CATIA V5 创成式外形设计

1. CATIA V5 Training CATIA V5 创成式外形设计 Generative Shape Design

2. 概述 CATIA V5的创成式外形设计（GSD）模块包括线框和曲面造型功能，它为用户提供了一系列应用广泛、功能强大、使用方便的工具集，以建立和修改用于复杂外形设计所需的各种曲面。同时，创成式外形设计方法采用了基于特征的设计方法和全相关技术，在设计过程中能有效地捕捉设计者的设计意图，因此极大地提高了设计者的质量与效率，并为后续设计更改提供了强有力的技术支持。。

3. 一、GSD模块交互界面

4. 二、功能介绍 （一）线框造型功能（Wire frames） 1、点(Point) 在CATIA V5中，生成点的步骤为：选择生成点的类型（Point type）；输入相应参数；点击OK 按钮，生成点。其中，点的类型有以下几种： (1) 坐标点（Coordinates）：它用于生成相对于参考点（Reference point）来指定x、y、z坐标 值的点。系统默认参考点为坐标原点，也可以自行指定参考点。 除了“点类型 (Point type)”，可用新的锁定按钮 　来防止在选择几何图形时自动更改类型。只需单击 此按钮，锁就变为红色 。

5. 曲线上的点（On curve）：它用于生成位于指定曲线（Curve）上，并离参考点 • （Reference point）为指定距离值（Distance to reference）的点。系统默认参考点为 • 曲线的端点，也可以自行指定参考点。系统提供了两种指定距离的方法：一是指定在曲 • 线上的距离（Distance on Curve）；二是指定相对曲线长度的比例（Ratio of Curve Length）。 • 另外，测地距（Geodesic Distance）是指沿曲线从参考点到生成点之间的距离，而欧氏距离 • （Euclidean Distance）是指从参考点到生成点之间的最短距离。

6. (3) 平面上的点（On plane）：它用于生成位于指定平面（Plane）上，并相对参考点 （Reference point）为指定H、V坐标值的点。 (4) 曲面上的点（On surface）：它用于生成位于指定曲面（Surface）上，并在指定方向 （Direction）上与参考点相距指定距离（Distance）的点。

7. (5)圆心点\球心\椭圆中心点（Circle\Sphere\Ellipse center）：它用于生成所选择圆（Circle） 的圆心点。 (6)曲线的切点（Tangent on curve）：它用于生成指定曲线（Curve）在指定方向（Direction） 上的切点。 (7)中间点（Between）：它用于生成位于指定两点（Point1、Point2）之间，在指定比例上 （Ratio）的点。其中，比例值（Ratio）为第一点到生成点之间的距离除以第一点到第二点 之间距离。

8. 2、创建多点和平面（Points and Planes Repetition） 该功能用于一次生成多个点，如果选中Create normal planes also选项，还可一次生成多个平面。 （1）点击Points and Planes Repetition工具条或菜单，出现如下对话框： （2）选择一条曲线或曲线上一点。 （3）输入要创建的点数（Instances）。如果选中With end points选项，则两个边界点分别是第一个 实例和最后一个实例。 （4）如果在第二步中选择的是一条曲线，则生成曲线的等距点。如果在第二步中选择的是曲线上一点， 则显示一个箭头，表示生成从指定点到箭头对应的曲线端点间的等距点，可以编辑箭头的方向。 （5）如果在第二步中选择的是曲线上一点，还可以选择第二点（Second point），以生成两点间的等距点。 （6）如果在第二步中选择的是曲线上一点，则可以选择“参数（Parameters）”选项中的“Instances & spacing” 项，这样就可以输入两点的间距（Spacing），用点数（Instances）和间距（Spacing）来生成点组。 （7）可以选中Create normal planes also选项，以生成曲线所在点处的法平面。 （8）如果选中Create in a new Open Body选项，则生成的元素放到一个新的Open Body中。

9. 2、创建极值元素（Extremum） 该功能用于在一个曲线、曲面或凸台上，在指定方向的最大或最小距离的位置上创建一个极值元素，它可以是一个点、一条边界，也可以是一个面 。 • 如果选择的元素（Element）是一条曲线，则在指定方向上生成极值点，即在曲线上，指定方向上 　的最大或最小坐标点。 • 如果选择的元素为一个曲面，则根据指定的方向（可以指定其它两个方向），可能会生成一个 　点或一条边界线。 • 如果选择的元素为一个实体，则根据指定的方向（可以指定其它两个方向），可能会生成一个点、 　一条边界线、或一个面。

