CATIA自由曲面造型——吹风机
CATIA.V5自由曲面设计
第四章 自由风格曲面设计CATIA V5基于修改曲面的特征网格，因此，采用这种方法所构建的曲面具有很高的曲面光顺度和质量，非常适合于诸如汽车外形A 级表面的造型设计等。
该功能模块不仅提供了强有力的曲面生成与修改方法，而且还为曲面之间的匹配、拟合以及外形整体变形等高级编辑修改功能提供了丰富的工具。
CATIA V5的自由风格外形设计由自由风格造型器（FreeStyle Shaper ）、自由风格优化器（FreeStyle Optimizer ）和基于曲线的自由风格造型器（FreeStyle Profile ）组成。
自由风格造型器为生成与修改曲面提供了丰富的手段。
自由风格优化器为曲面的超级拟合和外形整体变形等高级修改功能提供了强有力的建模手段。
4.1 相关的图标菜单CATIA V5的自由风格曲面设计由以下几组图标菜单组组成：曲线生成图标菜单组（Curve Creation ）、曲面生成图标菜单组（Surface Creation ）、外形编辑图标菜单组（Shape Modification ）、几何操作图标菜单组（Operations ）、外形分析图标菜单组（Shape Analysis ）和相关工具图标菜单组（Tools ）。
4.1.1 曲线生成图标菜单组（Curve Creation ）在曲线生成图标菜单组中为用户提供了以下生成三维曲线的工具，用这些工具生成的曲线，既可以用来编辑曲面（如切割曲面等），也可以用来直接生成曲面（如风格扫描曲面等）。
3D Curve 创建三维曲线Curve on Surface 创建位于曲面上的曲线Project Curve 创建投影曲线FreeStyle Blend Curve 创建风格桥接曲线Styling Corner 创建风格拐角Match Curve 创建匹配曲线4.1.2 曲面生成图标菜单组（Surface Creation ）自由风格外形设计模块为用户提供了丰富的生成曲面工具，用这些工具不仅可以方便、快捷地生成简单的平面片、拉伸面、回转面等基本曲面，还可以生成风格扫描面、网格面等复杂曲面。
(CATIA逆向设计基础)第4章自由曲面设计模块
03 Catia自由曲面设计模块 介绍
Catia的自由曲面设计工具
Catia的自由曲面设计工具提供了强大的建模能力，可以创建复杂的曲面和形状，满 足各种设计需求。
该工具集成了多种建模技术，如曲线、曲面和实体建模，使得用户能够灵活地创建 和编辑自由曲面。
用户可以通过交互式界面轻松地调整曲面的形状和参数，实现高效的设计和修改。
曲面质量评估与优化
Catia提供了曲面质量评估工具，可以帮助用户检 查曲面的连续性、几何误差和其他质量指标。
通过分析曲面的质量，用户可以识别和解决潜在 的问题，提高曲面的准确性和美观度。
优化工具可以帮助用户改善曲面的形状、光顺性 和其他属性，提高设计效率和质量。
曲面数据的管理与导
Catia提供了强大的数据管理 功能，允许用户组织和存储曲 面数据，方便后续的编辑和引
Catia软件将进一步集成更 多的设计和分析工具，以 提供更全面的解决方案。
智能化
借助人工智能和机器学习 技术，Catia软件将实现智 能化的设计和优化，提高 设计效率和质量。
云化
Catia软件将加强与云计算 的结合，实现数据共享、 远程协作等功能，提升用 户体验和工作效率。
自由曲面设计的未来应用场景
Catia的自由曲面设计模块提供了多种曲线和曲面的创建、编 辑和分析工具，支持设计师进行复杂曲面造型和优化。同时 ，Catia还支持与其他CAD软件的集成，方便设计师进行数据 交换和协同工作。
02 自由曲面设计基础
曲面几何基础
曲面的定义
曲面是一组点在三维空间中的集合，这些点由连续的参数 曲线定义。曲面可以由一个或多个参数方程表示，其中参 数可以是二维平面上的一个点或角度。
编辑曲面
编辑曲面包括调整曲面的形状、修改曲面的参数方程、分割曲面等操作。 在Catia中，可以使用多种工具来编辑曲面，如移动、旋转、缩放等。
项目七 工业产品造型设计 二、吹风机的产品造型
任务实施
（18）单击“确定”按钮完成放样特征，隐藏所有工作平 面和草图，得到如图7-35所示的曲面造型。
图7-35
任务实施
