生成给定方向的曲线切点的对话框 

图5-10 生成两点之间一个点的对话框

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5.2.2 生成直线

    图标的功能是生成直线。可以通过输入直线的两个端点、起点和直线方向、起点与给定曲线的切线成一定角度的方向、曲线的切线、曲面的法线以及角平分线等方式生成直线。单击该图标，弹出如图5-11所示定义直线的对话框。通过 Line type 下拉列表可以选择生成直线的方法。                                    

1．通过两个点生成直线

    选择图5-11所示对话框 Line type 下拉列表的 Point-Point 项，对话框改变为图5-12 所示的形式。对话框中各项的含义如图。其中支撑面可以不选，默认的支撑面是经过起始点的平面。

1． 通过一个点、方向及起始界限生成直线                                             

图5-11 生成直线对话框

    选择图5-11所示对话框 Line type 下拉列表的Point-Direction 项，对话框改变为如图 5-13 所示的形式。对话框中各项的含义如图。支撑面可以不选，默认的支撑面是经过起始点的平面。

3．生成与给定曲线的切线成一定角度的直线或曲线的法线选择图5-11 所示对话框 Line type 下拉列表的 Angle/Normal to curve 项，对话框改变为图5-14 所示的形式。对话框中各项的含义如图。如果参考曲线在支撑面上，起始点在参考曲线上，则生成的直线是和参考曲线在起始点的切线成给定角度的直线，并且处于支撑面在起始点处的切平面上。

图5-12 通过两个点生成直线

图5-13 通过一个点、方向以及起始界限生成直线 

图5-14生成与给定曲线的切线成一定角度的直线或曲线的法线

4．生成过曲线上一点与曲线相切的直线、过曲线外一点与曲线相切的直线或作两曲线的公切线

选择图 5-11 所示对话框 Line type 下拉列表的 Tangent to curve项，对话框改变为5-15 所示的形式。对话框各项的含义如下：

（1） Element2 选择一个对象，对象可以是点或曲线。

①选择一个点  生成曲线上过该点的切线，如图5-15所示，或过曲线外的一点与曲线相切的直线，如图5-16所示。

② 选择另一个参考曲线  生成两曲线的公切线，如图5-17所示。

（2）Type 切线的类型，两种选择：

① Mono-Tangent 确定了直线方向为曲线的一个切线方向，如图5-15所示。

② BiTangent  经过此点作曲线的切线，必须指定Support支撑面，如图5-16所示。

在图5-16中，若在Element2中输入的起始点在上面选择的曲线上，则生成曲线在此点的切线。

（3）Next solution 在生成的两条切线中选择一条切线。

其余各项的含义同前。 

图5-15 生成过曲线上一点与曲线相切的直线

图5-16 生成过曲线外一点与曲线相切的直线

5．生成曲面上某点的法线

    选择图5-11 所示对话框 Line type 下拉列表的 Normal to surface项，对话框改变为图 5-18 所示的形式。对话框中各项的含义如图。

6．生成两相交直线的角平分线

    选择如图5-11 所示对话框Line type 下拉列表的Bisecting 项，对话框改变为图5-19

所示的形式。对话框中各项的含义如图。如果两条直线在同一平面上，点和支撑面可以不选，点的默认值为两直线的交点。

图5-17生成两曲线的公切线

图5-18生成曲面上某点的法线

图5-19生成两相交直线的角平分线

5.2.3生成平面

    图标的功能是生成平面。可以通过偏移平面、过点平行平面、和某平面成一定角度、经过三点、通过两条直线、通过点和直线、通过平面曲线、曲线的法平面、曲面的切平面、线性方程以及最小二乘法等方式生成平面。单击该图标，弹出如图5-20 所示定义平面的对话框。通过 Plane type下拉列表可以选择生成点的方法。                                   

1．生成与给定平面一定距离的平面

选择图5-20所示对话框 Plane type 下拉列表的。 Offset from Plane 项，对话框改变为图5-21所示的形式。对话框各项的含义如图。

 图5-20 生成平面对话框

2．生成过一个点与给定平面的平行平面

    选择图5-20 所示对话框 Plane type下拉列表的Parallel through point 项，对话框改变为图5-22所示的形式。对话框各项的含义如图。 

