CATIA建模规定.pdf

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11范围本文件规定了CATIA三维建模的通用要求。

本文件适用于飞机产品零件、组件和部件的三维设计。

2术语和定义本文件采用下列术语和定义。

2.1三维建模（threedimensiondesign）应用三维造型软件（如:

CATIA、UG等）进行三维零件、组件及部件设计的过程。

2.2三维数字模型（threedimensionaldigitalmodel）是指三维实体在计算机内部的以1：

1的比例来几何描述，它记录了实体的点、线、面、体等几何要素及其之间的关系。

2.3CATIA文件（CATIAdocument）用CATIA软件对产品及其零部件进行数字化描述而形成的各类文件，包括后缀名，如：

CATPart、CATProduct、CATDrawing、CAtlog、CATMaterial、CATAnalysis等。

2.4外形数模（lofting/shapedigitalmodel）飞机外形的数字化描述，表达了飞机外形设计所有的信息，作为气动、结构、工装等设计的依据。

2.5实体（solid/body）由CAD软件所生成的三维几何体在CATIAV4中为Solid，在CATIAV5中为Body或partbody。

2.6非实体元素（openbody）非实体元素是指不占有空间的几何元素（也可称为开放性元素），如：

点、线、面等。

2.7零件实体（partbody）由body和openbody组成的实体。

2.8参考形体（referencegeometry）指建模中所需参考的其它模型中的几何图形。

使用CATIA建模时，参考形体的获得可通过发布和引用来实现，且参考形体是参与模型建立的，当相关选项打开时，特别是在关联设计中，他会在结构树上有一个单独的分支（ExternalReference）。

2.9零件特征树specification/partfeaturetree体现零件设计过程及其特征（如：

点、线、面、体等）组成的树状表达形式，反映模型特征之间的相互逻辑关系。

零件特征树包含两部分，一部分是几何特征（如：

点、线、面、体等），另一部分是知识特征，也就是生成零件时，应用的关系、参数（Relation、Parameter）这是CATIAV5特有的。

22.10产品结构树（productstructuretree）产品结构树体现产品组成的树状表达形式，反映产品零组件的装配层次关系。

2.11“污染”模型（corruptmodel）不能正常工作，并会反复引起系统出错的模型。

2.12重复元素（duplicateelements）重复元素是指数学定义与另一元素相同的元素。

2.13刷新（update）对某一数据用最新状态覆盖原数据状态的操作功能。

2.14结构轴线将机身上需要在外形数模中进行表示的主要的受力件结构轴线（长桁、梁等）统称为结构轴线。

2.15结构基准平面飞机上的结构轴线一般均用平面内曲线来表示，将曲线所在的平面定义为结构基准平面。

2.16曲线（Curve）数学点的集合，它是在实线（R1）连通子集上定义的一个连续函数在2维或3维空间中的图像，但不是一个简单的点。

2.17曲面（Surface）数学点的集合，它是在平面（R2）的一个连通子集上定义的连续函数的图像。

2.18自相交（Self-intersect）如果在曲线或曲面域中的一个数学点是在该对象参数范围内至少两个点的图像，且这两个点的一个位于参数范围的内部，则该曲线或曲面是自相交的。

