基于CATIA的A級曲面造型設計過程

孫 偉

(安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖 240000)

1 A級曲面簡介

A級曲面簡稱A面，A面一詞最早由法國達索公司在開發軟件CATIA時提出并開始應用的，是指對曲面質量要求較高或有特殊要求的一類曲面。這一較高質量的表面外觀特點是曲面外表光順，在光照反射下曲面應該是光滑的，避免出現突然的凸起或凹陷等缺陷。A面最初在汽車行業中應用，逐漸發展到家用電器、手機、衛生器具等行業上。A面在定義上目前還沒有統一的標準，國內各個廠家在設計和檢測時有自己的標準，比較流行的一個定義是：相鄰曲面間的間隙在0.005mm以下，切率改變在0.16度以下，曲率改變在0.005度以下的曲面，要達到這一要求曲面至少滿足G2連續。

2 A級曲面設計要求

2.1 技術要求

曲面的質量要求最終是精細的光學質量要求，以達到良好的視覺效果。用戶可以在豐富的燈光條件下獲得好和外表效果，這就說明這個數據模型是高質量的。為了達到這個目的，通常使用一些燈光來檢查面的連續性和表面的張力。在Catia軟件中有一些檢測的方法如：斑馬線、反射線等都可以作為數據檢測的方法。

2.2 數據質量要求

2.2.1 面的分塊

(1)面應該有一定的造型效果。

(2)曲面的分塊應該將主模型作為一個整體來考慮，面不是由一些小塊組合起來變成整體。被分塊的曲面以面的邊界為邊界，整體的思想可保證整個面的和諧統一。建議采用盡可能少的面片，面片采用貝賽爾(Bezier)曲面，曲面作用單段面和低階面。不要采用非均勻有理樣條(Nurbs)曲面。

(3)面的拼接可有多種形式，如Y型、T型或K型拓撲連續的面，也可以很好的處理(圖1)。采用這種方式可以使面的數量降到最少。至于如何劃分曲面,只能是具體問題具體分析了。通用的原則是：如果曲面有很少的曲率變化，就可以使用一張面來處理，面如果有較大的曲率變化，就要考慮分面了。

圖1 各類連續線

2.2.2 半徑和過度面

用數字化方法創建過渡面時，盡可能避免在一些過渡面上使用出現呆板的曲率變化或是定曲率的方式，這些呆板的面僅限于在一些不重要的或是不顯眼的地方。如即使這些圓角半徑大于4 mm，能保證相切連續，但是卻不能保證美學的效果。為了保證良好的美學效果采用變曲率的方法。

2.2.3 片體的規則：

模型的片體面的彎曲度和U、V向階婁最大為7階。因此，通常面的彎曲度和控制多邊形的階數為8條以上時候是不能通過的。推薦最終面的階數采用6×6階。盡量讓patch低階。

3 A面設計實例

下面在CATIA環境中以汽車外后視鏡逆向設計為實例講解一下A面設計的過程。

3.1 數據輸入與分析

輸入數據包括：

鏡殼點云——STL數據；鏡片光學曲面——IGS數據；結構工程師做的斷面線——IGS數據；底座CAS面——IGS數據。

3.2 設計思路分析

這項工作可以分為3個步驟。首先,根據造型上給出的油泥模型和工程上給出的斷面線作出鏡殼A面。 然后以設計好的鏡殼A面為參照，調整底座突出部分的位置。突出部分要求上表面與Curve1方向平行, 并且在Z軸方向不能底于Curve 2的位置。最后在旋轉軸的位置上設計出鏡脖子，完成整個后視鏡的A面設計，參考圖2。

圖2 鏡殼A面

3.3 切斷面線

分別在XYZ方向上,在點云切出間距為10 mm的斷面線，這三組斷面線形成一個網格狀的數據。這個數據是后續A面設計(逆向流程)的最重要基準，參考圖3。

圖3 斷面線

3.4 定義脫模工作平面

根據油泥模型來定義一個最佳的出模方向。一般后視鏡的脫模方向為鏡殼底面(Suface 1)垂直方向，但是此倒卻不可以。從下圖中我們可以看出,如果以鏡殼底面垂直方向(X1方向)為脫模方向， 則鏡殼在方框以外的部分就無法實現脫模。故此，我們將X1方向旋轉15度至X2,X2軸就是該后視鏡的出模方向，參考圖4

圖4 后視鏡出模方向簡圖

3.5 制作鏡殼底面( Suface 1 )

一般后視鏡的底面是平面形式，但是也有球面形式的(與鏡面平行) ,在此例中我們采用了前者，參考圖5。

圖5 底面平面

3.6 確定鏡殼下沿邊界線 ( LOOP 4 )

求出鏡片的邊界線Loop1。在鏡面上, 把Loop1平移8.0 mm得到Loop2。用Loop2做出一組與X2軸方向成3度的曲面( Suface 2 ) 。Suface 1與Suface 2求交線,得到Loop3。在鏡殼底面上,把Loop3平移6.0 mm得到Loop4 。用Loop3和Loop4把Suface 1做裁剪,得到的結果如圖6所示。

圖6 裁剪

3.7 制作鏡殼交線版本

根據第2步做出的網格狀斷面數據做出交線版本的鏡殼如圖7，這個步驟是整個A面設計的第一個最主要階段，A面設計人員的技術水平直接決定了A面質量的高低。在具體設計中，要注意把鏡殼最主要的這條交線(Suface -Suface Intersection)修順暢，鏡殼造型面與底面的交線要與Loop 4吻合，參考圖7。

圖7 造型面

3.8 修改底座交線版本

根據上一步驟做出的鏡殼A面位置和工程上給出的斷面線 ( Curve1和Curve2 ) ，調整底座突出部分至理想位置，結果如圖8所示。

圖8 斷面線

3.9 制作完整的交線版本

設計鏡脖子：以鏡殼旋轉軸為中心線, 做出一個半徑30 mm圓柱面。至此, 后視鏡的交線版本A面設計完成。為確保后續工作的有效性，避免不必要的重復性工作,此版本的A面數模必須要經過造型、工程和A面負責人的審核，方可繼續進行下一步的A面設計，參考圖9。

圖9 A面

3.10 倒角版本(即最終版本)

經過確認，造型、工程和A面質量都沒有問題后，對交線版本開始做倒角，這是A面設計的第二個最主要階段。R3以上的倒角要求曲率連續，參考圖10。

圖10 R3倒角

最后,求出分模線(底座的出模非常復雜,在此不做討論) 。至此,后視鏡的A面設計全部完成。鏡殼在模具型腔的分布如圖11所示。

圖11 鑄殼

4 結語

CATIA軟件為A面設計中提供了一個廣闊的舞臺，在汽車設計與制造業中廣泛實用，通過這個實例希望能對讀者了解A面設計有一定的幫助。