基于CATIA的A級曲面造型設計過程

孫 偉

(安徽機電職業(yè)技術(shù)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(fā)軟件CATIA時提出并開始應用的，是指對曲面質(zhì)量要求較高或有特殊要求的一類曲面。這一較高質(zhì)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(xiàn)突然的凸起或凹陷等缺陷。A面最初在汽車行業(yè)中應用，逐漸發(fā)展到家用電器、手機、衛(wèi)生器具等行業(yè)上。A面在定義上目前還沒有統(tǒng)一的標準，國內(nèi)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(xù)。

2 A級曲面設計要求

2.1 技術(shù)要求

曲面的質(zhì)量要求最終是精細的光學質(zhì)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(shù)據(jù)模型是高質(zhì)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(xù)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(shù)據(jù)檢測的方法。

2.2 數(shù)據(jù)質(zhì)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(tǒng)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(xù)的面，也可以很好的處理(圖1)。采用這種方式可以使面的數(shù)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(xù)線

2.2.2 半徑和過度面

用數(shù)字化方法創(chuàng)建過渡面時，盡可能避免在一些過渡面上使用出現(xiàn)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(xù)，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(guī)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(shù)為8條以上時候是不能通過的。推薦最終面的階數(shù)采用6×6階。盡量讓patch低階。

3 A面設計實例

下面在CATIA環(huán)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(shù)據(jù)輸入與分析

輸入數(shù)據(jù)包括：

鏡殼點云——STL數(shù)據(jù)；鏡片光學曲面——IGS數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)工程師做的斷面線——IGS數(shù)據(jù)；底座CAS面——IGS數(shù)據(jù)。

3.2 設計思路分析

這項工作可以分為3個步驟。首先,根據(jù)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(diào)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(zhuǎn)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(wǎng)格狀的數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)是后續(xù)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(jù)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(xiàn)脫模。故此，我們將X1方向旋轉(zhuǎn)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(jié)果如圖6所示。

圖6 裁剪

3.7 制作鏡殼交線版本

根據(jù)第2步做出的網(wǎng)格狀斷面數(shù)據(jù)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(shù)水平直接決定了A面質(zhì)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(jù)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(diào)整底座突出部分至理想位置，結(jié)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(zhuǎn)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(xù)工作的有效性，避免不必要的重復性工作,此版本的A面數(shù)模必須要經(jīng)過造型、工程和A面負責人的審核，方可繼續(xù)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(jīng)過確認，造型、工程和A面質(zhì)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(xù)，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(jié)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(yè)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。