对于顶点、边或面的自相交定义同上。

2.19关联尺寸标注（associativedimensioning）CATIA的一种尺寸标注功能。

它把三维模型的尺寸实体与要标注尺寸的二维几何图形关联起来，可以使所标注的尺寸值随三维模型尺寸实体的改变而自动更新，反之亦然。

与之相反的非相关尺寸标注（non-associativedimensioning）则所标注的尺寸不建立关联，三维模型尺寸实体与二维几何图形关联不发生相互影响。

2.20自动标注尺寸（automaticdimensioning）CATIA的一种尺寸标注功能。

它能够按一定的格式自动排列图形的尺寸，并自动标注尺寸线、箭头和尺寸数字，并且用户可进行调整。

2.21缺省值（default）在CATIA的作业或操作中一个参数所需要的预定值，它由系统自动提供或以此定制文件和定制操作设定，而不是由用户操作确定的。

32.22缺省值选择（defaultselection）CATIA的一种用户化设置功能和特点，它允许用户为设计中的产品预先选定参数。

然后，每次发出的命令都使用这些预先选定了的缺省值参数。

亦可在输入命令时，通过选择不同的参数，设计者能够取代它们。

缺省值选择适用于用户在操作中对各项缺省值参数进行调整。

2.23退化元素（DegenerateElement）退化元素指无法用鼠标选取的元素，无法用来生成新的元素的元素，不能进行UPDATE操作的元素或逻辑错误的元素，零长度直线或长度小于0.001mm的曲线。

2.24DFM面向制造的设计，DesignForManufacture的缩写。

2.25DMU数字样机，DigitalMock-UP的缩写；2.26DPA数字化预装配，DigitalPreAssembly的缩写。

2.27DPD数字化产品定义，DigitalProductDefinition的缩写。

2.28REF参考模型，Reference的缩写。

2.29MDS理论外形曲面（主尺寸表面），MasterDimensionSurface的缩写。

3建模的一般要求3.1建模一般原则a）在正式发出的CATIA模型文件中，模型应具有唯一性和稳定性，不允许有冗余元素存在；b）几何模型应是封闭的，且不应带有额外的线架和曲面，产品模型必须是完整的；c）在正式发出的CATIA模型文件中，产品定义应使用实体（PartBody）；d）一个CATPart模型中只能定义一个零件，一个CATProduct模型中，根据装配隶属关系，可包括多个子组件的CATProduct模型和零件的CATPart的模型，部件和组件中所有零件，应在各自的CATPart模型文件中定义，而且利用CATIA软件本身提供的功能建立数据间的链接关系和引用关系；e）建模过程应充分体现DFM的设计准则，在模型上表达必要的制造相关信息，并尽量提高其工艺性；f）模型的修改应在其生成的工作环境下进行。

3.2建模流程CATIA建模流程见附录A。

43.3环境设置CATIA建模环境设置见附录B。

3.4坐标系在CATIA建模中，可使用三种不同的坐标系：

机体坐标系、辅助坐标系和局部坐标系，所有坐标系应按右手正交系定义。

3.4.1机体坐标系机体坐标系定义为：

原点在机头或某一确定位置点，X轴为构造水平面与机身对称平面的交线，逆航向指向机尾、Y轴垂直向上、Z轴为顺航向指向机体左侧。

在CATIA系统中将机体坐标定义为CATIA的缺省坐标系，机体坐标系见图1。

3.4.2辅助坐标系（auxiliaryaxissystem）辅助坐标系是与飞机机体坐标系相对独立的坐标系，辅助坐标系按需要定义，如：

机翼坐标系、尾翼坐标系等。

辅助坐标系在飞机部件中的定义见图23.4.3局部坐标系（localpartaxissystem）局部坐标系是为方便设计按需要，实现某个零组件的建模而自行定义的坐标系。

一般用于除飞机机翼、平尾和垂尾等大部件以外的机体内部零件、组件的建模。

局部坐标系应建立在垂直相交的基准面、基准线的交点处，若不相交，则应建立在尺寸定义起始点或对设计而言的重要特征处。

表示在机体坐标系内定义局部坐标系的示例见图3。

5图1机体坐标系图2辅助坐标系定义示例6局部坐标系YZAXSIBODYXYXZ图3局部坐标系定义示例3.4.4坐标系的标识3.4.4.1机体坐标系标识机体坐标系为CATIA软件系统的缺省坐标系，不加其他标识。

3.4.4.2辅助坐标系标识辅助坐标系标识由组、部件名称+“坐标系”组成。

如“机翼坐标系”。

3.4.4.3局部坐标系的标识局部坐标系应有明确的标识，标识方法不作规定，由设计员自行确定。

3.4.5坐标系的使用a）在CATIA建模中，飞机机体坐标系采用系统缺省坐标系；b）应尽可能使用飞机机体坐标系完成建模和装配，不宜太多使用辅助坐标系和局部坐标系；c）全机装配应在飞机体坐标系内进行；d）全机坐标系和辅助坐标系由总体室给出。

