CATIA參數(shù)化建模理念--精選文檔

1、CATIA參數(shù)化建模理念1. CATIA參數(shù)化建模思路1.1. 逆向建?，F(xiàn)階段我們是運(yùn)用大壩的CAD二維圖來畫三維圖，也就是說先有二維圖，后有三維圖；基于CATIA的逆向建模是先建模，再出二維圖。1.2. 骨架設(shè)計在傳統(tǒng)的三維設(shè)計包含兩種設(shè)計模式：1 自下而上的設(shè)計方法是在設(shè)計初期將各個模型建立，在設(shè)計后期將各模型按照模型的相對位置關(guān)系組裝起來，自下向上設(shè)計更多應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計組裝。2 自上而下設(shè)計的設(shè)計理念為先總體規(guī)劃，后細(xì)化設(shè)計。大壩骨架設(shè)計承了自上而下的設(shè)計理念，在大壩三維設(shè)計過程中，為了定義各建筑物相對位置關(guān)系，骨架包含整個工程的關(guān)鍵定位，布置基準(zhǔn)，定義各個建筑物間相關(guān)的重要尺

2、寸，自上向下的傳遞設(shè)計數(shù)據(jù)，應(yīng)用這種技術(shù)就可更加有目的，規(guī)范地進(jìn)行后續(xù)的工程設(shè)計。1.3. 參數(shù)化模板設(shè)計1、 參數(shù)化設(shè)計基本原理參數(shù)化設(shè)計基本原理：建立一組參數(shù)與一組圖形或多組圖形之間的對應(yīng)關(guān)系，給出不同的參數(shù)，即可得到不同的結(jié)構(gòu)圖形。參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)點是對設(shè)計人員的初始設(shè)計要求低，無需精確繪圖，只需勾繪草圖，然后可通過適當(dāng)?shù)募s束得到所需精確圖形，便于編輯、修改，能滿足反復(fù)設(shè)計的需要。1 參數(shù)（Parameter）是作為特征定義的 CATIA文檔的一種特性。參數(shù)有值，能夠用關(guān)系式（Relation）約束。2 關(guān)系式（relation）是智能特征的一般稱謂，包括：公式（formulas）、規(guī)則（

3、 rules）、檢查（checks）和設(shè)計表（design tables）。3 公式（formulas）是用來定義一個參數(shù)如何由其他參數(shù)計算出的。4 零件設(shè)計表：設(shè)計表是 Excel或文本表格，有一組參數(shù)。表格中的每列定義具體參數(shù)的一個可能的值。每行定義這組參數(shù)可能的配置。零件設(shè)計表是創(chuàng)建系列產(chǎn)品系列的最好方法，可以用來控制系列產(chǎn)品的尺寸值和特征的激活狀態(tài)，表格中的單元格通常采用標(biāo)準(zhǔn)形式，用戶可以隨時進(jìn)行修改。5 配置（Configuration）是設(shè)計表中相關(guān)的參數(shù)組的一組值。6 超級副本（PowerCopy）：超級副本是一組經(jīng)過分組以用于不同上下文的特征（幾何元素、公式、約束等），它提供了

4、在粘貼時根據(jù)上下文重新指定特征的能力。超級副本可捕獲設(shè)計者的設(shè)計意圖和知識技能，因此可以提高重用性和效率。7 用戶特征（UDF）：在常規(guī)設(shè)計工作中，經(jīng)常會有類似相同的設(shè)計，只是設(shè)計所用數(shù)據(jù)不一樣；對于這種情況，可以用數(shù)據(jù)表控制數(shù)據(jù)源，在需要某數(shù)據(jù)時，指定相應(yīng)數(shù)據(jù)；將以上重用數(shù)據(jù)表設(shè)計過程封裝成 UDF，并發(fā)布相應(yīng)數(shù)據(jù)，達(dá)到重用設(shè)計的效果。2、 參數(shù)化模板設(shè)計主要技術(shù)特征參數(shù)化模板設(shè)計主要技術(shù)特征是：基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改、全數(shù)據(jù)相關(guān)。 1 基于特征：將某些具有代表性的平面幾何定義為特征，并將其所有尺寸存為可調(diào)參數(shù)，進(jìn)而形成實體，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造。

