第三章 草图设计
3.1 概述
三维模型是由一些特征构成的。像长方体、圆柱体这样简单的形体只需一个特征，复杂的形体需要多个特征。在创建复杂形体的过程中，有时会将一些特征叠加到当前形体，有时又会从当前形体中减去一些特征。例如，图3-1 (a)所示形体是圆柱特征加上六棱柱特征之后得到的结果，图3-1 (b)所示形体是从底板特征减去三个圆柱特征之后得到的结果。
图3-1 特征构成形体的实例
无论是用于“加”还是用于“减”的特征都可以看作是轮廓线通过拉伸、旋转等运动创建的。例如，图3-1 (a)所示的两个特征分别是用圆和正六边形的轮廓线通过拉伸得到的。草图设计的目的就是创建生成特征的轮廓线。
3.2 进入和退出草图设计的环境
图3-2 草图设计的环境
草图设计通过Sketcher 模块实现。
1. 从零件设计环境进入草图设计的环境步骤下：
（1）选择菜单Start | Mechanical Design | Part Design，进入零件设计的环境。
（2）选取绘图平面。绘图平面可以是坐标平面、基准面或形体的平表面，例如选取特征树的 xy 坐标平面。
（3）单击图标
，即可进入图 3-2 所示的草图设计的环境。
2. 从 Start 菜单进入草图设计的环境步骤如下：
（1）选择菜单 Start | Mechanical Design | Sketcher ，首先进入零件设计的环境。
（2）选取绘图平面，单击图标，进入如图3-2 所示的草图设计的环境。
（3）从草图设计环境返回零件设计的环境单击图标
，即可返回到零件设计的环境。可以随时从零件设计环境进入草图设计的环境。
3.3 绘制图形
选取菜单 Insert | Profile 即可显示如图3-3所示有关绘制图形的菜单，从中选取绘制图形的菜单项，或者单击图3-4所示 Profile 工具栏的图标，即可绘制所选的图形。
图 3-3 绘制图形的下拉菜单 图3-4 绘制图形的工具栏
3.3.1 绘制轮廓线
单击图标
，Sketch tools工具栏显示为图3-5 所示的状态。
图3-5 确定轮廓线起点时的Sketch tools工具栏
Sketch tools 工具栏的右端增加了直线段
、沿前一段相切的方向绘制圆弧段
和 3 点绘制圆弧段
3 个图标。每段线开始都是绘制直线状态，如果单击图标或，将改变为绘制圆弧段。如果在绘制圆弧时改变为绘制直线，可单击图标。如果按下鼠标左键从轮廓
线的最后点拖动一个矩形，将得到一个圆弧，该圆弧与前一段线相切，端点在矩形的对角点上。绘制轮廓线的段数没有限制，若再次单击图标或者双击鼠标左键，将结束绘制轮廓线；若首尾两点重合，将自动结束绘制轮廓线。
3.3.2 绘制简单图形
1．单击图标
，将显示含有下列绘制简单图形的工具栏。图标功能如下图所示。
2．单击图标
，将显示含有下列一些方式的绘制圆和圆弧的工具栏，图标功能如下图所示。
图3-6 绘制简单图形的工具栏 图3-7 绘制圆和圆弧的工具栏
3.3.3 样条曲线和圆弧连接
单击图标
，将显示它的下一级工具栏： 
1．绘制样条曲线。点击图标，依次输入控制点 Pl~P7 ，即可得到如图3-8 所示样条曲线。绘制样条曲线的点数没有限制。
2．圆弧连接用圆弧连接两个图形元素，并与之相切。图形元素可以是直线、圆弧、圆、样条曲线或二次曲线。圆弧半径的大小与选择点有关。
图3-8绘制样条曲线 图3-9 圆弧连接
3.3.4 绘制二次曲线
图3-10
单击图标
，将显示它的下一级工具栏，如图3-10 所示。
3.3.5 绘制直线
单击图标
，将显示含有绘制一些直线的工具栏，功能如下图3-11所示。二次曲线工具栏
3.3.6 绘制点
单击图标
，显示含有绘制下列点的工具栏，功能如下图3-12所示。
图3-11直线工具栏 图3-12 绘制点工具栏
3.4 图形编辑
选取菜单 Insert | Operation 即可显示如图3-13 所示有关图形编辑的菜单，从中选取编辑或修改图形的菜单项，或者单击如图3-14所示有关图形编辑的 Operation 工具栏的图像图标，即可编辑所选的图形对象。
图3-13 有关图形编辑的菜单 图3-14 Operation工具栏
3.5 约束控制
3.5.1几何约束
几何约束的作用是约束图形元素本身的位置或图形元素之间的相对位置。
1．自动建立几何约束 自动建立几何约束的必要条件是必须在智能拾取的环境下。在Drafting模块，默认的状态为打开智能拾取状态。在智能拾取状态下，单击如图 2-18所示 Sketch tools 工具栏的图标，若该图标橙色显示，即可进入几何约束状态；再次单击图 图3-15进入几何约束状态时绘制的图形标
，即将退出几何约束状态。在几何约束状态下， CATIA 自动检测并放置约束条件。
图3-16
2．
添加、解除或改变几何约束 通过图标，可以约束图形对象的几何位置同时添加、解除或改变图形对象几何约束的类型，如图3-16所示。
3.5.2 尺寸约束
尺寸约束就是用数值约束图形对象的大小。尺寸约束以尺寸标注的形式标注在相应的图形对象上。被尺寸约束的图形对象只能通过改变尺寸数值来改变它的大小，也就是尺寸驱动。进入零件设计（ Part Design ）模块后，将不再显示标注的尺寸或几何约束符号．
1．
自动建立尺寸约束若该图标为打开状态（橙色显示），将自动标注输入到 Sketch tools 工具栏的参数栏的尺寸。
2．
交互方式建立尺寸约束 单击该图标，选取待标注的对象（或者先选取待标注的对象，再单击该图标），确定尺寸线的位置，即可实现尺寸标注。
图3-17 标注尺寸
图3-18 Constraint Definition对话框
3．修改尺寸约束的值 双击尺寸（尺寸线、尺寸界线或尺寸数值），将弹出如图 3-18 所示 Constraint Definition约束定义对话框。输入新的数值，单击“OK” 按钮，完成尺寸约束的修改。
3.5.3 接触约束
单击图标
，选取两个图形元素，第二个被选对象移至与第一个被选对象接触。被选对象的种类不同，接触的含义也不同。
1．重合 若选取的两个图形元素中有一个是点，或两个都是直线，第二个被选对象移至与第一个被选对象重合，如图 3-19( a）所示。
2．同心若选取的两个图形元素是圆或圆弧，第二个被选对象移至与第一个被选对象同心，如图 3-19（b）所示。
3．相切若选取的两个图形元素不全是圆或圆弧，或者不全是直线，第二个被选对象移至与第一个被选对象（包括延长线）相切，如图 3-19（c）、（d）、（e）所示。
（a） （b） （c） （d） （e）
图3-19接触约束
在图3-19中，第一行为接触约束前的两个图形元素，其中左上为第一个被选取的图形元素。
习题
1．绘制如图3-20至图3-23所示图形，并标注尺寸。
图3-20
图3-21
图3-22
图3-23
图3-24
图3-25
图3-26
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