3.1　实体特征设计简介

实体特征造型是CATIA三维建模的组成部分，也是用户进行零件设计最常用的建模方法。本节介绍CATIA实体特征设计基本知识和造型方法。

3.1.1　实体特征造型方法

特征是一种用参数驱动的模型，实际上它代表了一个实体或零件的一个组成部分。可将特征组合在一起形成各种零件，还可以将它们添加到装配体中，特征之间可以相互堆砌，也可以相互剪切。在三维特征造型中，基本实体特征是最基本的实体造型特征。基本实体特征是具有工程含义的实体单元，它包括拉伸、旋转、扫描、混合、扫描混合等命令。这些特征在工程设计应用中都有一一对应的对象，因而采用特征设计具有直观、工程性强等特点，同时特征的设计也是三维实体造型的基础。下面简单概述四种特征造型方法。

（1）拉伸实体特征

拉伸实体特征是指沿着与草绘截面垂直的方向添加或去除材料而创建的实体特征。如图3-1所示，将草绘截面沿着箭头方向拉伸后即可获得实体模型。

（2）旋转实体特征

旋转实体特征是指将草绘截面绕指定的旋转轴转一定的角度后所创建的实体特征。将截面绕轴线转任意角度即可生成三维实体图形，如图3-2所示。

（3）扫描实体特征

扫描实体特征的创建原理比拉伸和旋转实体特征更具有一般性，它是通过将草绘截面沿着一定的轨迹（导引线）作扫描处理后，由其轨迹包络线所创建的自由实体特征。如图3-3所示，将草图绘制的轮廓沿着扫描轨迹创建出三维实体特征。

（4）放样特征

放样特征就是将一组草绘截面的顶点顺次相连进而创建的三维实体特征。如图3-4所示，依次连接剖面1、剖面2、剖面3的相应顶点即可获得实体模型。

3.1.2　CATIA零件设计工作台

CATIA V5R21中实体特征设计相关命令集中在【零件设计】工作台下，下面介绍零件设计工作台的相关知识。要创建零件首先要进入零件设计工作台环境中。

【新建零件】对话框相关选项含义如下：

●启动混合设计：在混合设计环境中，用户可以在同一主题下创建线框架和平面，即实现零件工作台和线框和曲面设计工作台的相互切换。

●创建几何图形集：选中该复选框，用户创建了新的零件后，能够立即创建几何图形集合。

●创建有序几何图形集：选中该复选框，用于在创建了新的零件后立即创建有序的几何图形几何。

●不要在启动时显示此对话框：选中该复选框，当用户再次进入零件设计工作台时，不再显示【新建零件】对话框。

3.1.2.1　【零件设计工作台】用户界面

零件设计工作台界面主要包括菜单栏、特征树、图形区、罗盘、工具栏、状态栏，如图3-7所示。

零件设计工作台界面相关组成如下：

●菜单栏：菜单栏位于窗口顶部，包括“开始”“ENOVIA V5 VPM”“文件”“编辑”“视图”“插入”“工具”“窗口”“帮助”等，它包括零件设计工作台所需的所有命令。

●工具栏：位于窗口四周，命令的快捷方式，包括标准、图形属性、工作台、测量、视图等通用工具栏和基于草图特征、变换特征、参考图元、草图编辑器、基于曲面特征、约束等零件设计工具栏。

●图形区：图形区也称为绘图区，是图形文件所在的区域，是供用户进行绘图的平台，它占工作界面的绝大部分，图形区左上侧为特征树，右上侧为罗盘。

●特征树：特征树上列出了所有创建的特征，并且自动以子树关系表示特征之间的父子关系。

●罗盘：罗盘也称为指南针，代表模型的三维空间坐标系，罗盘会随着模型的旋转而旋转，有助于建立空间位置概念。熟练应用罗盘，可方便确定模型的空间位置。

●状态栏：CATIA V5R21的命令指示栏位于用户界面下方，当光标指向某个命令时，该区域中即会显示描述文字，说明命令或按钮代表的含义。右下方为命令行，可以输入命令来执行相应的操作。