10. 3、创建极坐标极值元素（Polar Extremum） 　　极坐标极值元素（Polar extremum）是平面曲线上的一个在指定方向上的极坐标的极值点。图3-7为其对话框，其中Contour是指极值元素所在的曲线，Support是指Contour所在的面，在Axis部分用来指定极坐标的坐标原点（Origin）及参考方向（Reference direction）。用些功能可以创建以下四种类型（Type）的极坐标极值元素：

11. 4、直线(Line) 　　在CATIA V5中提供了多种生成直线的方法。如果指定支撑面，最后生成的直线会被投影到支撑面上。 (1)通过两点生成直线（Point-Point）：该方法用于生成两点（Point1、Point2）间的直线。 选了曲面作为Support面时，曲面会投影到曲面上

12. (2)通过点和方向生成直线（Point-Direction）：该方法用于生成通过一点（Point）并与(2)通过点和方向生成直线（Point-Direction）：该方法用于生成通过一点（Point）并与 指定方向（Direction）平行的直线。 选了曲面作为Support面时，曲面会投影到曲面上

13. (3)生成与一曲线成一定角度的直线（Angle/Normal to Curve）：该方法用于生成通过一点 （Point），并与一指定曲线（Curve）成一定角度（Angle）的直线。当指定角度为90度时， 所生成的直线垂直于指定的曲线。

14. (4)曲线的切线（Tangent to Curve）：该方法用于生成曲线（Curve）的切线。其中，如果所 选的Element2为一点，则所生成的切线通过该点；如果Element2为一曲线，则所生成的切线 还与该曲线相切。 Mono-Tangent类型 BiTangent类型

15. (5)曲面法线（Normal to Surface）：该方法用于生成过曲面上一点（Point），并与曲面 （Surface）垂直的直线。 (6) 角分线（Bisecting）：该方法用于生成两直线（Line1、Line2）之间的角分线。其中， Point为所生成的角分线上一点。

16. 5、轴线定义（Axis Definition） 　　该功能用来生成回转曲面的回转轴线

17. 6、折线（Polyline） 　　所谓折线是指由多条首尾相连的直线组成的直线段组，在相邻两直线之间可以倒角。它对创建管道之类的柱圆很有帮助。 • 　点击Polyline工具条或菜单Insert->Wireframe->Polyline。 • 　选择组成折线的点，可以通过对话框右侧的按钮编辑点。 • 　可以对除端点外的所有点添加倒角半径，方法是在列表中选择要添加倒角的点，在Radius 　　域中输入倒角半径。 • 　可以按Apply按钮，预览结果。 • 　按OK按钮，生成折线。

18. 7、平面(Plane) 　在CATIA V5中提供了以下几种生成平面的方法： (1)创建偏移平面（Offset from Plane）：该方法用于生成一个与参考平面（Reference）平行， 并相距一定距离（Offset）的平面。 选中Repeat object after Ok选项时显示“对象复制 (Object Repetition)”对话框，在按“确定 (OK)”前键入要创建的示例数目。

19. (2)创建过点且平行于参考平面的平面（Parallel through Point）：该方法用于生成通过 一点（Point），并与参考平面（Reference）平行的平面。 (3)创建与参考平面成一定角度的平面（Angle/Normal to Plane）：该方法用于生成过某一 转动轴（Rotation Axis）且与参考平面（Reference）成指定角度（Angle）的平面。如指定 角度为零度，则待生成平面与参考平面平行；如指定角度为90度，则待生成平面与参考平面垂直。 (4)过三点创建平面（Through Three Points）：该方法用于生成同时通过不在一条直线上的 三个点（Point1、Point2、Point3）的平面。

20. (5)过两共面直线创建平面（Through two lines）：该方法用于生成同时通过两条共面直线 （Line1、Line2）的平面 • 　如果这两条直线不处于同一个平面内，则第二条直线的向量将被移动到第一条直线 • 　　　的位置以定义平面的第二方向。 • 　选中“禁止非共面直线 (Forbid non coplanar lines)”以指定两条直线必须在同一个平面中。 (6)过一点和一直线创建平面（Through point and line）：该方法用于生成同时通过一 点（Point）和一条直线（Line）的平面。所选的点必须不能位于所选直线或直线的延长线 上，否则无解。

21. (7)创建平面曲线所在的平面（Through planar curve）：该方法用于生成平面曲线（Curve） 所在的平面。 (8)创建平面曲线所在的平面（Through planar curve）：该方法用于生成平面曲线（Curve） 所在的平面。 (9)创建曲面的切平面（Tangent to Surface）：该方法用于生成通过一点（Point）， 并与所选曲面（Surface）相切的平面。

