CATIA曲面设计基础与工程实践

曲面设计是CATIA在造型方面非常强大且极具特色的一个模块组，应用于曲线曲面的表达和分析。从某种角度上讲，正是该模块组成就了CATIA在CAD及衍生发展的CAE、CAM领域的领军地位。现代工业产品设计，尤其是外观设计，很多结构是由一系列复杂的空间曲面构成的，这些曲面是由不同曲率空间相互连接而成的，这种连接既要满足结构的要求，又要光滑、平顺、美观、和谐，其技术难度远大于一般实体造型。本书第1版出版以来，深受读者的喜爱。此次再版修订，对书中的技术章节与实例进行了细致的改进，运用更具代表性的示例演示来突出关键命令的技术特点并细化复杂实例的操作过程及步骤。同时，利用音视频信息与互联网技术，在本书全部知识点均配套建设了在线教学资源，通过扫描书中插入的二维码可直达对应内容的视频讲解与电子教案，专业教师辅导随时在你身边。

全书的结构体系和内容设置既便于读者系统地学习CATIA曲面设计，又可满足工程技术人员在实际工作中对设计产品的方法构思和难点结构造型等问题的查询需要。

作为机械工程领域的高端应用软件，CATIA代表了行业的高水平并引领着行业的技术发展。CATIA起源并成名于航空工业，普及于现代制造业，它可以帮助用户完成大到飞机小到螺钉的设计，提供了完备和系统的设计能力。CATIA自引入国内以来，迅速被广大工程技术人员认可和接受，其全面的计算机辅助工程解决方案、丰富的功能模块及系统的体系构架支持从概念起始的设计、模拟、分析、制造、组装、销售直至维护的全部工业流程，极大地提高了产品研发的效率和技术水平。

曲面设计是CATIA在造型方面非常强大且极具特色的一个模块组，从某种角度上讲，正是该模块组成就了CATIA在CAD及衍生发展的CAE、CAM领域的领军地位。该组模块包括自由曲面和创成式外形设计，同其他软件的曲面造型功能相比，无论正向设计还是逆向设计均同样出色，对于非参数曲面修改也更为便捷，产品的曲面流畅性更好。本书以点、线和面由简入繁的方式详细讲解了创成式外形设计和自由曲面设计的命令、操作及应用，并精心选取了具有代表性的实例，为读者提供了在曲面造型过程中涉及的全部造型问题的解决方法，旨在让读者在产品设计过程中能够灵活运用曲面设计中的命令，培养综合设计能力。

针对CATIA曲面设计的技术体系与核心内容，本书共有综述、创成式外形设计、自由曲面、曲线曲面分析及渲染、实例5篇，编排了CATIA曲面设计基础知识、线框创建、曲面创建、曲线曲面编辑、创成式外形设计应用示例、自由曲面基础、自由曲面的编辑、自由曲面应用示例、曲面曲线分析、曲面优化与渲染10个技术章节，以及玩偶、复古式电话机、铧式犁、汽车车身、飞机机体等能充分体现CATIA曲面设计强大功能及代表性应用领域的5个技术实例章节，基础训练与能力提高并重，力求系统和全面地表述CATIA曲面设计的相关内容。主体章节围绕具体功能图标撰写了详细的操作步骤，并辅以示例、实例强化认知，同时也将作者在教学与工程实践过程中积累的经验和技巧融入其中，以使读者能够快速达到熟练、准确、规范、灵活、高效地运用CATIA曲面设计模块进行工业产品设计的目标。

利用音视频信息与互联网技术，本书全部知识点均配套建设了在线教学资源，通过扫描书中插入的二维码直达对应内容的视频讲解与电子教案，专业教师辅导随时在你身边。

由于时间及水平所限，作者虽勤勉谨慎，纰漏与不当之处仍在所难免，恳请读者能够谅解并予以指正，也希望能籍此书为载体与广大机械工程领域的读者就更广义的3D-CAD技术应用进行交流与合作。

全书实例与示例均提供配套练习模型，关注微信公众号下载资源包。

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作者 于哈尔滨

达索系统作为全球领先的3D技术及3D体验解决方案的领导者，将自身产品定位于行业的高水平并引领技术的发展，正致力于将先进的技术带到中国，与中国的企业和工程师们分享技术进步带来的变革与成就，目前已在中国发展了众多优秀的用户，同时造就了大量的一流人才。