3.1.2.2　工具栏命令

利用零件设计工作台中的工具栏命令按钮是启动实体特征命令最方便的方法。CATIA V5R21零件设计工作台常用的工具栏有6个：【基于草图的特征】工具栏、【基于曲面的特征】工具栏、【修饰特征】工具栏、【变换操作】工具栏、【布尔操作】工具栏和【参考元素】工具栏。工具栏显示了常用的工具按钮，单击工具右侧的黑色三角，可展开下一级工具栏。

（1）【基于草图的特征】工具栏

【基于草图的特征】工具栏用于在草图基础上通过拉伸、旋转、扫掠以及多截面实体等方式来创建三维几何体，如图3-8所示。

（2）【修饰特征】工具栏

【修饰特征】工具栏用于在已有基本实体的基础上进行修饰，如倒角、拔模、螺纹等，如图3-9所示。

（3）【基于曲面的特征】工具栏

【基于曲面的特征】工具栏用于利用曲面来创建实体特征，如图3-10所示。

（4）【变换特征】工具栏

【变换特征】工具栏用于对已生成的零件特征进行位置的变换、复制变换（包括镜像和阵列）以及缩放变换等，如图3-11所示。

（5）【布尔操作】工具栏

【布尔操作】工具栏是用于将一个文件中的两个零件体组合到一起，实现添加、移除、相交等运算，如图3-12所示。

（6）【参考元素】工具栏

【参考元素】工具栏用于创建点、直线、平面等基本几何元素，作为其他几何体建构时的参考，如图3-13所示。

3.1.2.3　特征树的应用

特征树在CATIA建模过程中起到重要的应用，具体可总结如下3点。

（1）选择对象

可从特征树中选取要编辑的特征或零件对象，如图3-14所示。当要选择的特征或零件在图形区的模型中不可见时，此方法尤为有用；当要选取的特征和零件在模型中禁止选取时，仍然在特征树中进行选择操作。

（2）启动快捷命令

选中特征树上的特征，单击鼠标右键，可弹出快捷菜单，从中选择所需的特征操作命令，如图3-15所示。

（3）编辑特征

双击特征树上的特征，可重新启动特征创建对话框，用户可根据需要进行修改和编辑，如图3-16所示。

3.1.3　实体特征建模方法

3.1.3.1　轮廓生成实体特征

在机械加工中，为了保证加工结果的准确性，首先需要画出精确的加工轮廓线。与之相对应，在创建三维实体特征时，需要绘制二维草绘剖面，通过该剖面来确定特征的形状和位置，如图3-17所示。

在CATIA中，在草绘平面内绘制的二维图形被称作草绘截面或草绘轮廓。在完成剖（截）面图的创建工作之后，使用拉伸、旋转、扫描、混合以及其他高级方法创建基础实体特征，然后在基础实体特征之上创建孔、圆角、拔模以及壳等放置实体特征。

3.1.3.2　实体特征堆叠创建零件

使用CATIA创建三维实体模型时，实际上是以“搭积木”的方式依次将各种特征添加（实体布尔运算）到已有模型之上，从而构成具有清晰结构的设计结果。图3-18表达了一个十字接头零件的创建过程。

使用CATIA创建零件的过程实际上也是一个反复修改设计结果的过程。CATIA是一个人性化的大型设计软件，其参数化的设计方法为设计者轻松修改设计意图打开了方便之门，使用软件丰富的特征修改工具可以轻松更新设计结果。此外，使用特征复制、特征阵列等工具可以毫不费力地完成特征的批量加工。

3.1.4　实体建模基本流程

以图3-19所示实例为例来说明CATIA建模的基本流程。

（1）零件分析，拟定总体建模思路

三维实体建模的总体思路是：首先对模型结构进行分析，根据各部分的相互依存关系分解为几个部分，依次建立各个部分的基本结构，然后基于基本结构进一步添加各个详细特征，并进行布尔运算使之成为一个完整的模型。

首先对模型结构进行分解，分为以下几个部分：支柱、凸盖、凸台、法兰、支板、筋板、阵列槽、孔等。根据总体结构布局与相互之间的关系，按照从下向上、从左向右的顺序依次创建各个部分，如图3-19所示。

（2）特征创建坚持先主后次（或主次交叉）原则

首先绘制基本实体特征（即零件的主要结构），再应用孔、加强筋成形特征（即孔和加强筋等特征也可交叉进行），最后修饰特征和变换特征，如图3-20所示。

（3）拟订各部分特征创建具体方案

各部分建模方法如表3-1所示。