CATIA三维参数化建模技术及其应用

王永岗， 杨利杰

（长治清华机械厂，山西长治046012）

CATIA三维参数化建模技术及其应用

王永岗， 杨利杰

（长治清华机械厂，山西长治046012）

介绍了三维参数化建模技术，阐述了CATIA的三维参数化建模方法。利用一个应用实例，详细介绍了针对系列化产品在CATIA中的三维参数化建模过程。实例证明，利用表格数据驱动模型的方法，可以有效地提高系列化产品设计的质量和效率。

CATIA；参数化建模

0 引言

CATIA V5是法国达索系统公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，在世界CAD/CAE/CAM领域处于领导地位。CATIA被广泛应用于航空航天、汽车、造船、电子设备、消费品行业。作为一个完全集成化的软件系统，CATIA将机械设计、工程分析、数字化仿真及数控加工整合在一个系统中，为用户提供了一个无纸化的工作环境，能够缩短设计生产时间、提高加工质量、降低成本。CATIA提供了极为强大的三维参数化建模功能，在其可视化环境下，设计人员能够高速高效地完成极为复杂的三维参数化建模工作。

1 CATIA参数化建模技术

1.1 参数化建模技术介绍

传统的CAD技术采用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一个元素都有确定的位置，如果要进行修改则需要删除原有几何元素并重新绘制。而在设计过程中，多次反复修改是不可避免的，如果反复地重新绘制会极大地影响设计效率。参数化建模技术可以使得产品设计利用相关参数的修改和使用环境的变化而自动改变，因而可以极大地提高建模的效率。

参数化设计的目的是通过尺寸驱动方式在设计或绘图状态下灵活的修改图形，方便设计过程，提高设计效率。参数化设计通常是指软件设计者为图形设计及修改提供一个软件环境，工程技术人员在这个环境下所绘制的任意图形可以被参数化，修改图中的任一尺寸，均可实现尺寸驱动，引起相关图形的改变。同时，系统一般还预先设置了一些常用的几何图形约束，提供设计者在设计时使用。参数化设计的主要技术特点是：基于特征，全尺寸约束，尺寸驱动设计修改和全数据相关。

参数化技术特别适用于相对稳定、成熟的零配件和系列化产品行业。此外参数化设计还能较好地支持类比设计和变形设计，即在原有产品或零件的基础上只需要改变一些关键尺寸就可以得到新的系列化设计结果。如模具制造行业，模具除了零件成形部位外，其他零部件的形状改变很少，通常只需要采用类比设计或改变一些关键尺寸就可以得到新的系列化设计结果。

1.2 CATIA参数化建模方法

1.2.1 系统参数与尺寸约束驱动图形

CATIA V5具有完善的系统参数自动提取功能，设计人员在建模过程中的所有操作，系统都会做出记录。这些详细记录，可以在CATIA的模型树中找到相应的信息。各种定位的数值会作为系统参数进行记录，即使没有通过添加约束，在建模完成后，也可以在模型树中进行修改而驱动模型的改变。这种方法在一般的三维建模设计软件中，常常是无法做到的；它们往往需要将这些定位数值利用尺寸约束的方式，才能形成参数进而驱动模型。

尺寸约束即把设计人员输入的特征参数保存起来，并且在此后的设计中可视化地对它进行修改，从而达到最直接的参数驱动建模的目的。尺寸驱动是参数驱动的基础，尺寸约束是实现尺寸驱动的前提。尺寸约束将形状与尺寸联系起来，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。参数化设计时，不可过约束（多注尺寸），也不宜欠约束（少注尺寸），应尽量以全约束（完整尺寸）的方式进行设计。图形完全约束后，其尺寸和位置关系才能协同变化，系统会直接将尺寸约束转化为系统参数。这样才能实现理想的参数化驱动的模型。

图1 某系列拉索示意图

表1 某系列拉索参数表

1.2.2 用户参数和公式驱动图形

除了系统参数，CATIA V5中用户还可以添加自定义参数。利用用户自定义参数和格式工具，设计人员能够轻松地定制其所需的各种参数及参数间的关系。这里的参数可以是几何参数（如长度、角度等）、物理参数（如材料、质量、密度、温度等）、无量纲参数（如整数）、布尔参数以及字符串参数等等。利用公式可以实现各种参数间的联动，添加参数间的各种关系。在用户参数定义后，要实现对模型的驱动，必须将用户参数与系统参数利用公式建立起恰当的关系，通过驱动系统参数间接来驱动模型。因此用户参数与公式是不可分开的，否则便毫无意义。