图5-21生成与给定平面一定距离的平面

图5-22生成过一个点与给定平面的平行平面

3．生成过一条直线与给定平面成一定角度的平面

    选择图5-20 所示对话框Plane type 下拉列表的 Angle/Normal to Plane项，对话框改变为图5-23 所示的形式。对话框各项的含义如图。

4．通过不在同一直线上的三点生成平面

    选择图5-20 所示对话框 Plane type 下拉列表的Through three points 项，对话框改变为图5-24所示的形式。对话框各项的含义如图。

5．过两条直线生成平面

    选择图5-20所示对话框 Plane type 下拉列表的 Through two lines项，对话框改变为图5-25 所示的形式。对话框各项的含义如图。

6．通过一个点和一条直线生成平面

    选择图5-20 所示对话框 Plane type 下拉列表的Thrugh point and line 项，对话框改

    变为图5-26 所示的形式。对话框各项的含义如图。

7．通过一条平面曲线生成平面

    选择图5-20 所示对话框 Plane type 下拉列表的 Through Planar curve 项，对话框改变为图5-27 所示的形式。对话框各项的含义如图。

图5-23生成过一条直线与给定平面成一定角度的平面  

图5-24通过不在同一直线上的三点生成平面 

8．生成一条曲线某点的法面

    选择图5-20 所示对话框 Plane type 下拉列表的 Normal to curve 项，对话框改变为图 5-28 所示的形式。对话框各项的含义如图。

9．生成曲面在某点的切面

    选择图5-20 所示对话框Plane type下拉列表的Tangent to surface 项，对话框改变为图 5-29所示的形式。对话框各项的含义如图。

图5-25 过两条直线生成平面

图5-26 通过一个点和一条直线生成平面

图5-27通过一条平面曲线生成平面

图5-28生成一条曲线某点的法面

图5-29生成曲面在某点的切面

10．通过平面方程 Ax + By+Cz = D 确定平面

    选择图5-20所示对话框 Plane type 下拉列表的Equation 项，对话框改变为图5-30 所示的形式。对话框各项的含义如图。

图5-30通过平面方程生成平面

11．通过最小二乘法生成平面

    选择图5-20 所示对话框 Plane type 下拉列表的Mean points 项，对话框改变为图5-31 的形式。分别在对话框的Points 文本框中输入多个点参数，单击 OK 按钮，即可得到一个平面，所有点到此平面距离的平方和最小。

12．在给定的两个平行平面之间插入平面

    此功能属于另外一个图标。在给定的两个平行平面之间插入一组等距平面，使之平分两给定平面之间的距离。该图标位于Repetitions 工具栏。单击该图标，出现如图5-32 所示对话框。

