基于CATIA天圆地方参数化展开
作者:李川  单位:华菱星马汽车（集团）有限公司
前言
在通风管道的制造中常用到异形接头，天圆地方接头是异形接头中最常见的一种。为便于加工制造，往往先画出天圆地方的放样图，画放样图的关键就是如何立体展开成平面。传统画展开图的方法一般是计算法和图解法，计算法的精度虽高，但是计算繁琐。而图解法简单，但精度不高。随着生产中引入数字化建模，我们可以利用三维设计软件来进行精确展开，结合参数化可以展开不同形式的天圆地方。本次是利用catia对天圆地方进行参数化展开。
1.构造参数
在进行天圆地方展开之前，我们先构造天圆地方的参数。由于天圆地方有偏心和非偏心形式，为此还得构造偏心参数。图1为天圆地方的三视图，点O为长方形的形心，点P为圆心。以点O为坐标原点，x轴的正向向右建立直角坐标系见图2。参照图1和图2构造的参数见表1。
   
        图1 天圆地方的三视图                  图2 直角坐标系
表1参数列表
参数代号
参数名称
初始数值(mm)
D
圆的直径
100
L
长方形的长度
200
S
长方形的宽度
150
H
天圆地方的高度
100
P1
点P的纵坐标
3
P2
点P的横坐标
2
华菱星马汽车集团
2.创建天圆地方线框
选择【Start 开始】—【Shape 形状】—【Generative Shape Design 创成式曲面设计】进入创成式曲面设计界面，【formulas 公式】命令创建表1中的参数。单击【Line 直线】命令，弹出【Line Definition 定义直线】对话框，【Line type 直线类型】选择【Point-Direction 点和方向】，在【Point 点】的输入框内单击右键，在弹出的关联菜单里面选择【Create Point 创建点】，弹出【Point Definition 定义点】对话框。在x的输入框里面单击右键，在弹出的关联菜单里面选择【Edit formula 编辑公式】，弹出公式编辑对话框，在输入框里面输入L/2，然后单击【OK 确定】。同样的方法y的输入框创建公式S/2，单击【OK 确定】返回【Line Definition 直线定义】对话框。直线的方向选择x轴的负向，【End 结束】创建公式L，单击【OK 确定】完成直线的创建如图3所示。按照这种方法创建长方形的其余的直线边，结果见图4。
 
图3直线边                            图4 长方形
单击【Plane 平面】命令，弹出【Plane Definition定义平面】对话框，【Plane type平面类型】选择【Offset from plane偏移平面】，【Reference参考】选择xy平面，在【Offset 偏移】的输入框里单击右键，在弹出的关联菜单里面选择【Edit formula编辑公式】,在弹出的对话框里面输入H，单击【OK确定】，完成平面的创建如图5所示。
图5 创建平面
单击【Circle圆】命令，弹出【Circle Definition定义圆】对话框，【Circle Limitations 限制圆】选择【Part Arc部分圆弧】，【Start开始】的数值为0，【End结束】的数值为90。在
【Center中心】的输入框里面单击右键，在弹出的关联菜单里面选择【Edit Point编辑点】，弹出【Point Definition定义点】对话框，z坐标创建公式H，x坐标创建公式P2,y坐标创建公式P1，单击【OK确定】返回【Circle Definition 定义圆】对话框。【Support支持】选择上步所创建的平面，【Radius半径】创建半径公式为D/2，单击【OK确定】完成圆弧的创建如图6所示。按照上述方法完成另外三段圆弧的创建，每次为圆的1/4圆弧如图7所示。
       
图6 创建圆弧                          图7创建圆弧
利用【Line直线】命令，分别连接圆弧和直线的端点创建侧面直线如图8所示。
图8 创建侧面直线
3.创建天圆地方曲面
利用【Fill 填充】命令将天圆地方的四个三角形线框进行填充，如图9所示。
图9 填充曲面
利用【Sweep 扫掠】命令将天圆地方的过渡曲面创建出来，在创建的过程中，【Subtype 子类型】选择【With two guide curves使用两条引导线】，【Profile 轮廓】选择圆弧，引导线选择与圆弧相连接的直线。特别注意【Spine 样条线】选择【Guide curve 2 引导线2】，否则会扫掠不出来。利用【Jion 结合】命令，将上述生成的各个曲面结合在一起，最终结果见图10所示。
图10 扫掠曲面
4.展开天圆地方曲面
利用【Line 直线】命令创建一条展开直线作为展开边如图11所示，然后利用【Unfold 展开】命令沿着展开直线将天圆地方展开，得到展开后的曲面如图12所示。
   
  图11 展开直线                      图12天圆地方展开曲面
结论
利用catia软件对天圆地方进行展开，保证了天圆地方的展开精度。同时在进行展开的过程中引入参数化设计思想，通过修改相关参数就能够得到不同形式的天圆地方，避免了重复建模展开，进而提高了工作效率。