步骤4. 曲面修剪 （1）单击曲面功能块中的“修剪”按钮，弹出“修剪曲
面”对话框。选择吹风机主体曲面作为“剪切工具”，选 择被剪切的曲面，这时选择的曲面颜色为红色，说明该曲 面是将要被剪掉的部分，如图7-36所示。
图7-33
任务实施
（15）单击“创建二维草图”按钮，选择原始坐标系中的 XZ平面进入草图绘制界面。
（16）绘制草图，注意投影线要改成构造线，如图7-33 所示。完成后退出草图绘制界面。
图7-33
任务实施
（17）单击创建功能块中的“放样”特征，弹出“放样” 对话框。在“输出”区域中选择“曲面”，在“截面”下 拉列表框中单击“单击以添加”，顺序选择圆形界面轮廓， 在“轨道”列表框中单击“单击以添加”，选择两条曲线， 如图7-34所示。
图7-39
任务实施
步骤6. 曲面实体化——灌注 （1）单击曲面功能块中“灌注”按钮，弹出“灌注”对
话框。选择模型上所有的曲面，如图7-40所示。注意：只 有当模型曲面为封闭曲面时，才能使用灌注命令。
图7-40
任务实施
（2）单击“确定”按钮完成灌注，隐藏所有曲面，得到 如图7-41所示实体造型。
（4）投影草图轮廓，完成后退出草图绘制界面。 （5）单击“创建二维草图”按钮，选择原始坐标系中的
XZ平面进入草图绘制界面。
任务实施
（6）绘制如图7-22所示的草图。注意投影线要改成构造 线，完成后退出草图绘制界面。
图7-22
任务实施
（7）单击“创建二维草图”按钮，选择原始坐标系中的 YZ平面进入草图绘制界面。
CATIA自由曲面造型——吹风机
吹风机设计实例本节通过电吹风的造型设计，介绍自由曲面设计的综合应用，如图1所示。
设计流程如图2。
图1图21.1吹筒主体设计（1）在自由曲面设计窗口中新建一个文件。
（2）单击“俯视图”按钮(Top View) ，将当前窗口切换到俯视视图。
（3）单击“空间曲线”(3D Curve)按钮，用控制点的绘制方式，绘制如图3所示的空间曲线。
图3（4）在控制点上单击鼠标右键，在弹出的菜单中单击选项，弹出Turner对话框，调整上面建立的5个控制点的坐标，如图4所示。
图4（5）用拉伸曲面功能，将上面建立的曲线拉伸成为曲面，如图5所示。
图5（6）用控制点编辑功能，对拉伸曲面的控制点进行编辑，注意需要单击辅助工具栏中的阶数按钮，将拉伸方向上的阶数改变为6，如图6所示。
图6（7）单击Control points对话框中的“对称”按钮，用指南针工具栏中的辅助工具，设定拉伸曲面的对称面，如图7所示，在Use thecurrent plane对话框中单击按钮，建立对称平面。
图7（8）选中如图8所示圆圈画出的4个控制点，单击Control points对话框中的和两个按钮，调整控制点的位置如图8所示。
图8（9）按照同样的方法，调整另一端对应的4个控制点的位置，如图9所示。
在Control points对话框中单击OK按钮，完成控制点编辑。
图9（10）再次用控制点编辑功能，如图10所示。
图10用指南针工具栏中的辅助工具，将控制点的拉伸方向改变成为如图10所示的方向。
仍然单击对话框中的和两个按钮，选中所有的控制点，用Tuner对话框移动如图10所示的控制点，调整到图中所示的位置。
（11）将曲面调整到合适的位置后，将对称平面调整到ZX平面上，如图11所示。
将图所示的控制点编辑为如图编辑对话框所示的情况。
图11（12）将指南针移动到上一步中调整的端点上，单击指南针工具栏中的按钮，选择该端点，在单击可以将指南针定位到该点上。
单击按钮，可以将指南针方向定位到X轴上，结果如图12所示。
CATIA逆向设计基础-自由曲面设计模块
5 转换
Converter Wizard
6 复制几何参数
Copy Geometric Parameters
4.3.2 形状修改
对称
扩展 Extend
控制点
单边匹配 Match Surface
全局变形 Global Deformation
外形拟合 Fit to Geometry
4.3.2 形状修改
4.1 曲线创建
曲线投影
4.1 曲线创建
曲线圆角匹配 （基本不用）
曲线匹配（Match Curve）命令可按照定义的连续性，在空间上将一条 曲线连接到另一条曲线上。
4.2 曲面创建（重点）
自由曲面工作台为用户提供了多种曲线创建方法