3.5三维产品模型的组成三维产品模型由三维几何特征和零、组件属性组成。

3.5.1三维几何特征CATIA提供了点、线架、曲面和实体等基本三维几何特征。

a）用点产生直线和曲线，定义位置（如：

表示所有孔和开口位置、基准点位置等）；b）线架用于建立所有曲面的相交线和切线、基准线、零件边界线和草图轮廓线；c）用点和线产生草图与线架；d）曲面用于建立零件的非平面表面；7e）实体用于构建零件三维模型，完整的零件由若干实体组合为复杂实体表示，支持产品DPA，并用于产生相应的二维图样。

3.5.2三维几何特征的表达3.5.2.1点元素a）空间基准点以“X”表示，其余所有的点都以“+”表示；b）若孔轴线垂直于表面，则在孔轴线和表面相交处标注一点，不必给出向量线。

若孔在曲面上或孔轴线不垂直于表面，则在孔轴线和表面相交处标注一点，并给出向量线；c）向量线是孔轴线的一部分，起点在标注点上，长度至少远离表面13mm，如图4所示。

图4用点和向量线定义的孔位置向量线表面上的点3.5.2.2线架元素被分离的CATIA模型其线架元素在分离点必须分开,使用线架元素应满足以下要求：

a）用实线标注边界线；b）用点划线表示基准线；c）元素最简化：

用最简化的形式构建线架。

如：

用一个元素来代替几个分段的元素；d）元素间隙（GAP）：

两个元素连接处允许的最大间隙是0.001mm，见图5；e）重叠：

两个元素连接处允许最大重叠值是0.001mm，见图6；f）过盈：

当两个相连元素的端点位置不重合时就会产生过盈，两元素端点处所允许的最大过盈值是0.001mm；见图7；g）相切：

相切的线架元素相切度必须在0.23之内。

8图5最大间隙图6最大重叠图7过盈3.5.2.3曲面元素a）基准面的定义建立一个用实线型表达的平面，并在零件特征树上将其特征的缺省名改为相应的基准面名称。

b）单个曲面元素1）曲面的幂次数：

用可满足工程设计制造的精度要求、且保证曲面是准确光滑的最低次幂多项式来定义曲面，但在U、V方向上的幂指数不宜超过5。

应尽可能地采用直纹曲面；2）控制曲线：

对非直纹曲面，尽量用低次幂的曲线来生成曲面。

构成控制曲面的各部分应连续、9相切，并且在切点应满足点、斜率和曲率的限制要求；3）PATCH：

用最少的PATCH来生成曲面以满足制造和设计对曲面的准确性和光滑性的要求。

不要为了减少每个曲面中的PATCH的数量而随意分割曲面；4）曲面的法线：

调整曲面，使其法线指向远离零件，法线反向常发生在三边的曲面中，此时可以在曲面的退化点处用小段曲线来代替尖点，使其成为一个四边曲面，见图8。

图8变三边曲面为四边曲面c）相邻曲面元素1）间隙：

曲面间所允许的最大间隙是0.001mm；2）重叠：

曲面间所允许的最大重叠值是0.001mm；3）相切：

相切曲面的相切度应在0.23之内；4）连接：

不应连接制造所用曲面，连接曲面容易造成曲面边界问题，增加了曲面复杂的程度，使其后工序变得困难；5）等参线：

尽可能地使相邻曲面的等参线方向一致。

d）需用曲面的情况1）除特殊限制外，一般用曲面构成零件的非平面表面；2）曲面用于建立实体轮廓，如用一个曲面与其它曲面或平面相交建立零件的边缘线；3）用曲面和线架来建立非规则倒圆；4）用曲面和线架建立倒圆的相交区域模型，可以保留非工艺要求的曲面；5）若必须分割带曲面的模型，在分割的任一模型中尽可能保留完整的曲面。