22. (10)利用公式创建平面：该方法用于生成公式为AX+BY+CZ=D的平面。其中公式中的A、B、(10)利用公式创建平面：该方法用于生成公式为AX+BY+CZ=D的平面。其中公式中的A、B、 C、D四个参数的数值由用户输入。 (11)创建一组点的拟合平面（Mean through Points）：该方法生成一组点（Points）的拟合 平面。所生成平面是按如下算法完成的：已知点与所生成平面之间距离值的总和为最小

23. 8、投影线（Projection） 该功能用于把几何元素投影到支撑面上，生成投影元素。能够投影的元素有： （1）点，投影到曲面或线框元素上； （2）曲线，投影到曲面上。 （3）多点或多个线框元素投影到曲面上。 • 　（Projection Type） • Normal：沿支撑元素的法矢方向进行投影。 • Along direction：沿所指定的矢量方向进行投影。 如果有多个可能的结果，选择Nearest Solution选项，以保留最近的投影。如是没有选中该项则出现如下对话框供用户选择：

24. 8、混合曲线（Combine） 该功能是通过将两条曲线分别在指定的方向上拉伸而得到的交线 。

25. 8、反射曲线（Reflect Curve） 该功能用于生成曲面的反射曲线，它是由曲面上法矢方向与指定的方向成一定角度的 点所构成的曲线。 • 90度反射线即为该方向上的最大轮廓线！

26. 8、相交元素（Intersection） 该功能用于生成两相交几何体的相交点或相交线。相交几何体可以是线框或曲面。 连续选择两个几何体（线框或曲面）（Element1、Element2），可以多选Elements1，但只 能单选Element2。

27. 选择所生成相交元素的类型：

28. 与非共面线段相交 (Intersect non coplanar line segments)可用于在两条不相交的直线上执行相交。 与非共面线段相交 (Intersect non coplanar line segments)可用于在两条不相交的直线上执行相交。 与非共面线段相交 (Intersect non coplanar line segments)可用于在两条不相交的直线上执行相交。 • 扩展相交的线性支持面　　　　　　　　　　　　　　　可用于扩展第一元素、 • 第二元素或两个元素。 默认情况下，两个选项都未选中。 2）在曲面与曲面相交的情况中，“在第一元素上外插延伸相交 (Extrapolate intersection on first element)”可用于在第一个选定元素上执行外插延伸。在所有其他情况中，该选项被禁用。 3）与非共面线段相交 (Intersect non coplanar line segments)可用于在两条不相交的直线上 执行相交。选中此选项后，也将选中两个“扩展相交的线性支持面 (Extend linear supports for intersection)”选项。

29. 9、平行线（Parallel Curve） 　该功能用于生成参考曲线的平行线 • 平行线的平行模式（Parallel Mode） • 　欧氏模式（Euclidean）：在此模式下，平行线之间的距离是指两线的最短距离。 • 　测地距模式（Geodesic）：在此模式下，平行线之间的距离是指平行线与参考曲线在支撑面上的距离。 • 选择拐角类型（Parallel Corner Type），该选项对曲线出现尖角时有用： • 　尖拐角（Sharp）：平行线考虑到原始参考曲线的角度。 • 　圆拐角（Round）：在原始曲线的尖角处，平行曲线加倒角。

30. 10、3D曲线偏移（3D Curve Offset ) 　该功能创建由参考曲线偏移而得到的 3D 曲线 • 　要平移的参考曲线Curve必须相切连续，并且不可与 偏移方向共线。 • 拔模方向对应于进行拔模的方向，不对应于 3D 曲线的方向。如果选择一个平面作为拔模方向，则后者将垂直于该平面 使用 3D 圆角参数可管理奇点： 半径 (Radius)：如果输入曲线的曲率半径小于偏移值，则将创建用于填充孔的 3D 圆角曲线 张度 (Tension)：需要时用于 3D 圆角曲线 半径为20mm,张度为1的3D曲线偏移 半径为5mm,张度为1的3D曲线偏移

31. 11、圆(Circle) 　　用此功能，既可以生成平面圆，也可以在曲面支撑面（Support）上生成圆在该支撑面上的投影。 (1)定义圆心和圆的半径（Center and Radius）：该方法是通过定义圆心（Center）、半径 （Radius）和支撑面（Support）的方法来定义圆的。 选中Geometry on Support时，圆会投影到Support上