网状曲面 样式扫略
直线—曲率半径无穷大，曲率为0mm-1； 圆—曲率半径即圆的半径，曲率为半径
的倒数！（均匀一致）
01 Curvature analysis.CATPart
4.4.1 曲线的分析
曲线的连续性分析
G0—分析两曲线/曲面之间的 间隙；(0 mm) G1—分析两曲线/曲面之间的 相切情况；(0°) G2—分析曲线/曲面的曲率; (0，A级曲面应当达到的级别) G3—分析曲线/曲面曲率的变 化率；(0°)
G0：保持位置连续； G1：保持切线连续； G2：保持曲率连续； G3：保持曲率变化率连续。
10Styling R.CATPart
4.2 曲面创建
4.2.9样式圆角
无修剪
1修剪 G0
G2
4.2 曲面创建
• 4.2.10 网状曲面
11Net Surface.CATPart
11 Multi-sections surface.CATPart
CATIAV教程风扇设计之扇叶
第二节风扇第一项风扇之前後盖第二项风扇之心轴与叶片第三项风扇之组立第二项风扇之心轴与叶片一、挤伸成形本体二、挤伸切割中心孔三、绘制曲面四、厚面特徵五、环状阵列扇叶六、挤伸切割七、编修环状阵列八、编修曲面一、挤伸成形本体1. 绘制圆形草图并挤伸成形在工具箱中选择（草图）图示进入草图模式，再选择（圆）图示并绘制一圆，接着点选（尺寸限制）标注草图上所需的尺寸，之後再点选（选择）图示进行尺寸的编修，指定半径为20mm，如下图左所示。
在工具箱中选择（挤伸成形）图示，系统即显示如下图中之对话框，提供挤伸成形之参数设定。
对话框中第一栏接受预设值之Dimension 指定尺寸，第二栏中键入如图中所示。
设定完成之後，系统显示如下图右之挤伸成形圆柱实体。
二、挤伸切割中心孔1. 指定工作平面在工具箱中选择（选择）图示，并以滑鼠左键点选挤伸成形实体底面作为草图平面。
点选之後系统显示该平面之边缘线如下图左，平面涂彩後显示如下图右所示。
2. 绘制圆形草图在工具箱中选择（草图）图示进入草图模式，再选择（圆）图示并绘制一圆，接着点选（尺寸限制）标注草图上所需的尺寸，之後再点选（选择）图示进行尺寸的编修，指定半径为，如下图左所示。
3. 挤伸切割完成草图绘制之後，在工具箱中选择（离开）图示，离开草图模式回到零件设计之实体模组。
再选择（挤伸切割）图示，系统即显示如下图左之对话框，提供挤伸切割之参数设定。
对话框中第一栏接受预设值之Dimension 指定尺寸，第二栏中键入15mm 如图所示。
完成挤伸切割特徵後，形成风扇本体之中心孔如下图中，将其特徵涂彩後显示於下图右。
三、绘制曲面1. 切换至自由曲面模组在模组选单中选择（自由曲面）Free Style 模组，并以（两点平面）图示在XY 面绘制一平面。
绘制平面时分别以滑鼠左键点选平面之对角线两端点，即可完成如下图右之平面。
在XY 面绘制此平面有助於後续做环状阵列，因为只要选取本体两端之圆形平面即可进行阵列，而无须再定义基准轴。
Catia自由曲面及创成式设计命令3
创新是一个民族赖以生存和进步的原动力， 欢迎各位有识之士参观学习，加入到我们的 团队共同发展！
ห้องสมุดไป่ตู้
塑料保险杠具有强度、刚性和装饰性，从安全上 看，汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护 前后车体；从外观上看，可以很自然的与车体结 合在一块，浑然成一体，具有很好的装饰性，成 为装饰轿车外型的重要部件。 另外，为了减少轿 车在发生侧撞事故时对乘员的伤害，在轿车上通 常安装有车门保险杠，以增强车门的防撞冲击力。 这种方法实用、简单，对车身结构的改动不大， 已经普遍推广使用。早在’93深圳国际汽车展览 会上，参展的本田雅阁将一扇车门剖开一部分， 专门露出车门保险杠给观众看，以示其良好的安 全性能。
全球单一品 牌销量最大 的车型 一汽丰田卡 罗拉车身保 险杠画法
保险杠介绍 对汽车或驾驶员在冲撞受力的时候，产生缓 冲的装置 汽车保险杠（防撞梁），位于汽车前方和后方的 大部分区域，表面上被设计于避免车辆外部损坏 对车辆安全系统造成的影响，他们具有在高速撞 击时减少驾乘人员伤害的能力，还在越来越多的 被设计用于行人保护。
现在我们来把它的保险
杠画出来！
Let’s begin!