5、 2 全尺寸約束：將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過約束來實現(xiàn)對幾何形狀的控制。造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點（全約束），不能漏注尺寸（欠約束），不能多注尺寸（過約束）。 3 尺寸驅(qū)動設(shè)計修改：通過編輯尺寸數(shù)值來驅(qū)動幾何形狀的改變。4 全數(shù)據(jù)相關(guān)：尺寸參數(shù)的修改導(dǎo)致其它相關(guān)模塊的相關(guān)尺寸得以更新。大壩各剖面的草圖都可以用參數(shù)和公式表達(dá)出來，公式中包含參數(shù)，將公式與草圖邊線的約束相關(guān)聯(lián)，達(dá)到參數(shù)通過公式驅(qū)動圖形的目的。我們將建好的大壩各部件的三維圖保存為模板，模板是CATIA V5知識工程的一個功能。知識工程是將一些諸如經(jīng)驗公式、分析算法、優(yōu)化計算、條件控制等智能知識

6、打包到一個盒子中，只留出幾個條件輸入?yún)?shù)接口。設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時，不需要關(guān)心盒子中到底有哪些內(nèi)容，而只需要知道目標(biāo)模型所屬的類型及確定目標(biāo)模型具體細(xì)節(jié)的關(guān)鍵幾個輸入?yún)?shù)即可。調(diào)用模型時，通過輸入?yún)?shù)，調(diào)用打包在模型內(nèi)部的一系列計算公式及判斷條件，自動進(jìn)行一系列的內(nèi)部運(yùn)算與調(diào)整，快速生成符合用戶設(shè)想的幾何模型。1.4. 裝配設(shè)計裝配設(shè)計（Assembly Design）即產(chǎn)品的高效管理和裝配，它提供了在裝配環(huán)境下可由用戶控制關(guān)聯(lián)關(guān)系的設(shè)計能力，通過使用自上向下和自底向上的方法管理裝配層次，可真正實現(xiàn)裝配設(shè)計和單個零件設(shè)計之間的并行工程。裝配設(shè)計通過使用圖形化的命令建立機(jī)械設(shè)計約束，可

7、以直觀方便的將零件放到指定位置。1.5. 二維圖制作CATIA的二維工程圖是由三維模型向各方向的投影視圖以及相關(guān)輔助視圖組成的。其最大優(yōu)勢在于二維圖能與三維設(shè)計模型相關(guān)聯(lián)，即三維模型發(fā)生更改，二維圖可即時更新，不必像其他CAD軟件需要再重新繪制二維圖。2. 重力壩參數(shù)化建模2.1. CATIA選項設(shè)置確認(rèn)“知識選項卡（“工具” >“選項” >“常規(guī)” >“參數(shù)和測量”）中的“帶值”和“帶公式” 復(fù)選框。如圖1 。 圖 1確認(rèn)“顯示”選項卡（“工具” >“選項” >“零件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)” >“顯示”）中的“外部參考”、“約束”、“約束”、“參數(shù)”、“關(guān)系”復(fù)選框。如

8、圖2所示圖 22.2. 參數(shù)和關(guān)系建立1 建立參數(shù)：點擊“知識工程”工具欄上的“f（x）”命令會出現(xiàn)圖3，選擇參數(shù)的類型，比如：“長度”，再點擊“新類型參數(shù)”新建一個長度參數(shù)，并賦值。圖 32 建立關(guān)系：關(guān)系是參數(shù)與圖形連接的橋梁，參數(shù)通過關(guān)系關(guān)聯(lián)圖形，以此來驅(qū)動圖形。最常用的關(guān)系是公式，如圖用上文建立的參數(shù)“長”通過公式來關(guān)聯(lián)一條直線的長度。先在XY平面新建一個草圖，畫一條直線，用“約束”工具欄中的“約束”命令進(jìn)行標(biāo)注，如圖4，選定尺寸標(biāo)注單擊右鍵，在“長度對象”下拉找到“編輯公式”命令，如圖5，單擊后會彈出一個對話框，雙擊“長”即可將直線的長度與參數(shù)“長”關(guān)聯(lián)，這樣直線的長度將會等于參數(shù)“

