張積強(qiáng)

(中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)03—0089—04

CATIA三維模型曲線剖切應(yīng)用技術(shù)探索

張積強(qiáng)

(中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

針對(duì)水電工程常用的曲面剖切問題，筆者對(duì)Catia軟件功能進(jìn)行了探索，組合應(yīng)用CATIA軟件現(xiàn)有功能，提出了快速、高效地實(shí)現(xiàn)一鍵剖切三維模型、并生成剖切圖的高效化方法，同時(shí)也為Catia軟件中的專業(yè)應(yīng)用和二次開發(fā)提供了一條工作思路。

CATIA;曲線剖切；曲面展開；工程圖;水電工程

1 概 述

CATIA V5的創(chuàng)成式工程繪圖可以高效、直觀地從三維零件和裝配件生成相關(guān)聯(lián)的工程圖紙，包括正視圖、展開視圖、3D視圖、軸測(cè)視圖等。但是水電工程上常用的曲線剖切卻找不到合適的工具，無法直接生成剖切圖。在工程實(shí)踐中，大多數(shù)采用分段離散展開、假尺寸標(biāo)注的方式進(jìn)行，這樣做有2個(gè)不方便之處，一是假尺寸需要人為調(diào)整，二是手工幾乎無法完成，需要二次開發(fā)協(xié)助。筆者經(jīng)過對(duì)CATIA軟件功能特點(diǎn)探索，提出了切實(shí)可行的曲線剖切的解決方案，具有流程清晰、操作簡(jiǎn)單、隨三維模型自動(dòng)更新的特點(diǎn)，還可以據(jù)此進(jìn)行封裝性二次開發(fā)，快速、高效地實(shí)現(xiàn)一鍵剖切，并生成剖切圖。

2 關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過對(duì)CATIA V5功能模塊深入分析，可以發(fā)現(xiàn)，CATIA模塊中已經(jīng)包含了進(jìn)行曲線剖切的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

(1) 實(shí)體分割曲面。在 CATIA“創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)”、“零件設(shè)計(jì)”和“線框與曲面設(shè)計(jì)”模塊中，都包含了功能相近的“分割”功能，分別針對(duì)包絡(luò)體、實(shí)體、曲面進(jìn)行分割操作。如果組合應(yīng)用實(shí)體分割曲面，則可取得曲線剖切的效果，獲得設(shè)計(jì)上需要的曲線剖切面。

(2) 曲面展開。在“創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)”模塊中，有一個(gè)外形展開功能，能將一個(gè)曲面形狀與其對(duì)應(yīng)的平面展開并相互轉(zhuǎn)換。用此功能可生成曲線剖切面的展開圖。

(3) 創(chuàng)成式制圖。利用“工程制圖”模塊中的“正視圖”投圖工具可以將剖切面的展開圖投影生成關(guān)聯(lián)的二維工程圖。

3 操作步驟

(1) 準(zhǔn)備要剖切的實(shí)體和剖切線。這里的實(shí)體只能使用零件設(shè)計(jì)里面的實(shí)體工具所生成的實(shí)體，不能是包絡(luò)體；剖切線只能是平面曲線，最好曲率連續(xù)，如道路中心線、隧洞中心線等，如圖1所示。

圖1 要剖切的實(shí)體和剖切線圖

(2) 將剖切線拉伸成剖切輔助面。剖切輔助面的邊界應(yīng)超出要剖切的實(shí)體，確保完全相交，如圖2所示。

圖2 要剖切的實(shí)體和剖切輔助面圖

(3) 用“分割”命令分割生成剖切面。這里只能選擇“創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)”模塊中的分割命令。為了達(dá)到所需的效果，“要切除的元素”只能是剖切輔助面，“切除元素”只能是要剖切的實(shí)體。通過該方法生成的剖切面如圖3所示。

圖3 曲面分割獲得的剖面圖

(4) 用“展開”工具生成剖切面的展開圖。一般情況下工程中所需的曲線剖切面都比較復(fù)雜，剖切面的孔洞可能比較多，還可能包含一些不可舍棄的、游離狀態(tài)的孤島，需要用從原始模型上抽取一些輔助線，將這些孤島連成一個(gè)曲面。圖4展示了剖切面及其展開圖。

圖4 剖切面及其展開圖

(5) 生成剖切面展開圖的二維工程圖。在CATIA的“工程制圖”模塊中，“展開視圖”工具可以直接用于選擇展開圖生成二維工程圖，但許多情況中，這個(gè)工具可能無法使用，這時(shí)可以使用“正視圖”工具，也能達(dá)到同樣的效果。用“正視圖”工具生成的二維工程圖如圖5所示。

圖5 剖切面的二維工程圖 單位：mm

4 精度對(duì)比

圖6反映了三維模型上剖切痕跡線的長度，圖 7反映了該線在展開的工程圖中的長度，從數(shù)值上可以看出剖切線的長度完全吻合，這說明曲線剖切方法取得的剖切面是精確解，而非近似解。圖 7中的類圓形曲線在不同部位的半徑不同，符合圓被曲線剖切的特點(diǎn)。

圖6 三維模型中剖切痕跡線的長度圖

5 在道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用示例

在某水電工程的道路設(shè)計(jì)中，筆者使用該方法生成道路中心線的立面剖切圖，其三維模型以及據(jù)此生成的道路平面布置圖、道路中心線剖切面的二維工程圖如下圖 8～10所示。

圖7 工程圖中曲線長度圖 單位：mm

圖8 某工程道路三維布置模型圖

圖9 某工程道路平面布置圖

6 編程思路

上述操作步驟實(shí)際上已詳細(xì)說明了編程的思路。在開發(fā)中，建議采用自定義特征方法，將中間過程封裝。在使用時(shí)，用戶僅需指定實(shí)體、剖切線，即可獲得剖切面的二維工程圖。

圖10 某工程道路中心線剖切圖

7 結(jié) 語

CATIA軟件源自于機(jī)械行業(yè)，盡管其功能強(qiáng)大，但與水電行業(yè)的專業(yè)要求還是有不少距離。在實(shí)踐中，一方面需要對(duì)軟件功能進(jìn)行深入研究，盡可能挖掘軟件潛力，功能組合是一個(gè)解決應(yīng)用問題的好辦法；另一方面，需要結(jié)合水電專業(yè)過程特點(diǎn)，進(jìn)行針對(duì)性二次開發(fā)，定制出適合水電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)需要的專業(yè)性工具，甚至設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)、平臺(tái)。

[1] 鄭聲安,王仁坤.基于CATIA V5的水利水電工程三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2] 李斌,宗志堅(jiān),郭莉莉,等.基于CATIA V5R20的水利水電工程三維設(shè)計(jì)應(yīng)用教程[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

Study on Application Technology of Curve Slice of CATIA 3D Model

ZHANG Ji-qiang

(POWERCHINA Xibei Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

Functions of CATIA software are explored for curve surface slice often applied in hydropower engineering. Through the combined application of the existing functions of CATIA software, the high-efficiency method of 3D model sliced by one key and production of slice drawing are realized rapidly and effectively. Meanwhile, one concept of special application and second development of CATIA software is achieved.

CATIA; curve slice; curved surface development; engineering drawing; hydropower engineering

2015-02-102

張積強(qiáng)(1973- ),男,陜西省千陽縣人,工程師,從事水電設(shè)計(jì)研究工作.

TP391.7

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.025