图5-31通过最小二乘法生成平面

图5-32在给定的两个平行平面之间插入平面

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5.2.4 投影

    图标的功能是生成一个元素（点、直线或曲线的集合）在另一个元素（曲线、平面或曲面）上的投影。一般分为以下两种情况：

1．一个点投影到直线、曲线或曲面上。

2．点和线框混合元素投影到平面或曲面上。

单击该图标，出现如图5-33 所示投影定义对话框。对话框各项的含义如图。

图5-33 投影定义对话框

5.2.5相贯线

    图标的功能是生成相贯线。

    两条曲线分别沿着两个给定方向（默认的方向为曲线的法线方向）拉伸，拉伸的两个曲面（实际上不生成曲面的几何图形）在空间的交线叫相贯线。

    单击该图标，出现如图5-34所示对话框。对话框各项的含义如图。

图5-34 相贯线定义对话框

5.2.6 反射线

    图标的功能是生成反射线。反射线定义为：反射线是所有在给定曲面上的法线方向与给定方向夹角为给定角度值的点的集合。

    单击该图标，出现如图5-35 所示对话框。对话框各项的含义如图。

图5-35 反射线定义对话框

5.2.7 相交线

    图标的功能是生成两个元素之间的相交部分。例如两条相交直线生成一个交点，两个相交平面（曲面）生成一条直线（曲线）等。相交元素大致包括：

1．线框元素之间；

曲面之间；

2．线框元素和一个曲面之间；

3．曲面和拉伸实体之间 4 种情况。

    单击该图标，出现如图5-36所示对话框。对话框各项的含义如图。

图5-36 相交线定义对话框

5.2.8平行曲线

    图标的功能是在基础面上生成一条或多条与给定曲线平行 (等距离)的曲线。单击该图标，弹出如图5-37所示对话框。对话框各项的含义如图。

图5-37 平行曲线定义对话框

5.2.9 二次曲线

1． 圆和圆弧

    此功能生成圆或圆弧。单击该图标，出现如图5-38所示对话框。对话框各项的含义如图。

图5-38 二次曲线定义对话框

2．倒圆角

    单击该图标，弹出如图5-39 所示对话框。对话框各项的含义如图。

3．生成连接曲线

    生成与两条曲线连接的曲线，并且可以控制连接点处的连续性。单击该图标，如图5-40所示对话框。对话框各项的含义图。

图5-39 直线倒圆角定义对话框

图5-40 曲线或直线间连接例子和对话框

4．生成圆锥曲线

    生成抛物线、双曲线或椭圆等二次曲线。输入条件大致分为如下几种情况：

（1）起点、终点及其切线方向和一个系数值。

（2）起点、终点及其切线方向和一个经过点。

（3）起点、终点、一个起始点切线方向的控制点和一个系数值。

（4）起点、终点、一个起始点切线方向的控制点和一个经过点。

 图5-41 二次曲线 

（5）4个点和其中一点的切线方向。

（6）5 个点。

    单击该图标，弹出如图5-42 所示对话框，对话框各项的含义如图。

图5-42 二次曲线（椭圆）对话框

    其中：Parameter 在右边的文本框输入一个参数P ，若此按钮为打开状态，该项下面的点和切线方向自动失效。参数 P 的意义如下：

P<0. 5 生成的二次曲线是椭圆。

P=0. 5 生成的二次曲线是抛物线。

P>0. 5 生成的二次曲线是双曲线。

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5.2.10 样条曲线

    图标的功能是生成样条曲线。单击该图标，弹出如图      

5-44所示对话框。对话框各项的含义如图。

图5-43 样条曲线

5.2.11 螺旋线

    图标的功能是生成螺旋线。单击该图标，弹出如图 5-47 所示对话框。对话框各项的含义如图。

5.2.12 涡线

    图标的功能是生成涡线（阿基米德螺线），单击该图标，弹出如图5-48所示对话框，对话框各项的含义如图。

图5-44 样条曲线对话框（输入3点和一个切线方向）

图5-47 螺旋线对话框和实例  

图5-48 涡线对话框和实例

5.2.13 脊线

    图标的功能是生成脊线。

    脊线是由一系列平面生成的三维曲线，使得所有平面都是此曲线的法面。或者是由一系列导线生成，使得脊线的法面垂直于所有的导线。在扫描、放样、或曲面倒角时会用到脊线。可以通过以下两种方式生成脊线：

1．输入一组平面，使得所有平面都是此曲线的法面。

2．输入一组导线，使得脊线的法面垂直于所有的导线。

    单击该图标，弹出如图5-49所示对话框，对话框各项的含义如图。

图5-49脊线对话框和实例

5.3 生成曲面

    生成曲面的 Surfaces 工具栏见图 5-50 。

图5-50 Surfaces 工具栏

5.3.1 拉伸

    图标的功能是生成拉伸曲面。单击该图标，弹出如图5-51 所示对话框，对话框

中各项含义如图。

图 5-51 拉伸曲面对话框和实例

5.3.2 旋转

    图标的功能是生成旋转曲面。单击该图标，弹出如图 5-52 所示对话框，对话框中各项含义如图。

图5-52 旋转曲面对话框和实例

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5.3.3 球面

    图标的功能是生成球面。单击该图标，弹出如图5-54 所示对话框。对话框中各项含义如图。

5.3.4 等距

    图标的功能是生成等距曲面。等距曲面是产生一个

图5-53 等距曲面

    或几个和曲面对象间距等于给定值的曲面的方法。单击该图标，弹出图5-55 所示对话框。对话框中各项含义如下：        

图5-54 球面/球冠曲面对话框和实例

图5-55等距曲面对话框

5.3.5 扫描

    图标的功能是生成扫描曲面。扫描是轮廓曲线在脊线的各个法面上扫描连接成的曲面，单击该图标，弹出如图5-56 所示对话框，按Profile type 栏中不同的控制按钮，分为下面几种扫描类型。