9、長”的值，如圖6。圖 4圖 5圖 62.3. 骨架設(shè)計重力壩的骨架可由“左（右）壩肩A（B）兩點”、“連接A、B兩點的壩軸線和垂直于壩軸線”和“過A點的0+000.00樁所在的平面”這三部分組成。將這三部分作為骨架發(fā)布出去，以此作為整個工程的關(guān)鍵定位和布置依據(jù)。在CATIA環(huán)境下，如果設(shè)計變更牽扯到壩軸線位置的調(diào)整，無需重新定位控制點A、B，只需更改控制點A、B的坐標(biāo)，或者直接移動壩軸線，就能完成對壩軸線的調(diào)整，實現(xiàn)設(shè)計變更，如圖7。圖 72.4. 重力壩結(jié)構(gòu)劃分現(xiàn)實中的重力壩是一個非常復(fù)雜的體型，如果不進(jìn)行劃分，一方面體現(xiàn)不出擋水壩、溢流壩和內(nèi)部廊道等結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立的特征。另一方面參數(shù)繁多，難

10、以確定，體現(xiàn)不出參數(shù)化的特點和優(yōu)勢，所以在重力壩模型對象的設(shè)計中，首先要考慮如何把復(fù)雜的重力壩進(jìn)行合理地拆分，使之形成多個簡單的模型對象的組合。當(dāng)把重力壩完全抽象為若干個對象的集合時，我們也就完成了對重力壩實體對象的劃分。 重力壩可簡單的分為：擋水壩段和溢流壩段兩部分，當(dāng)然也包括廊道、排水管和帷幕等部件。2.4.1. 擋水壩段1 建立參數(shù)：重力壩擋水壩段的特征參數(shù)有“壩段起始樁號”、“壩段長度”、“壩頂寬度”、“壩頂高程”、“上游折坡高程”、“上游坡比”、“下游折坡高程”、“下游坡比”、“壩底高程”，用“f（x）”命令建立這些參數(shù)并賦值。2 繪制草圖：以“過A點的0+000.00樁所

11、在的平面”為基準(zhǔn)平面，偏移一個平面，偏移長度為參數(shù)“壩段起始樁號”，在這個新平面上繪制出擋水壩段的典型剖面，并將上述參數(shù)與剖面進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而得到參數(shù)化的擋水壩段剖面，如圖8。圖 8草圖中的V和H坐標(biāo)軸是尺寸約束的參照基準(zhǔn)，只有草圖中的圖像相對于V、H軸的所有位置關(guān)系都確定后，該圖形才能完全約束（無過約束也不欠約束）?！斑^約束”是指一個元素被多個同一尺寸標(biāo)注，此時過約束的元素會顯示“紫色”；“欠約束”是是指一個元素未被尺寸標(biāo)注，此時欠約束的元素會顯示“白色”，如圖9。圖形完全約束后，其尺寸和位置關(guān)系才能協(xié)同變化，系統(tǒng)會直接將尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)。草圖修改可通過編輯系統(tǒng)參數(shù)直接驅(qū)動幾何形狀的改變

12、，為三維參數(shù)驅(qū)動提供基礎(chǔ)。圖 9剖面草圖繪制完成后，將草圖進(jìn)行“凸臺”得到一個壩段，凸臺的長度用公式關(guān)聯(lián)到參數(shù)“壩段長度”，如圖10?，F(xiàn)在可以通過更改那些特征參數(shù)即可驅(qū)動擋水壩段的圖形。如將參數(shù)“壩段長度”的值改為50mm（本次設(shè)計中比例為1：1000），更改參數(shù)后的圖形如圖11。圖 10圖 112.4.2. 溢流壩段重力壩溢流壩段剖面圖形由頂部曲線段、中間直線段和反弧段三部分組成。溢流壩與擋水壩相比較，有其自身的結(jié)構(gòu)特點，它的草圖結(jié)構(gòu)要比擋水壩復(fù)雜了很多。擋水壩典型剖面相對簡單，可以運(yùn)用草圖工作臺提供的繪圖命令直接完成典型剖面草圖的繪制。而溢流壩則不同，它的典型剖面中包含下游反弧段和堰頂下游

