CATIA中創(chuàng)建直角坐標(biāo)方程曲線的方法

王俊蘭，胡 濤

(中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心，四川 綿陽 621000)

摘要：介紹了2種在CATIA中創(chuàng)建直角坐標(biāo)方程曲線的方法。以同一個(gè)曲線方程為例，分別對(duì)2種方法中三維曲線建立的具體實(shí)現(xiàn)過程和操作方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后對(duì)2種方法各自的特點(diǎn)進(jìn)行了適用性分析。示例表明：2種方法都簡單易用，可提高三維建模效率，能為廣大的CATIA使用者提供幫助。

關(guān)鍵詞：CATIA；方程曲線；創(chuàng)建曲線

CATIA軟件是集設(shè)計(jì)、分析、制造為一體的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件。憑借獨(dú)有的特點(diǎn)以及穩(wěn)定性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、造船、飛機(jī)等行業(yè)[1]。在三維模型的構(gòu)建中，離不開點(diǎn)、線、面這些最基本的構(gòu)成元素，CATIA軟件在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)、自由曲面設(shè)計(jì)、線框與曲面設(shè)計(jì)和數(shù)字曲面設(shè)計(jì)等模塊中[2]，提供一系列基礎(chǔ)的工具，用來幫助用戶快速創(chuàng)建點(diǎn)、線、平面、曲線和曲面等元素。但對(duì)于設(shè)計(jì)人員建模過程中經(jīng)常遇到的方程曲線，在CATIA中并沒有一個(gè)直接的命令可以進(jìn)行繪制。如何快速、有效地由曲線方程創(chuàng)建出需要的曲線？筆者通過長期探索和實(shí)踐，總結(jié)出2種簡單易用的在CATIA中創(chuàng)建方程曲線的方法。

1 創(chuàng)建方程曲線的方法

對(duì)于三維模型的建立，曲線和曲面的創(chuàng)建是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，尤其是曲線，因?yàn)榍€往往也是創(chuàng)建曲面的基礎(chǔ)。在建模設(shè)計(jì)中，方程曲線繪制又是曲線建立中比較常見的一種，筆者經(jīng)過學(xué)習(xí)和探索，總結(jié)出2種直角坐標(biāo)方程曲線的建立方法：1)利用CAD軟件之間的數(shù)據(jù)交換。在AutoCAD中運(yùn)行腳本文件，生成曲線，然后導(dǎo)入到CATIA軟件中。2)利用CATIA軟件中的規(guī)則編輯器、平行曲線、仿射等命令創(chuàng)建曲線。

為方便介紹，以馮卡門曲線的創(chuàng)建為例進(jìn)行說明。馮卡門曲線的方程如下：

(1)

式中：A=2 600，B=4 000。

1)方法一。

①創(chuàng)建腳本文件。在Excel或MATLAB等軟件中計(jì)算出曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)按AutoCAD要求格式編寫，建立曲線的腳本文件，如圖1所示，以“*.scr”文件類型保存。

圖1 創(chuàng)建腳本文件

②創(chuàng)建曲線。在AutoCAD中新建文件[3]，依次選擇下拉菜單“工具”→“運(yùn)行腳本”，選擇創(chuàng)建的腳本文件，點(diǎn)擊“打開”按鈕，可在繪圖區(qū)建立起曲線，如圖2所示。文件以“*.dwg”或“*.dxf”類型保存。

③在CATIA中，依次選擇下拉菜單“文件”→“打開”，選擇步驟②中保存的文件，點(diǎn)擊“打開”按鈕，在繪圖區(qū)出現(xiàn)曲線，如圖3所示，選中圖中曲線，然后依次選擇下拉菜單“編輯”→“復(fù)制”，復(fù)制曲線到剪貼板。

圖2 創(chuàng)建曲線

圖3 復(fù)制曲線

④粘貼曲線。在CATIA中，新建“*.CATPart”文件，依次選擇下拉菜單“開始”→“機(jī)械設(shè)計(jì)”→“零部件設(shè)計(jì)”，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)的環(huán)境；選擇繪圖平面——xy平面，單擊“草圖編輯器”圖標(biāo)，進(jìn)入草圖設(shè)計(jì)環(huán)境，選擇下拉菜單“編輯”→“粘貼”，在繪圖區(qū)出現(xiàn)粘貼曲線，然后回到零件設(shè)計(jì)環(huán)境，就得到了所需曲線，如圖4所示。

2)方法二。

①創(chuàng)建直線。在CATIA中新建一“*.CATPart”文件，依次選擇下拉菜單“開始”→“形狀”→“創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)”，進(jìn)入外形設(shè)計(jì)環(huán)境[4]；選擇繪圖平面——xy平面，單擊“草圖編輯器”圖標(biāo)，進(jìn)入草圖設(shè)計(jì)環(huán)境，繪制一條長1mm的直線，如圖5所示，完成后退出草圖設(shè)計(jì)，返回到外形設(shè)計(jì)環(huán)境。