1．指定轮廓扫描

    这种扫描方式需要选择轮廓曲线和导线，它们可以是任意形状的空间曲线。如图5-56所示对话框，各项的含义是：

图5-56 扫描曲面对话框

图5-57 直线类型扫描曲面

2．直线类轮廓扫描

按照直线类轮廓的方式，又可分为五种类型：

（1）两条导线和两个外延距离，如图5-57所示；

（2）一条导线和中点轨迹；

（3）一条导线 、一条参考曲线、一个角度值和两个外延值；

图5-58 圆弧扫描曲线

（4）一条导线、一个参考曲面、一个角度值和两个外延值；

（5）一条导线、一个和扫描面相切的参考曲面。 

3 ．圆或圆弧类轮廓扫描

    按照确定圆或圆弧轮廓的方式，它又分为4种子类型：

（1）三条导线；                                       

（2）两条导线和半径值；                              

（3）一条中心线和两个角度值；

（4）一条中心线和半径值，如图5-59 所示。        

图5-59 圆弧类型扫描曲面（第四子类）对话框

4．二次曲线类轮廓扫描

    按照确定二次曲线轮廓的方式，它又分为4种子类型：

（1）两条导线和切面控制以及一个参数值；

（2）三条导线和切面；

（3）四条导线和切面；

（4）五条导线。

5.3.6填补

    图标的功能是以选择的曲线作为边界围成一个曲面。单击该图标，弹出如图5-60 所示对话框，在Boundary 列表框中连续输入曲线或已有曲面的边界，即可生成填充曲面。对话框中各项含义如图。

图5-60 填补曲面对话框

5.3.7 放样

图5-61放样曲线

图标的功能是通过放样生成曲面，放样（Loft）是将一组作为截面的曲线沿着一条选择或自动指定的脊线（Spine）扫描出的曲面，这一曲面通过这组截面线，如果指定一组导线，那么放样还将受导线控制。

单击该图标，弹出如图 5-62 所示对话框，在对话框的 Section 栏中选取一组截面线，在对话框的 Guides 栏中选取一组导线，确定后生成放样曲面。                            

对话框的上部是截面曲线的输入区域，截面曲线不能互相交叉，可以指定与截面．线相切的支撑面，使放样曲面和支撑面在此截面处相切，由此控制放样曲面的切线方向。在截面曲线上还可指定闭合点Closing Point ，闭合点控制曲面的扭曲状态。

    对话框下面有Guides、Spine、Coupling和Relimitation 4个选项卡。如图5-62所示。

1．Guides 导线输入页。

2．Spine 脊线输入页，默认值是自动计算的脊线。

3．Coupling 控制截面线的耦合页。有 4 种耦合方式：

（1）Ratio 截面通过曲线坐标耦合。

（2）Tangency截面通过曲线的切线不连续点耦合，如果各个截面的切线不连续点不等，则截面不能耦合，必须通过手工修改不连续点使之相同，才能耦合。

（3）Tangency then curvature 截面通过曲线的切线和曲率不连续点耦合，如果各个截面的切线和曲率不连续点不等，则截面不能耦合，必须通过手工修改不连续点使之相同，才能耦合。

图5-62 放样曲面对话框和实例

（4） Vertices 截面通过曲线的顶点耦合，如果各个截面的顶点不等，则截面不能耦合，必须通过手工修改顶点使之相同，才能耦合。

4． Relimitation ：控制放样的首尾界限。当此页的按钮按下或没有指定脊线和导线时，放样的首尾界限按照首尾截面线确定。如果按钮没有按下，放样按照选择的脊线确定首尾界限，             

没有选择脊线则按照选择的第一条导线确定首尾界限。截面线上的箭头表示截面线的方向，必须一致。各个截面线上的Closing Point 所在位置必须一致，否则放样结果会产生扭曲。

5.3.8 混合

图5-63 混合曲线

图标的功能是生成混合曲面。混合曲面是指把两个截面曲线连接起来，或者把两个曲面在其边界处连接起来，并且可以控制连接端两曲面的连续性。单击该图标，弹出图 5-63所示对话框，在对话框的 First Curve 、 First Support、 Second Curve 、 Second Support文本框分别输入两条截面线和两个支撑曲面，确定后生成混合曲面，如图 5-64 所示。对话框各项的含义。

 图5-64 混合曲面对话框

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