本實例采用的數據來自生產實際，這里在滿足實驗要求的基礎上，對尺寸、設計參數、造型要求等進行了簡化。
葉片截面數據點數據：1.dat，2.dat，3.dat，4.dat，5.dat。各截面數據位于與XOY平面平行的平面上，如1.dat位于Z=173.44平面上，5.dat位于Z=105.54平面上。
輪轂為旋轉體，剖面圖關鍵尺寸如圖1所示。
造型要求：葉片共16片均勻分布于輪轂最外面上；各葉片與輪轂表面以半徑R=0.4mm圓弧過渡；葉片凸面、凹面之間平滑過渡，其具體過渡尺寸這里不做要求。
葉輪最終造型示意圖如圖2所示。
圖1：輪轂剖面圖 圖2：整體葉輪曲面模型
步驟參考：
整體葉輪曲面造型分為以下三個部分：單個葉片造型、輪轂造型和葉輪合成。
A，單個葉片造型
A1，讀入文件
啟動CATIA后，在菜單項中選[Start]→[Shape]→[Digitized Shape Editor]，進入Digitized Shape Editor（數字曲面編輯）單元，此單元可對測量數據進行讀入和處理。
點擊[Import]
圖標或選擇菜單[Insert]→[Cloud Import…]（為查找方便起見，后文中命令均只提供菜單選擇方式），選取5個葉片截面文件，并將Format選為“Ascii free”，注意請點擊選項Grouped前按鈕，使之為白色未選上"態，如圖3所示。Grouped的“未選上”狀態，可使讀入的各個文件中的數據是獨立的；否則所有文件將合并成為一個整體，不利于后續處理。
圖3：讀入點云
選擇菜單[View]→[Fit All In]，可將點云顯示在屏幕中間，為顯示效果更好，可點擊鼠標右鍵，選擇菜單[Properties]來修改點的Symbol（形狀）。顯示如圖4所示。
圖4：葉片截面點云
A2，掃描線生成
有了讀入的點云，可選擇這些點云用[3D Curve]命令來創建曲線。但>命令既支持選擇讀入的點，也支持屏幕上的任意點，因而常容易產生不需要的點。[3D Curve]命令在單元[Start]→[Shape]→[Free Style]中的菜單[Insert]→[Curve Creation]→[3D Curve]下。
這里先將點云生成掃描線后，再進行曲面擬合。系統仍然處于Digitized Shape Editor單元狀態，選擇菜單[Insert]→[Scan Creation]→[Scan On Cloud…]，選擇葉片截面數據，按照順序依次選擇所有的點，在最后一點處鼠標雙擊就可生成一條掃描線。這里將葉盆數據和葉背數據分開，所以共生成10條掃描線，如圖5所示。注意：為后續曲面造型方便，選擇每條掃描線時保持順序一致。
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圖4：掃描線
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A2，BSpline截面線生成與分析
選擇菜單[Insert]→[Curve Creation]→[Curve from Scan…]，出現如圖5所示的對話框，將根據掃描線擬合生成Bezier曲線。Creation mode選擇Smoothing方式，生成的曲線光滑度會更好；如果選擇Interpolation方式，則將生成插值曲線，通過所有點，但曲線的光順性很差。Parameters中，Tolerance的含義是曲線擬合與原點云的誤差允許值，Max. Order的含義是Bezier跋叩淖罡囈資，Max. Segments的含義是一條Bezier曲線中包含的段數的最高值，Split Angle的含義是掃描線上某點處的夾角超過該角度時，分別擬合成多條曲線。三個圖形按鈕分別控制是否顯示 “曲線的曲率圖”、“曲線與點云的最大偏差值”和“曲線的階數和段數”。
這里各參數初始值可選為如圖5所示的結果：Smoothing方式、Tolerance為0.005mm、Max. Order為6、Max. Segments為40、Split Angle為90、顯示曲率圖。選擇一條掃描線（這里以葉背上靠葉根處的掃描線為例），點擊Apply按鈕，將顯示如圖6所示的結果，可以看到曲線在兩端曲率變化較大，圖上“Fixed”的含義是曲線的端點限定為掃描線的端點。
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圖5：Curve from Scan對7框
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圖6：曲線擬合
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點擊另兩個圖形按鈕，可以查到該曲線的所有分析結果：最大偏差為0.0035，曲線的階數為6，共有15個曲線段, 如圖7（a）所示。將Tolerance改為0.02mm、0.005mm，得到圖7（b）、（c）的結果。分析各圖可知：將允許誤差從0.005mm升高為0.01mm，曲線的曲率變化明顯平滑些，曲線的光順性有不少提高，而再升為0.02mm，曲線的光順性提高不大，但最大偏差0.018mm有點高。綜合精度和光滑性考慮，這里Tolerance取為0.01mm。
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（a）Tolerance=0.005
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（b）Tolerance=0.01
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（c）Tolerance=0.02
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圖7：曲線分析
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將所有掃描線擬合成曲線，則完成截面線的擬合，有圖8t示的結果，這里將掃描點、掃描線均隱藏不顯示。
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圖8：擬合好的曲線
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A3，葉背、葉盆曲面生成和分析
選[Start]→[Shape]→[Generative Shape Design]，進入Digitized Shape Design（創成式外形設計）單元，此單元提供各種曲線、曲面設計、分析功能，如曲面設計功能有：拉伸、旋轉、掃略、蒙皮等。
選擇菜單項[Insert]→[Surfaces]→[Multi-sections Surface]，出現如圖9所示的對話框，上面的文本框中將顯示所i擇的截面線，下面的文本框顯示所選擇的導引線（此例中此項為空），如果中間需插入或刪除某截面線，可用Remove、Add按鈕。
在屏幕上按順次點擊需要擬合的截面線，注意觀察各箭頭指示的截面線方向是否一致，圖10顯示的是已經選擇后的5個截面線，可以用來生成葉背曲面，如圖11所示。
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圖9：Multi-sections Surface對話框
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圖10：截面線選擇
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圖11：葉背曲面