1.2.3 表格数据驱动图形

对于系列化产品（例如多数的标准件和通用件），这类模型往往具有相同的拓扑关系，只是部分尺寸有所不同，这些关键尺寸都可通过表格查找获得。CATIA V5中提供了将参数与表格数据关联的功能，利用该功能可以实现表格数据与模型的实时联动。首先将与模型有关的数据以表格的形式存放在相应的文件中，再利用“设计表”工具将模型的参数（可以是系统参数也可以是用户参数）与表格中的数据关联起来，在“设计表”工具中通过选择不同的数据就可实现对模型的驱动。该方法可以使用的图表文件格式可以是文本格式或Exel表格文件。

2 应用实例

图1所示为某系列高应力幅拉索示意图，该拉索为两端叉耳式。表1中为该系列拉索各型号产品对应的各关键尺寸数值，通过该表我们即可了解对应产品模型的关键尺寸信息。下文将以某系列拉索为例，介绍CATIA参数化建模技术的应用。

通过分析可知，参数化技术特别适用于那些相当稳定、成熟的零配件和系列化产品行业，由于已经提供了该系列产品的各型号关键尺寸信息，我们可以考虑使用表格数据驱动图形的方法，创建参数化的模型，具体操作方法如下。

2.1 创建实体模型

CATIA模型的文档类型分为part和product，分别代表零件和部件，这里选用零件来进行创建。使用表格数据驱动图形的方法，需要首先创建一个基础模型。分析示意图可知，该模型可以采用以拉伸和旋转体两个方法为基础进行创建。叉耳、销轴、成品索采用拉伸方法；锚具和密封筒有部分变截面，故采用旋转体方法创建；另外叉耳还需打孔及倒角的方法创建销轴孔和端部倒角。

按型号OVM.ST15-2所给出的参数创建一个实体模型，由于该模型为对称结构，因此可创建出一半，再镜像得到完整模型。

图2 拉索OVM.ST15-2实体模型

2.2 创建参数

为了与所提供的参数表中的参数保持一致，因而采用添加自定义的用户参数（如图3所示，用户参数会显示在模型树的“参数”一栏），需要注意的是添加的用户参数值须与对应参数表中的值一致。用户参数要实现与模型特征的关联，还需将其与建模过程中自动建立的系统参数建立关系。在与模型的系统参数关联后，通过修改用户参数就能够实现对模型的驱动。

图3 模型树中的用户参数

图4 模型树中的参数关系

2.3 创建设计表驱动模型

为使设计表中的参数更直观，采用Exel表格文件创建设计表。利用CATIA的“设计表”命令，选择“使用当前的参数值创建设计表”，插入各个用户参数以及“零件编号”，其中“零件编号”不可漏选，否则生成的设计表无法驱动模型。而且为了与已提供的参数表中数据一致，可将零件属性中的“零件编号”设置为对应的型号“OVM. ST15-2”。最后选择Exel文件的名称和路径即可生成初步的设计表格文件，这时的模型特征已经实现了与Exel表格中数据的实时关联。接下来利用“编辑表”功能打开Exel文件，录入其它型号的相应数据，完成设计表的配置。这时要得到该系列其它型号的模型，只需在“设计表”中将参数配置到对应行，就可自动关联完成驱动后的模型（如图6）。

图5 在设计表中插入参数

图6 配置完成后的参数表

3 结语

本文首先介绍了参数化建模技术，探讨了CATIA实现参数化的建模方法，然后通过工程实例某系列拉索参数化建模的实现过程。从中我们可以发现，参数化建模对于标准件等系列化产品设计可以极大地减轻人们的工作量，提高工作效率，具有非常大的实用价值。另外如果将CATIA的参数化建模技术与其二次开发技术相结合，将会实现更多更复杂的功能，会有更广的应用价值。

［1］ 毛春升.基于CATIA的零件参数化建模技术研究与系统实现［D］.武汉：武汉理工大学，2007.

［2］ 范丽丽，王峰.基于CATIA的液压缸三维标准件库的开发［J］.中国科技信息，2009（6）：99-100.

［3］ 陈靖芯，徐晶，陆国民，等.基于CATIA的三维参数化建模方法及其应用［J］.机械设计，2003，20（8）：48-50.

（编辑启 迪）

Three-dimensional Parametric Modeling Technology and Application Based on CATIA

WANG Yonggang,YANG Lijie
（Changzhi Qinghua Machinery，Changzhi 046012,China）

The three-dimensional parametric modeling technology is described.And the three-dimensional parametric modeling methods based on CATIA are elaborated.Then the instance of an application is described for the serialization of products in CATIA 3D parametric modeling process，which shows that the approach presented can effectively improve the quality and efficiency of the design about serialization of products.

CATIA；parametric modeling

TP 391.7

A

1002－2333（2014）05－0200－03

王永岗（1982—），男，工程师，研究方向为数字化设计、数字化制造等。

2014-02-26