圖4 粘貼曲線

圖5 創(chuàng)建直線

②編輯規(guī)則。點(diǎn)擊“規(guī)則”圖標(biāo)，打開規(guī)則編輯對(duì)話框，單擊OK進(jìn)入規(guī)則編輯器，首先在編輯器右上側(cè)列表中新增2個(gè)實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)：x及y，再將公式′y′=sqrt((acos(1-2*′X′-0.5*sin(2*acos(1-2*′x′)))/PI)輸入到編輯器左側(cè)的編輯欄中，如圖6所示，完成后點(diǎn)擊“確定”按鈕。

圖6 編輯規(guī)則

③在外形設(shè)計(jì)模式下，點(diǎn)擊“平行曲線”圖標(biāo)，出現(xiàn)平行曲線定義對(duì)話框，選擇步驟①中所畫的直線、參考平面xy平面，然后點(diǎn)擊“法則曲線”按鈕，彈出法則曲線定義對(duì)話框，選擇步驟②中建立的法則曲線，2個(gè)對(duì)話框參數(shù)設(shè)置如圖7所示，完成設(shè)置后點(diǎn)擊“確定”按鈕，得到如圖8所示的曲線。

圖7 建立法則曲線

圖8 創(chuàng)建曲線

④點(diǎn)擊“仿射”圖標(biāo)，出現(xiàn)仿射定義對(duì)話框，按圖9所示設(shè)置對(duì)話框各參數(shù)，然后點(diǎn)擊“確定”按鈕，就可建成所要曲線，圖形結(jié)果如圖10所示。

圖9 設(shè)置仿射對(duì)話框

圖10 創(chuàng)建曲線

2 方法分析

第1種方法需先計(jì)算曲線上各點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后使用點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)編寫出曲線繪制所需的腳本文件供AutoCAD調(diào)用，最后利用數(shù)據(jù)交換功能導(dǎo)入到CATIA中。這種方法需要操作者熟練使用CAD并掌握腳本文件的編寫和運(yùn)用方法。方程曲線建立過程簡單方便，通俗易懂，但在使用時(shí)要注意2點(diǎn)：1)曲線各處曲率可能不同，計(jì)算點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)要根據(jù)曲率變化決定取點(diǎn)的多少以及點(diǎn)間的疏密程度，以保證建立曲線的使用精度；2)因?yàn)樵摲椒ㄊ峭ㄟ^不同軟件格式之間的數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)交換過程中可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失和變形現(xiàn)象，對(duì)于要求高精度的曲線，要使用盡可能多的點(diǎn)來建立曲線繪制腳本文件[5]。

第2種方法的所有步驟在CATIA軟件中完成，不會(huì)出現(xiàn)第1種方法中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失和變形現(xiàn)象，另外該方法也不用顯示取點(diǎn)連線，完全靠軟件內(nèi)部運(yùn)算操作繪制，所以建立的曲線精度更高。如果對(duì)該方法稍加改進(jìn)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲線的參數(shù)化設(shè)計(jì)。對(duì)于本文例舉曲線，具體方法是：先建立兩參數(shù)分別對(duì)應(yīng)曲線方程中的A和B，對(duì)圖9中的x,y分別編輯公式，使它們分別對(duì)應(yīng)兩參數(shù)A和B；這樣對(duì)于不同的A和B取值，只需對(duì)兩參數(shù)賦值進(jìn)行修改，就可以立刻得到新的曲線，節(jié)省了繪制不同馮卡門曲線的時(shí)間，提高了效率。但該方法使用上有一定難度，它一方面要求設(shè)計(jì)人員對(duì)于規(guī)則編輯器中公式編寫格式和語法要非常了解，另一方面要求設(shè)計(jì)人員在規(guī)則編輯器中編輯公式時(shí)，必須針對(duì)不同的曲線方程、不同的自變量取值范圍，對(duì)曲線方程進(jìn)行變換。設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)習(xí)慣和熟練程度對(duì)兩種方法加以選用。

3 結(jié)束語

這2種方法是筆者多年工作中的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累，具備一定的通用性，熟練地使用可以節(jié)省建模時(shí)間，提高三維造型速度和設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 游立明. CATIA V5曲面設(shè)計(jì)從入門到精通[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.

[2] 李學(xué)志,李若松. CATIA實(shí)用教程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3] 李蘇紅, 程曉新, 安鳳秀, 等. AutoCAD計(jì)算機(jī)繪圖教程[M].北京:清華大學(xué)出版,2005.

[4] 尤春風(fēng).CATIA V5高級(jí)應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[5] 盛選禹.CATIA曲線和曲面功能詳解[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

The creation of curve expressed in orthogonal coordinates based on CATIA

WANG Junlan, HU Tao

(China Aerodynamics Research and Development Center, Sichuan Mianyang, 621000, China)

Abstract：It introduces two methods of the creation of curve expressed in orthogonal coordinates based on CATIA, presents the further implementation procedure and detailed operation ways of making 3D curve in the same curve equation, analyzes their own feature. The example proves that two methods are simple and useful, and can increase the efficiency of 3D model construction and help the large numbers of users of CATIA.

Key words：CATIA; equation curve; creating curve

DOI：10.3969/j.issn.2095-509X.2017.03.003

收稿日期：2016-07-18

作者簡介：王俊蘭(1969—), 女，四川資陽人，中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高級(jí)工程師,碩士，主要研究方向機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

中圖分類號(hào)：V221+.92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-509X(2017)03-0023-04