13、堰面曲線WES冪曲線等復(fù)雜的曲線，特別是WES冪曲線是不能通過草圖工作臺提供的繪圖命令直接繪制的。為保證WES冪曲線精準(zhǔn)性，可以通過CATIA中規(guī)則曲線進(jìn)行繪制。WES曲線繪制對WES冪曲線方程進(jìn)行分析。WES冪曲線方程的表達(dá)式為：。x，y表示草圖中曲線的橫縱坐標(biāo)，而曲線的形狀有參數(shù)k，n和來控制。在這里設(shè)置三個用戶參數(shù)：“堰面曲線定型水頭”、“WES曲線系數(shù)：k”和“WES系數(shù)n”分別代表系數(shù)：k，n和。以后通過修改這三個用戶參數(shù)，來實現(xiàn)對WES曲線形狀的控制。新建“k”、“n”、“”和“參考線長度”參數(shù)，在要繪制WES曲線的平面上，繪制一條水平參考線，長度通過公式關(guān)聯(lián)參數(shù)“參考線長度”；用

14、“fog”命令新建一個WES曲線規(guī)則，規(guī)則中編輯如下公式，y=-1*(1/k) *'Hd'*(1-n)*(參考線長度 /1mm*x)*n ，如圖12。公式中有兩點需要注意：在CATIA中要輸入，則要輸成；自變量x的類型必須為實數(shù)，且CATIA中規(guī)定x的范圍是從0到1變化，所以要畫WES曲線，必須在x前面乘以一個系數(shù)，即參數(shù)“參考線的長度”。fog規(guī)則建立完成后，將CATIA工作界面切換到“形狀的創(chuàng)成外形設(shè)計”中，選用“線框”工具欄中的“平行曲線定義”命令繪制WES曲線，如圖13，對話框中的“曲線”選擇“參考直線”，支持面選擇WES曲線所在平面，常量這一欄單擊“法則曲線”按鈕，彈

15、出法則曲線定義對話框，選擇法則曲線類型為“高級”，法則曲線元素選擇新建的fog規(guī)則，繪制的WES曲線，如圖14。溢流壩剖面的其它曲線可按照繪制擋水壩剖面曲線的方法逐一繪制，對繪制的溢流壩剖面草圖進(jìn)行“凸臺”（方法見擋水壩段），得到實體溢流壩段，如圖15。圖 12圖 13圖 14圖 152.5. 模板設(shè)計在上文中基于重力壩的擋水壩段和溢流壩段各自的特征參數(shù)建立了相關(guān)模型，而且可以通過更改特征參數(shù)實現(xiàn)圖形的變換。當(dāng)設(shè)計其它重力壩時，想要調(diào)用這兩個圖形，則需要用到模板設(shè)計。將這兩個圖形保存為模板，外部調(diào)用時，只需要在CATIA模板庫中調(diào)用就行。下面介紹重力壩擋水壩段的模板設(shè)計，溢流壩段的模板設(shè)計可參

16、照擋水壩段的模板設(shè)計。擋水壩段的模板設(shè)計有三種途徑可以做到，分別為“超級副本”、“用戶特征”和“文檔模板”。1 超級副本打開上文建立的重力壩擋水壩段的CATIA文件，將工作界面切換到“產(chǎn)品知識模板（PKT: Product Knowledge Template）”，具體操作是點擊“開始”>“知識工程模塊”>“Product Knowledge Template”。進(jìn)入產(chǎn)品知識模板界面后，點擊“創(chuàng)建超級副本”命令，會出現(xiàn)一個對話框，對話框中有幾個選項卡?！岸x”選項卡中有“選定部件”和“部件輸入”，兩者是因果關(guān)系，部件輸入為因，選定部