刘宏新教授团队在达索的标志与旗舰品牌CATIA进入中国之初，即开始了CAD、CAE、DMU等模块的工程应用与教学工作，且在基于CATIA个性化、定制化基础上的数字化设计与数字资源管理领域的科学研究亦颇有建树，积累了丰富的经验与成果。2012年起与中国机械工程领域和自然科学领域最负盛名的图书出版发行机构机械工业出版社、科学出版社签署协议，将团队多年在CATIA的应用、教学、科研过程中积累的讲义、资料、模型等进行整理与完善，出版了系列图书与教材，以期为广大读者与用户更好地学习和使用CATIA提供帮助与指导。

该系列丛书基础训练与能力提高兼顾，注重工程运用，强调技巧与效率，系统而全面。籍此为媒介，达索系统必将进一步加快推广其卓越的3D技术，为中国的企业和工程师提供一个可持续创新的3D体验平台，使虚拟世界与现实世界之间有效互动。同时，运用达索系统领先世界的产品生命周期管理（PLM）体系，为产品的设计、生产和服务开辟新的途径，为业界输送更多符合时代需求的高级人才，促进产业创新、提升业务优势、改善世界，创造财富。

注：作序者是达索系统大中华区总裁张鹰先生。

特此，谨向张鹰先生和达索为中国工程师带来领先世界的技术解决方案，以及在该领域人才培养方面给予的支持与帮助表示衷心的感谢。

序

前言

第1篇 综 述1

第1章 CATIA曲面设计基础知识1

1．1 CATIA及其曲面设计模块组1

1．2 曲面基本成形方法2

1．3 曲面基本编辑方法4

1．4 CATIA曲面设计工作台5

1．4．1 创成式外形设计5

1．4．2 自由曲面7

1．4．3 相关工作台8

1．5 CATIA曲面设计的一般过程8

第2篇 创成式外形设计10

第2章 线框创建10

2．1 线框工具栏10

2．2 点创建10

2．2．1 一般点创建10

2．2．2 点面复制17

2．2．3 端点18

2．2．4 端点坐标19

2．3 线创建20

2．3．1 直线和轴线20

2．3．2 圆和圆角31

2．3．3 曲线44

2．3．4 投影和混合51

2．3．5 相交54

2．3．6 平行曲线创建56

2．3．7 3D曲线的偏移57

2．4 平面创建58

2．4．1 偏移平面58

2．4．2 平行通过点59

2．4．3 与平面成一定角度或垂直60

2．4．4 通过三个点61

2．4．5 通过两条直线62

2．4．6 通过点和直线63

2．4．7 通过平面曲线64

2．4．8 曲线的法线65

2．4．9 曲面的切线65

2．4．10 方程式66

2．4．11 平均通过点67

第3章 曲面创建69

3．1 一般曲面创建69

3．1．1 拉伸69

3．1．2 旋转70

3．1．3 球面71

3．1．4 圆柱面73

3．1．5 偏移74

3．1．6 可变偏移75

3．1．7 粗略偏移77

3．2 扫掠曲面78

3．2．1 显示扫掠78

3．2．2 直线扫掠81

3．2．3 圆式扫掠92

3．2．4 二次曲线式扫掠101

3．2．5 适应性扫掠107

3．3 复杂曲面创建108

3．3．1 填充109

3．3．2 多截面曲面110

3．3．3 桥接112

第4章 曲面曲线编辑114

4．1 基本编辑114

4．1．1 接合和修复114

4．1．2 分割和修剪123

4．1．3 提取126

4．1．4 圆角130

4．1．5 变换142

4．1．6 外推151

4．2 曲面特征编辑154

4．2．1 分割155

4．2．2 厚曲面156

4．2．3 封闭曲面157

4．2．4 缝合曲面158

4．3 已展开外形159

4．3．1 曲面展开159

4．3．2 转移161

4．3．3 曲线展开162

4．4 BIW样板164

4．4．1 交接曲面164

4．4．2 拔模凹面165

4．4．3 孔特征166

4．4．4 对应轮缘168

4．4．5 滴面170

第5章 创成式外形设计应用示例172

5．1 电视机172

5．1．1 模型介绍及分析172

5．1．2 模型制作172

5．2 风扇叶片178

5．2．1 模型介绍及分析178

5．2．2 模型制作179

5．3 剃须刀185

5．3．1 模型介绍及分析185

5．3．2 模型制作185

第3篇 自由曲面195

第6章 自由曲面基础195

6．1 曲线创建195

6．1．1 3D曲线195

6．1．2 在曲面上创建曲线197

6．1．3 等参数曲线198