32. （2）定义圆心和圆上一点（Center and point）：该方法是通过定义圆心（Center）、 圆周上一点（point）以及支撑面（support）的方法来定义圆的。 （3）定义圆上两点和圆的半径（Two Points and Radius）：该方法用于生成已知圆上两点 （Point1、Point2）及半径（Radius）的圆。所选择的点应位于支撑面（Support）上，且两 点间距必须小于、等于二倍的半径值。

33. （4）三点圆（three points）：该方法用于生成通过指定三点（Point1、Point2、Point3）的圆。 （5）双切、半径定义圆（Bi-tangent and Radius）：该方法用于生成与所选择的两个元素 （点或曲线）（Element1、Element2）相切的，指定半径值（Radius）的圆。多答案时， 可以在所想生成圆的位置点击左键，以生成所需的圆。

34. （6）双切、点定义圆（Bi-tangent and Point）：该方法用于生成通过一点（Point），并 与所选择的两个元素（点或曲线）（Element1、Element2）相切的圆。 （7）三切圆（Tri-tangent）：该方法用于生成与指定三元素（点或曲线）（Element1、 Element2、Element3）相切的圆。

35. 12、圆角（Corner） 　些功能可以在两曲线之间或点与曲线之间创建圆角。 圆角类型Corner Type有两个选项：(1) Corner On Support；(2) 3D Corner Corner On Support方式创建圆角要求所先择的参考对象和圆角的中心都必须在Support面上，支持面 可以是曲面或平面，其结果是在所选择的Support面上且与输入对象相切的一段圆弧 若选中Corner On Vertex复选框，输入一个参考对象就可以对曲线进行圆角处理。该参考对象可以是 点和线。 • 当输入对象为点时，系统将对距离该点最近的尖角进行圆角处理，此时Trim element1、Trim Element 2仍可使用。

36. 输入的参考对象为一条曲线时，系统将该曲线上的所有尖角都进行圆角处理，并默认修剪输入的参考对象为一条曲线时，系统将该曲线上的所有尖角都进行圆角处理，并默认修剪 掉多余部分，并将曲线合并起来。 3D Corner 此方式可在空间曲线间创建圆角，其结果在所选方向上的投影为一段圆弧。 • 选择两空间曲线，选择一个需要的方向，输入合适的半径。

37. 13、桥接曲线（Connect Curve） 此功能可以在两条已知曲线之间创建一条连接曲线，该工具存在Normal和Base Curve两个选项 Normal方式 在两条曲线上分别选择两点，系统以此作为连接曲线的端点在两曲线之间连接曲线。曲线连接线 的端点会出现一个箭头代表连接曲线的起始方向。 修改张紧度Tension的值可以控制连接曲线的形状。如果需要对原始曲线进行修改，并将 连接曲线与两条原始曲线连接起来，可选中Trim elements复选框

38. Base Curve方式 这种方式下连接曲线的起始方向将和所选择的参考线方向一致。当创建多个具有相同形状的 轮廓线或导引线时，就可以使用Base Curve. Curves to connect Connect Curve Connect Curve Base Curve Used Base Curve Used

39. 14、二次曲线（Conic） 此功能可以多种方式创建二次曲线，二次曲线是由五种约束定义的曲线：起点和终点、 穿越点或切线，而结果曲线是抛物线、双曲线或椭圆的弧。 • Parameter数值框中的数值设定决定二次曲线的数学模型： • Parameter=0.5,所创建的二次曲线为抛物线(Parabola) • Parameter<0.5,所创建的二次曲线为椭圆(Ellipse) • Parameter>0.5,且<1所创建的二次曲线为双曲线(Hyperbola) 切线相交点 (Tgt Intersection Point)：用于直接定义起点切线和终点切线的点，在穿过起（终）点和选定点的虚拟直线上创建这些切线。

40. 15、曲线（Curve） (1)、样条曲线(Spline) 此功能可以通过数个已知点创建光滑曲线。 单击曲线要通过的各点，对话框中会依次显示所选显示所选的点，其排列顺序也是样条曲线经过 这些点的顺序。根据这些输入的数据点，系统会用内插算法求出其控制点。 约束类型(Constrain type): Explicit:表示选择直线或基准平面，使样条曲线在所选点的切线与之平行。 From curve：表示选择一条曲线，使样条曲线在所选点的切线与所选曲线在所选点处的切线平行。