17、件為果，選定部件是我們要選中作為模板的元素，可以直接在樹上選中，部件輸入是繪制模板圖形的骨架元素，也就是基準(zhǔn)元素，包括基準(zhǔn)點、基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)直線。如圖16，“參數(shù)”選項卡中顯示了繪制模板所用的所有尺寸參數(shù) ，在這里我們可以將特征參數(shù)發(fā)布出去，作為可更改的參數(shù) ，如圖17。各選項卡設(shè)置完成后，點擊確定，在樹上便會增加一個超級副本。圖 16圖 172 用戶特征用戶特征的使用方法與超級副本相同，如圖18圖 183 文檔模板點擊“創(chuàng)建文檔模板”命令，會彈出一個對話框，對話框的“文檔”選項卡中默認(rèn)選中當(dāng)前的CATIA文件，如圖19，“輸入”選項卡也可以選中骨架元素，如圖20，“已發(fā)布的參數(shù)”選項卡是可以

18、選擇需要更改的特征參數(shù)，點擊“編輯列表”命令，會彈出一個對話框，選中左邊“要發(fā)布的參數(shù)”，將它移到右邊“已發(fā)布的參數(shù)”中，如圖21。圖 19圖 20圖 212.6. 重力壩裝配設(shè)計重力壩的各部件保存為模板后，在先前設(shè)計的骨架下逐一調(diào)用各個部件模板進(jìn)行裝配。本文以擋水壩段和溢流壩段裝配為例。1 骨架元素建立在CATIA中新建一個“Product”文件，在“裝配設(shè)計”工作界面下，新建一個零件，并命名為“骨架元素”，在零件“骨架元素”中建立四個元素，即左（右）壩肩A（B）兩點”、“連接A、B兩點的壩軸線和垂直于壩軸線”和“過A點的0+000.00樁所在的平面，將左（右）壩肩A（B）兩點和過A點的0+

19、000.00樁所在的平面（始0+000.00）發(fā)布出去，如圖22。圖 222 擋水壩段和溢流壩段裝配壩段裝配設(shè)計時需要調(diào)用上文中保存的部件模板，生成部件模板時有三種方式（超級副本、用戶特征和文檔模板），所以在調(diào)用模板時有相對應(yīng)的三種方式。下面以超級副本的運(yùn)用為例。在裝配設(shè)計文件中，將CATIA工作界面設(shè)為知識工程中的“Product Knowledge Template”，單擊“從文檔實例化”命令，會彈出一個“選擇文件”對話框，在此我們選中上文建立的擋水壩段的模板，如圖23，單擊打開按鈕，可彈出“插入對象”對話框。對話框中的“參考”是指建立的“擋水壩段”超級副本模板，“輸入

20、”是超級副本模板中的骨架元素，“選定”是與超級副本模板中骨架元素相對應(yīng)的大壩骨架元素?！皡?shù)”是擋水壩段的可修改的特征參數(shù)，如圖24。選定骨架元素和更改參數(shù)后，單擊“確定”按鈕，即可得到大壩擋水壩段。按照同樣方法可生成大壩的其它壩段，如圖25。圖 23圖 24圖 253 超級副本、用戶特征和文檔模板三者的異同點超級副本: 能在一個product里的part里（product，part都可以雙擊選中）建立多個元素，可以并列也可以是子父級，且顯示的是整個原零件，包含輔助的平面和草圖。選定部件（要復(fù)制的模板）和輸入部件（定位）之間存在因果關(guān)系，輸入部件是選定部件的畫圖基準(zhǔn)。要更改的參數(shù)是和其它參數(shù)在

21、一起的。用戶特征：能在一個product里的part里（product，part都可以雙擊選中）建立多個元素，可以并列也可以是子父級，且顯示的只是成果，沒有其它輔助平面或草圖。選定部件（要復(fù)制的模板）和輸入部件（定位）之間存在因果關(guān)系，輸部件是選定部件的畫圖基準(zhǔn)。要更改的參數(shù)是和其它參數(shù)在一起的。文檔模板：只能在product（雙擊選中）環(huán)境下導(dǎo)入，導(dǎo)入的是單獨(dú)零件，并列的，不能是子父級的，且顯示的是整個原零件，包含輔助的平面和草圖。選定部件只能是整個零件，輸入部件可以隨便選擇。要更改的參數(shù)是和其它參數(shù)不在一起，可以通過參數(shù)選項卡來顯示“用戶參數(shù)”或者“重命名參數(shù)”。2.7. 二維圖制作由CA