6．1．4 曲线投影199

6．1．5 曲线桥接200

6．1．6 曲线圆角201

6．1．7 曲线匹配202

6．2 曲面创建203

6．2．1 创建缀面203

6．2．2 拉伸曲面205

6．2．3 旋转曲面206

6．2．4 偏移曲面206

6．2．5 外插延伸208

6．2．6 桥接曲面209

6．2．7 样式圆角210

6．2．8 填充213

6．2．9 自由填充214

6．2．10 网状曲面215

6．2．11 样式扫掠216

第7章 自由曲面的编辑218

7．1 曲面操作218

7．1．1 中断曲面或曲线218

7．1．2 取消修剪220

7．1．3 连接221

7．1．4 分割222

7．1．5 转换223

7．1．6 复制几何参数224

7．2 形状修改225

7．2．1 对称225

7．2．2 控制点225

7．2．3 匹配曲面227

7．2．4 外形拟合230

7．2．5 全局变形230

7．2．6 扩展231

第8章 自由曲面应用示例233

8．1 笔夹233

8．1．1 模型介绍及分析233

8．1．2 模型制作233

8．2 电吹风239

8．2．1 模型介绍及分析239

8．2．2 模型制作240

第4篇 曲线曲面分析及渲染247

第9章 曲线曲面分析247

9．1 曲线的分析247

9．1．1 曲线的曲率分析247

9．1．2 曲线的连续性分析248

9．2 曲面的分析251

9．2．1 曲面的曲率分析251

9．2．2 曲面的连续性分析253

9．2．3 曲面的拔模分析253

9．2．4 曲面的距离分析255

9．2．5 切除面分析258

9．2．6 反射线分析260

9．2．7 衍射线分析262

9．2．8 强调线分析262

9．2．9 映射分析263

9．2．10 等照度线映射分析264

第10章 曲面优化与渲染267

10．1 曲面优化267

10．1．1 凹凸267

10．1．2 包裹曲线269

10．1．3 包裹曲面270

10．1．4 外形渐变272

10．1．5 自动圆角274

10．2 曲面渲染275

10．2．1 应用材料276

10．2．2 场景编辑器276

10．2．3 制作动画282

10．3 飞机渲染示例284

第5篇 实 例287

第11章 玩偶287

11．1 实例分析287

11．2 躯干及眼部287

11．2．1 躯干287

11．2．2 眼睛288

11．2．3 眼镜290

11．3 衣服292

11．4 四肢294

11．4．1 腿和脚294

11．4．2 手臂297

11．4．3 手298

11．5 嘴部和头发299

11．5．1 嘴部299

11．5．2 头发300

第12章 复古式电话机302

12．1 实例分析302

12．2 话机机身302

12．2．1 机身底座302

12．2．2 机身主体303

12．2．3 话筒支架305

12．3 话筒309

12．4 装饰313

12．5 拨盘316

12．6 话筒连接线321

第13章 铧式犁325

13．1 实例分析325

13．2 犁架325

13．3 耕深调节机构327

13．3．1 固定连接装置328

13．3．2 限深轮部分329

13．4 犁体332

13．5 悬挂机构339

第14章 汽车车身344

14．1 实例分析344

14．2 整体外形344

14．2．1 基础线框和曲面的创建344

14．2．2 车身曲面353

14．3 车头和车尾修饰362

14．3．1 车头362

14．3．2 车尾366

14．3．3 前车灯和前盖修饰368

14．4 车轮拱板372

14．5 棚顶修饰和气栅的创建372

14．5．1 汽车棚顶372

14．5．2 气栅375

14．6 车门及车窗的创建和修饰378

14．6．1 车门创建378

14．6．2 车窗修饰379

14．7 车灯和进气格栅380

14．8 车轮382

14．9 后视镜385

14．10 汽车尾翼385

第15章 飞机机体391

15．1 实例分析391

15．2 机头391

15．3 机身394

15．4 机翼397

15．5 发动机401

15．5．1 内侧发动机401

15．5．2 外侧发动机404

15．6 尾翼405

15．6．1 水平尾翼405

15．6．2 垂尾407

15．7 舷窗和舱门408