张积强

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)03—0089—04

CATIA三维模型曲线剖切应用技术探索

张积强

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

针对水电工程常用的曲面剖切问题，笔者对Catia软件功能进行了探索，组合应用CATIA软件现有功能，提出了快速、高效地实现一键剖切三维模型、并生成剖切图的高效化方法，同时也为Catia软件中的专业应用和二次开发提供了一条工作思路。

CATIA;曲线剖切；曲面展开；工程图;水电工程

1 概 述

CATIA V5的创成式工程绘图可以高效、直观地从三维零件和装配件生成相关联的工程图纸，包括正视图、展开视图、3D视图、轴测视图等。但是水电工程上常用的曲线剖切却找不到合适的工具，无法直接生成剖切图。在工程实践中，大多数采用分段离散展开、假尺寸标注的方式进行，这样做有2个不方便之处，一是假尺寸需要人为调整，二是手工几乎无法完成，需要二次开发协助。笔者经过对CATIA软件功能特点探索，提出了切实可行的曲线剖切的解决方案，具有流程清晰、操作简单、随三维模型自动更新的特点，还可以据此进行封装性二次开发，快速、高效地实现一键剖切，并生成剖切图。

2 关键技术

经过对CATIA V5功能模块深入分析，可以发现，CATIA模块中已经包含了进行曲线剖切的几个关键技术：

(1) 实体分割曲面。在 CATIA“创成式外形设计”、“零件设计”和“线框与曲面设计”模块中，都包含了功能相近的“分割”功能，分别针对包络体、实体、曲面进行分割操作。如果组合应用实体分割曲面，则可取得曲线剖切的效果，获得设计上需要的曲线剖切面。

(2) 曲面展开。在“创成式外形设计”模块中，有一个外形展开功能，能将一个曲面形状与其对应的平面展开并相互转换。用此功能可生成曲线剖切面的展开图。

(3) 创成式制图。利用“工程制图”模块中的“正视图”投图工具可以将剖切面的展开图投影生成关联的二维工程图。

3 操作步骤

(1) 准备要剖切的实体和剖切线。这里的实体只能使用零件设计里面的实体工具所生成的实体，不能是包络体；剖切线只能是平面曲线，最好曲率连续，如道路中心线、隧洞中心线等，如图1所示。

图1 要剖切的实体和剖切线图

(2) 将剖切线拉伸成剖切辅助面。剖切辅助面的边界应超出要剖切的实体，确保完全相交，如图2所示。

图2 要剖切的实体和剖切辅助面图

(3) 用“分割”命令分割生成剖切面。这里只能选择“创成式外形设计”模块中的分割命令。为了达到所需的效果，“要切除的元素”只能是剖切辅助面，“切除元素”只能是要剖切的实体。通过该方法生成的剖切面如图3所示。

图3 曲面分割获得的剖面图

(4) 用“展开”工具生成剖切面的展开图。一般情况下工程中所需的曲线剖切面都比较复杂，剖切面的孔洞可能比较多，还可能包含一些不可舍弃的、游离状态的孤岛，需要用从原始模型上抽取一些辅助线，将这些孤岛连成一个曲面。图4展示了剖切面及其展开图。

图4 剖切面及其展开图

(5) 生成剖切面展开图的二维工程图。在CATIA的“工程制图”模块中，“展开视图”工具可以直接用于选择展开图生成二维工程图，但许多情况中，这个工具可能无法使用，这时可以使用“正视图”工具，也能达到同样的效果。用“正视图”工具生成的二维工程图如图5所示。

图5 剖切面的二维工程图 单位：mm

4 精度对比

图6反映了三维模型上剖切痕迹线的长度，图 7反映了该线在展开的工程图中的长度，从数值上可以看出剖切线的长度完全吻合，这说明曲线剖切方法取得的剖切面是精确解，而非近似解。图 7中的类圆形曲线在不同部位的半径不同，符合圆被曲线剖切的特点。

图6 三维模型中剖切痕迹线的长度图

5 在道路设计中的应用示例

在某水电工程的道路设计中，笔者使用该方法生成道路中心线的立面剖切图，其三维模型以及据此生成的道路平面布置图、道路中心线剖切面的二维工程图如下图 8～10所示。

图7 工程图中曲线长度图 单位：mm

图8 某工程道路三维布置模型图

图9 某工程道路平面布置图

6 编程思路

上述操作步骤实际上已详细说明了编程的思路。在开发中，建议采用自定义特征方法，将中间过程封装。在使用时，用户仅需指定实体、剖切线，即可获得剖切面的二维工程图。

图10 某工程道路中心线剖切图

7 结 语

CATIA软件源自于机械行业，尽管其功能强大，但与水电行业的专业要求还是有不少距离。在实践中，一方面需要对软件功能进行深入研究，尽可能挖掘软件潜力，功能组合是一个解决应用问题的好办法；另一方面，需要结合水电专业过程特点，进行针对性二次开发，定制出适合水电工程数字化设计需要的专业性工具，甚至设计管理系统、平台。

[1] 郑声安,王仁坤.基于CATIA V5的水利水电工程三维设计基础应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

[2] 李斌,宗志坚,郭莉莉,等.基于CATIA V5R20的水利水电工程三维设计应用教程[M].郑州：黄河水利出版社，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

张积强(1973- ),男,陕西省千阳县人,工程师,从事水电设计研究工作.

TP391.7

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.025