逆向设计
是相对于正向设计而言的
国内汽车设计目前基本上还处于“逆向设计”阶 段，正向设计能力比较薄弱，在车身造型方面， 普遍的情况是就借鉴其他车型的设计理念，模仿 一些过了专利保护期的技术，模仿的车一般没有 原车型看起来高档，这是表面光顺性的问题，汽 车外形要牵涉空气动力学，审美学等许多领域， 必然要耗费财力和人力的，而逆向设计在外形认 知度和开发成本上都比自主研发有优势，服务于 广大中低消费人群市场。
CATIAV教程风扇设计之扇叶
第二節風扇第一項風扇之前後蓋第二項風扇之心軸與葉片第三項風扇之組立第二項風扇之心軸與葉片一、擠伸成形本體. 、 擠伸切割中心孔三、 繪製曲面四、 厚面特徵 五、 環狀陣列扇葉六、 擠伸切割七、 編修環狀陣列八、 編修曲面 同阳」兮 _____ 於瑋屮冷处泓鸟氏罠丘！* QCAm^ Ju prOMtt CATFr^Xfl刿pl^HTiE yr plane! r PadCiirPaUern i如EmsPawt2Thsk^LTfaceFjrtl (Parti 曲pim1 卜 E ng■ zx plane ftPartBooy'ij^T P^rkPt I逊M ItlmEW £«* £lM g IOOII 知训g 忖构1. 繪製圓形草圖並擠伸成形圖示進行尺寸的編修，指定半徑為 20mm 如下圖左所示。
在工具箱中選擇（擠伸成形）圖示，系統即顯示如下圖中之對話框，提供擠伸成形之參數設定。
對話框中第一欄接受預設值之 Dime nsi 指定尺寸，第二欄中鍵入14.5m 如圖中所示。
設定完成之後，系統顯示如下圖右之擠伸成形圓柱實體1. 指定工作平面（選擇）圖示，並以滑鼠左鍵點選擠伸成形實體底面作為草擠伸成形本體在工具箱中選擇___ （草圖） 圖示進入草圖模式，再選擇 __ （圓） 圖示並繪製 一圓，接著點選 a] （尺寸限制） 標註草圖上所需的尺寸，之後再點選T 阳*Dimension LwiQfthLimit ：在工具箱中選擇 ■ MinoredReverse Diiecton ]Pad O&fifiltoon0 肺此 | 匕釦el |擠伸切割中心孔圖平面。
點選之後系統顯示該平面之邊緣線如下圖左，平面塗彩後顯示如下圖右2. 繪製圓形草圖3. 擠伸切割完成草圖繪製之後，在工具箱中選擇 —（離開）圖示，離開草圖模式回到零件設計之實體模組。
再選擇 —（擠伸切割）圖示，系統即顯示如下圖左之對話框，提供擠伸切割之參數設定。
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吹风机设计实例
本节通过电吹风的造型设计，介绍自由曲面设计的综合应用，如图1所示。
设计流程如图2。
图1
图2
1.1吹筒主体设计
（1）在自由曲面设计窗口中新建一个文件。
（2）单击“俯视图”按钮(Top View) ，将当前窗口切换到俯视视图。
（3）单击“空间曲线”(3D Curve)按钮，用控制点的绘制方式，绘制如图3所示的空间曲线。
图3
（4）在控制点上单击鼠标右键，在弹出的菜单中单击选项，弹出Turner对话框，调整上面建立的5个控制点的坐标，如图4所示。
图4
（5）用拉伸曲面功能，将上面建立的曲线拉伸成为曲面，如图5所示。
图5
（6）用控制点编辑功能，对拉伸曲面的控制点进行编辑，注意需要单
击辅助工具栏中的阶数按钮，将拉伸方向上的阶数改变为6，如
图6所示。
图6
（7）单击Control points对话框中的“对称”按钮，用指南针工具栏中的辅助工具，设定拉伸曲面的对称面，如图7所示，在Use the
current plane对话框中单击按钮，建立对称平面。
图7
（8）选中如图8所示圆圈画出的4个控制点，单击Control points对话框中的和两个按钮，调整控制点的位置如图8所示。
图8
（9）按照同样的方法，调整另一端对应的4个控制点的位置，如图9所示。
在Control points对话框中单击OK按钮，完成控制点编辑。
图9
（10）再次用控制点编辑功能，如图10所示。
图10
用指南针工具栏中的辅助工具，将控制点的拉伸方向改变成为如图10所示
的方向。