3.5.2.4实体元素a）不要遮盖以前实体的特征，如：

不应在原开孔的位置上再覆盖一个更大的孔以修订原孔的尺寸及位置；10b）当DPA需要或做装配协调、干涉检查时，零件实体所有的倒角和倒圆都应示出；c）受CATIA功能限制而不能定义的倒角及倒圆可忽略，但倒角或倒圆半径需用一个独立的线或面定义。

3.5.3零、组件属性3.5.3.1零件属性的设置和操作见图9，属性见表1。

3.5.3.2组件、部件的属性设置见图10，属性见表1。

3.5.3.3零、组件属性见表1。

表1零、组件属性表属性描述内容说明件号输入对应的模型编号名称输入对应的模型名称零件版次输入对应的模型版次零、组件类型填写“自制件、成品、标准件、轴承/钢球”零、组件特性填写“关键件、重要件、一般件”材料名称、牌号填写零件模型所用的材料名称和牌号、装配件时填写“装配件”表1零、组件属性表（续）属性描述内容说明材料状态填写模型所用材料状态材料精度等级、规格填写模型所用材料的精度等级、规格材料类型材料标准成熟度填写“25、50、75、100”热处理填写零件的热处理表面处理填写零件的表面处理特种检查填写“X光、磁粉、超声波、渗透”检查毛料尺寸仅零件时填写，填不留工艺余量的毛料展开尺寸，机加件填设计名义尺寸重量填写零、组件的重量（可系统自动生成）零件标记按Q/4AJ8规定填写其它填写补充说明内容设计填写建模者的姓名设计日期填写建模完成日期设计单位填写设计者单位11图9零件属性的建立12图10部件（系统）属性4建模的详细要求4.1模型的简化a）直径小于或等于8mm孔的几何特征可不示出，如需要应示出其中心线；b）与制造有关的一些几何图形，如内/外螺纹，退刀槽等可以省略；c）标准的钣金下陷、型材下陷，其折弯部分可用直纹面代替；d）长桁与飞机蒙皮贴合时，在小范围内允许长桁的贴合面用直纹面代替曲面，但两者的间隙应不得大于0.1mm；e）在不影响飞机气动外形的情况下，允许用直纹面代替双曲面。

采用直纹面代替曲面时，与被替代模型的误差值不得大于0.1mm。

134.2特殊、典型模型的要求4.2.1自身对称零件具有自身对称面的零件要建立完整的零件实体。

4.2.2对称件对称件均应建立各自的三维模型，并用不同的件号标识；4.2.3对称装零件若零件位置在飞机中是对称的，应给出对称平面，在零件特征树上选中该特征，并使用“Properties”功能改写为“对称面”，对称面的定义类似于基准面的定义；4.2.4表格零件在数字化预装配中表格零件应建立各自完整的CATPart零件模型；4.2.5补加工件、派生构型件补加工件、派生构型件的模型应该是完整模型。

4.2.6钣金件在数字化预装配中钣金件零件模型中，不需要给出零件的辅助模型（如展开模型等）；4.2.7铸件在数字化预装配中，铸件模型不需要表达出分模面和拔模角，完全以零件的理论值设计、装配；4.2.8锻件在数字化预装配中，锻件模型不需要表达出分模面和拔模角，完全以零件的理论值设计、装配；4.2.9复合材料零件在数字化预装配中复合材料零件模型应构造其包络实体，以设计的名义尺寸为基础，夹芯设计也须构造其包络实体。

例如：

在结构树中该实体的名称后面注名“（包络）”；4.2.10标准件a）3D标准件主要用于数字化预装配（DPA）中的干涉检查、装配协调、产品拆装等。

标准件应从标准件库中提取，在库未建全时，可按标准件图纸自行建立模型；b）未在三维模型中示出的标准件，应在三维模型上按组件给出质量和重心的估计值，在相应的二维图样上给出标识和数量。