22、TIA三維圖可生成多種二維視圖，如：正視圖、剖面圖、剖視圖、局部放大圖，現(xiàn)在以上文建立的三維體創(chuàng)建正視圖和剖面圖。打開上文建立的三維體文件，進(jìn)入工程制圖界面（“開始”>“機(jī)械設(shè)計”>“工程制圖”），在視圖選項卡上單擊“正視圖”命令，窗口上會有一個“在3D幾何圖形上選擇參考平面”的提示，如圖26，此時將工作界面切換到三維體界面，選擇正視圖投影的面，即可生成正視圖，如圖27。剖面圖是基于正視圖創(chuàng)建的，在視圖選項卡上單擊“偏移截面分割”命令，在需要剖切的正視圖上畫一條剖視線，如圖28，雙擊左鍵可以結(jié)束剖視線的繪制。單擊圖紙即可生成剖面圖，如圖29。圖 26圖 27圖 28圖 293. 拱

23、壩參數(shù)化建模拱壩主要分為雙曲拱壩和重力拱壩，以雙曲拱壩為例，其主要結(jié)構(gòu)為：基本拱圈體形、閘墩、表孔、中孔、底孔、廊道及其他細(xì)部結(jié)構(gòu)。下面具體介紹拱壩基本體形的參數(shù)化建模。3.1. 拱圈方程基本體型主要以拱圈曲線設(shè)計為主，常用的拱圈曲線主要為拋物線方程曲線、對數(shù)螺旋線方程曲線等。在CATIA中通過方程曲線建立壩體控制高程得拱圈曲線，再利用多截面擬合的方式生成拱壩基本體形實體完成基本體形設(shè)計。以拋物線拱圈方程為例，基本體形如圖30。圖 30拋物線方程如下：左岸：右岸：上游面：上游面：下游面：下游面：式中： Rdi和Rui分別表示下游壩面和上游壩面的拱端曲率半徑；Odi和Oui分別表示下游壩面和上游

24、壩面的拱端曲率中心坐標(biāo)；腳標(biāo)中l(wèi)和r分別表示左半拱和右半拱。3.2. 新建拱壩基本體型特征參數(shù)。特征參數(shù)主要包括拱圈平面的高程Z、 Ruli、Ouli、Ruri、Ouri、Rdli、Odli、Rdri、Odri、Xuri（上游壩面右拱圈的水平長度）、Xdri、Xuli、Xdli，拱圈行控制參數(shù)h。在這里我們新建頂層拱圈的相關(guān)特征參數(shù)，如圖31圖 31由于拱壩每層拱圈大致相同，可定義為一個系列產(chǎn)品，而零件設(shè)計表是創(chuàng)建系列產(chǎn)品系列的最好方法，可以用來控制系列產(chǎn)品的尺寸值和特征的激活狀態(tài)，表格中的單元格通常采用標(biāo)準(zhǔn)形式，用戶可以隨時進(jìn)行修改。上文建立的一組參數(shù)只是頂層拱圈的特征參數(shù)，在此可以創(chuàng)建一個EXCEL設(shè)計表記錄每層拱圈的特征參數(shù)。創(chuàng)建EXCEL設(shè)計表：單擊“知識工程”工具欄上的“設(shè)計表命令”，會彈出一個“創(chuàng)建設(shè)計表”的對話框，選擇“使用當(dāng)前的參數(shù)值創(chuàng)建設(shè)計表”，如圖32，單擊“確定”按鈕，會彈出一個“選擇要插入的參數(shù)”對話框，將左邊要插入的參數(shù)轉(zhuǎn)移到已插入的參數(shù)中，如圖33，點擊確定，會彈出“設(shè)計表屬性”會話框，如圖34，配置“選項卡”中有頂層拱圈新建的特征參數(shù)，單擊“編輯表”，會生成一個EXCEL表，表中輸入各層拱圈的特征參數(shù)，如圖35，保存EXCEL表，在“關(guān)系”樹上會多一個剛才新建的EXCEL設(shè)計