孙 伟

(安徽机电职业技术学院，安徽 芜湖 240000)

1 A级曲面简介

A级曲面简称A面，A面一词最早由法国达索公司在开发软件CATIA时提出并开始应用的，是指对曲面质量要求较高或有特殊要求的一类曲面。这一较高质量的表面外观特点是曲面外表光顺，在光照反射下曲面应该是光滑的，避免出现突然的凸起或凹陷等缺陷。A面最初在汽车行业中应用，逐渐发展到家用电器、手机、卫生器具等行业上。A面在定义上目前还没有统一的标准，国内各个厂家在设计和检测时有自己的标准，比较流行的一个定义是：相邻曲面间的间隙在0.005mm以下，切率改变在0.16度以下，曲率改变在0.005度以下的曲面，要达到这一要求曲面至少满足G2连续。

2 A级曲面设计要求

2.1 技术要求

曲面的质量要求最终是精细的光学质量要求，以达到良好的视觉效果。用户可以在丰富的灯光条件下获得好和外表效果，这就说明这个数据模型是高质量的。为了达到这个目的，通常使用一些灯光来检查面的连续性和表面的张力。在Catia软件中有一些检测的方法如：斑马线、反射线等都可以作为数据检测的方法。

2.2 数据质量要求

2.2.1 面的分块

(1)面应该有一定的造型效果。

(2)曲面的分块应该将主模型作为一个整体来考虑，面不是由一些小块组合起来变成整体。被分块的曲面以面的边界为边界，整体的思想可保证整个面的和谐统一。建议采用尽可能少的面片，面片采用贝赛尔(Bezier)曲面，曲面作用单段面和低阶面。不要采用非均匀有理样条(Nurbs)曲面。

(3)面的拼接可有多种形式，如Y型、T型或K型拓扑连续的面，也可以很好的处理(图1)。采用这种方式可以使面的数量降到最少。至于如何划分曲面,只能是具体问题具体分析了。通用的原则是：如果曲面有很少的曲率变化，就可以使用一张面来处理，面如果有较大的曲率变化，就要考虑分面了。

图1 各类连续线

2.2.2 半径和过度面

用数字化方法创建过渡面时，尽可能避免在一些过渡面上使用出现呆板的曲率变化或是定曲率的方式，这些呆板的面仅限于在一些不重要的或是不显眼的地方。如即使这些圆角半径大于4 mm，能保证相切连续，但是却不能保证美学的效果。为了保证良好的美学效果采用变曲率的方法。

2.2.3 片体的规则：

模型的片体面的弯曲度和U、V向阶娄最大为7阶。因此，通常面的弯曲度和控制多边形的阶数为8条以上时候是不能通过的。推荐最终面的阶数采用6×6阶。尽量让patch低阶。

3 A面设计实例

下面在CATIA环境中以汽车外后视镜逆向设计为实例讲解一下A面设计的过程。

3.1 数据输入与分析

输入数据包括：

镜壳点云——STL数据；镜片光学曲面——IGS数据；结构工程师做的断面线——IGS数据；底座CAS面——IGS数据。

3.2 设计思路分析

这项工作可以分为3个步骤。首先,根据造型上给出的油泥模型和工程上给出的断面线作出镜壳A面。 然后以设计好的镜壳A面为参照，调整底座突出部分的位置。突出部分要求上表面与Curve1方向平行, 并且在Z轴方向不能底于Curve 2的位置。最后在旋转轴的位置上设计出镜脖子，完成整个后视镜的A面设计，参考图2。

图2 镜壳A面

3.3 切断面线

分别在XYZ方向上,在点云切出间距为10 mm的断面线，这三组断面线形成一个网格状的数据。这个数据是后续A面设计(逆向流程)的最重要基准，参考图3。

图3 断面线

3.4 定义脱模工作平面

根据油泥模型来定义一个最佳的出模方向。一般后视镜的脱模方向为镜壳底面(Suface 1)垂直方向，但是此倒却不可以。从下图中我们可以看出,如果以镜壳底面垂直方向(X1方向)为脱模方向， 则镜壳在方框以外的部分就无法实现脱模。故此，我们将X1方向旋转15度至X2,X2轴就是该后视镜的出模方向，参考图4

图4 后视镜出模方向简图

3.5 制作镜壳底面( Suface 1 )

一般后视镜的底面是平面形式，但是也有球面形式的(与镜面平行) ,在此例中我们采用了前者，参考图5。

图5 底面平面

3.6 确定镜壳下沿边界线 ( LOOP 4 )

求出镜片的边界线Loop1。在镜面上, 把Loop1平移8.0 mm得到Loop2。用Loop2做出一组与X2轴方向成3度的曲面( Suface 2 ) 。Suface 1与Suface 2求交线,得到Loop3。在镜壳底面上,把Loop3平移6.0 mm得到Loop4 。用Loop3和Loop4把Suface 1做裁剪,得到的结果如图6所示。

图6 裁剪

3.7 制作镜壳交线版本

根据第2步做出的网格状断面数据做出交线版本的镜壳如图7，这个步骤是整个A面设计的第一个最主要阶段，A面设计人员的技术水平直接决定了A面质量的高低。在具体设计中，要注意把镜壳最主要的这条交线(Suface -Suface Intersection)修顺畅，镜壳造型面与底面的交线要与Loop 4吻合，参考图7。

图7 造型面

3.8 修改底座交线版本

根据上一步骤做出的镜壳A面位置和工程上给出的断面线 ( Curve1和Curve2 ) ，调整底座突出部分至理想位置，结果如图8所示。

图8 断面线

3.9 制作完整的交线版本

设计镜脖子：以镜壳旋转轴为中心线, 做出一个半径30 mm圆柱面。至此, 后视镜的交线版本A面设计完成。为确保后续工作的有效性，避免不必要的重复性工作,此版本的A面数模必须要经过造型、工程和A面负责人的审核，方可继续进行下一步的A面设计，参考图9。

图9 A面

3.10 倒角版本(即最终版本)

经过确认，造型、工程和A面质量都没有问题后，对交线版本开始做倒角，这是A面设计的第二个最主要阶段。R3以上的倒角要求曲率连续，参考图10。

图10 R3倒角

最后,求出分模线(底座的出模非常复杂,在此不做讨论) 。至此,后视镜的A面设计全部完成。镜壳在模具型腔的分布如图11所示。

图11 铸壳

4 结语

CATIA软件为A面设计中提供了一个广阔的舞台，在汽车设计与制造业中广泛实用，通过这个实例希望能对读者了解A面设计有一定的帮助。