4.2.11成品a）要求成品承制厂提供CATIA成品模型。

b）承制厂不能提供模型由设计员建模4.2.12标准结构要素标准结构要素可从库中提取或在建模时给出，所有的结构要素应在CATIA三维模型上给出其实际位置和形状，并符合相关标准。

144.2.13其它标准的使用和表达系统管路、电缆线束模型中，除表达真实的位置和走向外，应按有关标准的要求，确定其最小转弯半径。

线束应依据标准给出合理的返修余量。

4.3外形建模要求4.3.1外形数模的分类外形数模按用途分为三类：

全机外形数模、部件外形数模和曲面模型。

a）全机外形数模：

构成全机外形的所有曲面的集合；b）部件外形数模：

构成部件外形的曲面的集合，如：

前机身、后机身、进气道、机翼、平尾、垂尾等的外形，每个部分可由若干张曲面组合构成，主要用于飞机零部件的设计；c）曲面模型：

用于构造MDS的基本曲面。

4.3.2模型长度保持模型长度在100m以内，使得MDS在允许的容差之内。

如果模型长度超过100m，应将模型分成二个或更多的模型。

4.3.3曲面建立与分割原则a）曲面片的数量：

用最少的曲面片（patch）来生成以满足工程设计和制造对曲面的准确性和光滑性的要求，不要为了减少每个曲面中的曲面片的数量而分割曲面；b）控制曲线：

对非直纹曲面，用低阶数的曲线来生成曲面的控制曲线。

当控制曲线由多段曲线组成时，则多段曲线间应满足连续性要求，即满足位置、斜率和曲率的限制要求。

在发出CATIA模型前，应尽可能地删除控制曲线；4.3.4曲面分割原则a）用尽可能少的曲面构造外形；b）尽可能不生成三角曲面片，避免在曲面片尖点处发生法矢倒转；c）外形曲面片的划分应便于加工和成形；d）设计分离面、工艺分离面与曲面片的边缘线要尽量错开；e）避免将曲率完全不同的域组合到一张曲面中，应分割曲率差别较大的曲面。

4.3.5结构轴线/基准平面的确定a）结构轴线/基准平面是在总体布置、结构布置、强度要求的共同协调下确定的；b）为保证外形数模的完整性，外形数模上要精确表示出结构设计所用到的结构轴线及基准平面；c）结构轴线能清楚表达三维信息的，可以只给出结构轴线而不给出基准平面，如机身长桁轴线，可只给出长桁轴线，不用再给出长桁所在的结构平面；d）结构轴线不能准确表达三维信息的，在给出结构轴线的基础上需给出基准平面，如机翼154.3.6模型链接要求a）建模中应建立模型间应有的链接关系，模型的链接应通过CATIA提供的“Publication”（发布）功能和相应的工具实现。

对有引用需求的模型数据或要素，应由模型生成者负责实施发布，引用者可在“Publication”（发布）界面中对需引用的模型数据或要素进行选中，并对拟建立的引用关系加以确定。

未经发布的模型数据，仅能建立参考关系；b）参考或引用的模型数据，应在产品结构树中置于“External-References”下，并应注明其原有的命名号；c）模型数据发放前，应检查链接关系是否确定，当需引用的模型数据或要素未被发布时，应向数据的生成者提出发布的请求。

4.4零件建模a）数据最小原则：

即所产生模型的数据量尽量最小；b）工艺性原则：

即建模次序应尽量按照制造工艺进行。

4.5装配件建模4.5.1带有装配变形零部件的建模要求：

a）对于如橡胶材料、海棉材料零部件以及其它弹性或有装配变形的非金属零部件建模，应表达其自由状态的尺寸和形状，允许其在自由状态下产生干涉，但必须保证其在装配情况下不应产生其功能以外干涉；b）管路及线束的卡箍以及其它弹性零件的建模，应在模型中表达其装配状态，但必须在建模方案中考虑其维修时分解成自由状态所需的空间。