仍然单击对话框中的和两个按钮，选中所有的控制点，用Tuner对话框移动如图10所示的控制点，调整到图中所示的位置。
（11）将曲面调整到合适的位置后，将对称平面调整到ZX平面上，如图11所示。
将图所示的控制点编辑为如图编辑对话框所示的情况。
图11
（12）将指南针移动到上一步中调整的端点上，单击指南针工具栏中的
按钮，选择该端点，在单击可以将指南针定位到该点上。
单击
按钮，可以将指南针方向定位到X轴上，结果如图12所示。
选择如图12所示的对称的两条边线。
再Control points对话框中的Project选
项区域中单击按钮，将所选择的两条边线投影到指南针所在的平面上，也就是YZ平面上。
完成投影后，在对话框中单击OK按钮，退出控制点编辑功能。
图12
（13）用拉伸曲面功能，将两条边线沿着指南针的方向向下拉伸任意长度，如图13所示。
图13
（14）用匹配曲面功能，首先选择主体曲面的一条边线，再选择上一步
中生成的拉伸曲面的边线，并将边线的连续性改变为Tangent（相切），
如图14所示。
按照同样的方法建立另一边的匹配。
图14
（15）至此就完成了吹筒主体的设计。
1.2吹筒手柄的设计
（1）单击“后视图”（Back View）按钮，将窗口切换到后视图。
在指南针工具栏中单击按钮，将YZ平面作为当前的工作平面。
用空
间曲线功能，建立如图15所示的两条曲线，两条曲线对应的两个
端点Y坐标相同。
图15
（2）用创成式曲面设计中点复制工具，对图16中鼠标所指的曲线创建5分点（包括端点）。
图16
（3）用空间曲线功能，在上一步建立的5个点中，分别在每两个点上，建立如图17所示的4条曲线。
图17
（4）用桥接曲线功能，在上一步建立的曲线上桥接，如图18所示，曲线之间的连续性选择Curvature。
其他曲线也按照同样的方法进行桥接，结果如图19所示。
图18
图19
（5）用分割功能，将第（4）步中建立的桥接曲线对第（3）步中建立的空间曲线进行裁剪，如图20所示，结果如图21所示。
再用连接功
能，将曲线连接起来。
图20
图21
（6）用点功能建立如图22所示的中点。
图22
（7）将指南针移动到上一步建立的点上。
单击指南针辅助工具栏中的按钮，将YZ平面作为工作平面。
编辑指南针的位置，向上平移30mm。
单击“俯视图”按钮，将窗口切换到俯视状态，如图27所示。
图27
（8）用空间曲线功能，绘制如图28所示的第3条曲线，曲线的两个端点与其他曲线的端点对齐。
图28
（9）用空间曲线功能，建立手柄的轮廓线。
①将手柄的3条曲线的3个端点连接起来，并在控制点上单击鼠标右键，
在弹出的菜单上单击选项，设置建立的曲线与其他曲线保持斜率连续约束，如图29所示。
图29
②在斜率方向上箭头上单击鼠标右键，在弹出的菜单中取消选择
选项，如图30所示。
图30
③再次在斜率箭头上单击鼠标右键，弹出如图31所示的菜单，并单击Edit
选项。
在弹出的Vector Tuner对话框中设置3个斜率方向，如图32所示。
图31
图32
（10）用拉伸曲面功能，将如图33所示的两条曲线，沿着如图中指南针
所示的方向向下拉伸20mm。
也可以用指南针工具栏中的辅助工具，将指南针调整到如图中所示的方向。
图33
（11）用拉伸曲面功能，将手柄的另一条曲线拉伸，如图34所示。
图34
（12）将用于拉伸的3条曲线隐藏。
（13）用扫掠曲面功能，将第（9）步中建立的曲线作为轮廓线，用中间
的拉伸的边线为脊线，用侧面的边线为导引线，建立如图35所示的扫掠曲面。
设置扫略曲面与其他曲面的连续性为相切。
图35
（14）用同样的方法，建立手柄另一侧的拉伸曲面，如图36所示。
图36
（15）将拉伸的侧面隐藏，完成拉伸手柄的设计。
1.3手柄与主体的连接
（1）用曲面上的曲线，在主体曲面上建立如图37所示的曲线。
图37
（2）用分割功能将上一步建立的曲线，将吹筒主体分割，如图38。
图38
（3）把1.2节中建立的手柄的两个曲面转化为NUPBS曲面，再用连接功能，将它们连接起来，如图39所示。
图39
（4）用桥接曲面功能，将主体曲面与手柄曲面桥接起来，选择斜率连续作为连续性约束。