41. (2)、螺旋线（Helix） 此功能可以利用一条轴线和轴线个一点在空间创建螺旋曲线。 经典螺旋线 S 形节距螺旋线 带锥角螺旋线 沿轮廓线的螺旋线

42. (2)、平面螺旋线（Spiral） 此功能可以利用一个中心点，在通过这个点与所选辅助平面平行的平面内他建一条平面 螺旋线。

43. (3)、脊骨曲线（Spine） 此功能可以创建垂直于一系列顺序排列的基准平面或平面曲线的曲线。它是一条辅助线，用于 创建复杂曲线的命令，如扫描(Swept)、多截面曲面(Multi-sections Surface)和倒角(Filleted)等。 此功能有两种创建脊骨曲线的方式，即基于基准平面创建脊骨曲线(Creating a Spine Based on Planes)和基于导引线创建脊骨曲线(Creating a Spine Based on Guiding Curves) • 基于基准平面创建脊骨曲线。选择一组平面（Section/Plane），系统会生成一条与所有平面垂 • 直的脊骨曲线。也可以指定一个开始点（Start Point），如果所选择的开始点不在所选择的平面上， • 系统会自动将其投影到第一个平面上作为脊骨曲线的开始点。 • 基于导引线创建脊骨曲线。选择两条引导线（Guide），系统会自动生成相对应的脊骨曲线。这种 • 脊骨曲线在创建扫描面时非常有用。

44. (4)、等参数曲线（Isoparametric Curve） 此功能用来创建曲面的等参数曲线。 通过在出现的“等参数曲线 (Isoparametric Curve)”对话框中选择“支持面 (Support)” 字段可以更改曲线支持面，然后更改新支持面。 可以使用在创建曲线参数过程中修改参数的方式修改曲线参数。 “已交换的单元 (Swapped Cells)” 在等参数拓展方向从最近的等参数拓展方向交换到最远的等参数拓展方向的位置显示单元。 对于多曲面支持面，此功能很有用

45. (二)、曲面造型功能 (1)、拉伸面(Extrude)和旋转曲面(Revolution) 拉伸面是将一轮廓线（Profile）沿一指定方向拉伸一定距离而得到的曲面。 回转面是指将一轮廓线（Profile）绕一轴线（Axis）转动一定角度而生成的曲面。 Profile Limits Profile Axis of revolution

46. (2)、圆球面(Sphere)和圆柱面(Cylinder) 圆球面功能可以创建圆球或圆球面的一部分。 圆柱面功能可以通过沿给定方向拉伸圆形截面来创建圆柱面。

47. (3)、偏移曲面(Offset) 偏移一个现有曲面或一组曲面来创建一个曲面或一组曲面。它可以是任何类型的曲面，包括通过填充或任何其他操作产生的多补面曲面。 • 多次偏移，可以点选“重复偏移（Repeat object after OK）”选项； • 可以选择Both sides选项，生成以参考曲面为对称面的两个对称偏置曲面。 在偏移出现问题时，“要移除的子元素 (Sub-Elements to remove)”选项卡有助于您进行分析该曲 面能否偏移并移除该曲面。

48. (4)、扫描曲面（Sweep） 该功能用于生成扫描曲面，它是通过平面轮廓线（Profile），沿用户定义的参数（如引导曲线 或参考元素）运动，在轮廓线运动、变化过程中，轮廓线所在的平面始终与脊骨曲线垂直，而生 成的曲面。 在创建扫描曲面时，对所用元素的要求为： • 在构造扫描曲面时，轮廓线（Profile）只能有一条，且必须是平面曲线； • 用一条或两条引导曲线（Guide Curve）控制扫描曲面的生成。引导曲线必须满足至少切矢连续要求；它可以是平面曲线或空间曲线。 • 可定义一个参考曲面来引导和控制扫描曲面； • 可定义一条脊骨曲线（Spine）来控制轮廓线的运动方位，在生成扫描曲面过程中，引导曲线所在的平面始终与脊骨曲线垂直。脊骨曲线必须至少满足切矢连续要求。

49. 可以生成四种轮廓类型（Profile type）的扫描曲面： 显式轮廓类型（Explicit) 该类型要求明确指定扫描曲面的轮廓线。其中，轮廓线不能呈现H型或T型形状。 • 该方式提供以下三种子类型： • (1)使用参考曲面 • (2)使用两条引导曲线 • (3)按拔模方向 使用两条引导曲线 使用参考曲面 按拔模方向

50. 直线轮廓线（Implicit Line）: (1)两极限 在这种情况下，用户需指定两条引导线（Guide curve1、Guide curve2），系统默认将第二条引导线作为扫描曲面的中间曲线。