4.5.2装配的流程与原则：

a）预装配一般按产品结构的隶属关系进行；b）应在CATIAV5的“AssemblyDesign”模式下实施装配；c）供预装配使用的模型应是精确模型，并应尽量使用已完成的模型；d）应建立预装配基准，并合理选择约束基准；e）装配约束应充分利用同轴（CoincidenceConstraint）、共面（ContactConstraint）等，但不允许产生过约束。

4.6信息结构树4.6.1零件特征树a）一个部件的同类型轴线/基准平面集中放在一个非实体元素集（Open_body）下，并将该非实体元素集用标识说明；b）一个非实体元素集（Open_body）下的同类结构轴线元素不宜过多，否则不利于模型的使用及元素查16找，一般以不超过50个为宜；c）一个部件的同类元素过多，可在一个非实体元素集（Open_body）下，挂几个子非实体元素集，并对所有的非实体元素集用标识说明。

4.6.2产品结构树a）产品结构树应表达完整有效的信息和层次关系；b）零、组、部件均存在的装配模型中，在产品结构树上应分别以其件号标识；c）应将装配模型文件中的产品结构树按装配关系进行整理，以便可从它看出装配层次和关系。

在同一装配层次中，应按件号的大小，从小到大排列模型。

4.7CATIA模型发放状态的要求4.7.1零件、装配件模型的发放状态要求在建立CATIA模型的过程中，会积聚一些不必要的、未使用的或退化的元素，在CATIA模型文件发放之前，应对文件进行整理以符合CATIA模型发放状态的要求。

a）坐标系：

装配件模型的当前坐标系应为CATIA软件的缺省坐标系即飞机机体坐标系；b）删除数模文件中所有未用到的元素，不允许有冗余元素存在；c）零、组件的CATIA模型文件中，应加入零、组件属性信息；d）删除数模文件中所有的参考零件模型实体；e）删除模型文件中所有退化元素；f）删除模型文件中所有重复元素；g）受“污染”的模型不能发出，也不要将已受“污染”的模型写进库中；在CATIA软件系统中，删除受“污染”的模型并用正确的模型将其取代；h）除实体外的所有元素应处于NOSHOW状态；i）所有数模文件保存之前，将实体和曲面进行UPDATE操作；j）所有发放和预发放的模型都应完成模型检查。

4.7.2外形数模的发放状态要求a）定位基准面，对外形数模中三个最基本的定位基准面，即飞机对称面、飞机水平基准面、0站位基准面需要进行发布；b）曲面元素，包括对曲面进行各种操作（如裁剪、合并、平移等）后得到的曲面；c）结构基准平面，主要包括翼面类部件中的弦平面、各种需要在外形数模中表示的结构基准平面；d）结构轴线，主要包括各种结构件轴线、活动舵面转动轴线等；e）其他下游用户需要参考使用的外形元素。

174.7.3使用catdua清理文件catduav5工具，即DateUpwardAssistant，是用来检查并修复CATIAV5数据所存在的一些问题的一项重要功能。

运用CATDUAV5可以对CATProduct，CATPart，CATDrawing，CATAnalysis，CATPrecess等各类CATIA数据进行检查，并修改、更新数据结构，用CATDUA提供的CLEAN功能，对模型进行清理后生成的模型是最终的模型。

18附录A（规范性附录）零、组件结构件建模流程是否已设置环境参数?

设置环境参数选取或创建坐标系、基准目标点、基准线、基准面构造零件特征轮廓线（SKETCH草图）完成否是是否需要生成二维图?

生成二维图添加必要的尺寸、公差及图注等是否模型检查是否符合要求？

修改三维模型否几何特征设计是启动CATIA，进入PARTDESIGN工作界面加入零、组件属性，生成一个模板文件新建至：

19附录B（资料性附录）使用CATIA建模的标准环境设置B1CATIA的基本设置CATIA的基本设置见图B1。

图B1基本界面设置20B2结构特征树的标准设置结构特征树的标准设置见图B2。

图B2结构特征树的标准设置21B3显示精度的标准设置显示精度的