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可以對生成的曲面進行分析。為能夠看到分析結果，需更改顯示方式。選擇菜單項[View]→[Render Style]→[Customize View]，選擇Material選項。
首先我們對構成的曲面進行曲率分析。選擇菜單項[Insert]→[Analysis]→[Surfacic Curvature Analysis]，將彈出如圖12、13所示的對話框，在Type中我們選擇“Gaussian（高劍”曲率類型，其它選項保持缺省值“Color Scale”、和“Positive only”不變。在圖13的色標對話框中，點擊Use Min Max按鈕，這樣曲率的最小值為紅色，最大值為紫色，其他各值為各插值顏色?？梢缘玫角娴腉aussian曲率圖，如圖14所示。這里高斯曲率的最小值也大于零，說明曲面在各處均為凸，符合葉背曲面形狀特點。
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圖12：Surfacic Curvature Analysis對話框
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圖13：Color Scale
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圖14：曲面Gaussian曲率圖
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接著我們對構成的曲面進行等照g線（俗稱斑馬線）顯示分析。此分析功能在FreeStyle Shape Design（自由型外形設計）單元中。因為一般來說，在Generative Shape Design單元中設計的曲面無需進行此類分析。
選[Start]→[Shape]→[FreeStyle Shape Design]，進入FreeStyle Shape Designg自由型外形設計）單元。選擇菜單項[Insert]→[Analysis]→[Isophotes Mapping]，彈出如圖15所示的對話框，這里Mapping Type選擇球形映射、，在圖形區選擇葉背曲面，調整圖15對話框中的移動條，可得到如圖16所示的結果，說明曲面光順性很好。
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圖15：Isophote Analysis對話框
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圖16：等照度線曲面分析
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再次進入Digitized Shape Design（創成式外形設計）單元，用Multi-sections Surface命令創建出葉盆曲面，得到如圖17的結果，同樣可對葉盆曲面進行分析，這里省略。
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圖17：葉背、葉盆曲面
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A4，構造葉背、葉盆之間的過渡曲面
選擇菜單項[Insert]→[Surfaces]→[Blend…]，出現圖18所示的對話框，按照對話框提示，分別選取葉背右邊界線為First curve、葉背面為First support、相應的葉盆邊界線為Second curve、葉盆面為Second support，各面的continuity（連續性）為Tangency（切向連續），點擊Preview按鈕可得到圖預覽圖19所示的預覽結果。再點擊OK即可生成葉背、葉盆之間的過渡曲面。
同樣，可生成另一過渡曲面。
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圖17：Blend Definition 對話框
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圖17：葉背、葉盆過渡曲面
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A5，填充葉頂處曲面
葉頂處曲面可r填充方法來生成。選擇菜單項[Insert]→[Surfaces]→[Fill…]，出現圖18所示的對話框。依次選擇葉頂處的四條邊界，過渡面處邊界很小，不容易正確選擇，可將曲面局部放大后再選擇，如圖19所示。
在生成葉頂曲面前可以用Preview按鈕預覽填充面的結果。
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圖18：Fill Surface對話框
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圖19：曲面的局部放大
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B，輪轂造型
B1，草圖設計
在屏幕左邊的特征樹上選擇“zx plane”作為輪轂草圖的繪制平面，如圖20所示。選擇菜單項[Insert]→[Sketcher]→[Sketch]，進入草圖繪制狀態。按照圖1給出的輪轂草圖尺寸繪制出如圖21所示的草圖，可以先繪制草圖的左半部分和對稱軸，然后用鏡像的方法得到全部，具體繪制方法這里省略。且在V=0的位置繪制一條水平軸線，作為將來的旋轉軸。繪制完成后，點擊“Exit Workbench”圖標退出草圖狀態。
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圖20：選擇草圖平面
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圖21：輪轂草圖
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B2，輪轂曲面生成
選擇菜單項[Insert]→[Surfaces]→[Revolve…]，出現如圖22所示的對話框，在Profile項中選擇剛繪制的草圖，在Revolution axis項中選擇特征樹中的HDirection（如圖23），Angle 1和Angle 2分別設為360度和0度。
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圖22：Revolution 對話框
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圖23：選擇旋轉軸
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將得到如圖24所示的輪轂旋轉曲面。
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圖24：輪轂曲面
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C，葉輪合成
現在葉片和輪轂之間仍然存在一個幾毫米的間隙，我們需要將他們縫合成一個整體。根據設計要求，我們知道各葉片與輪轂表面以半徑R=0.4mm圓弧過渡，因此主要考慮“Fillet”（倒角）功能。CATIA中可用的“Fillet”功能很多，有“Shape”（兩個形體之間）、“Edge”（棱邊處）、“Variable”（變倒角半徑）、“Face-Face”（兩個面之間）、“Tritangent”（棱４Γ?？紤]本實驗的模型，這里采用“Shape Fillet”。
經過上文“單個葉片造型”章節中各步生成的葉片由5個面組成，無法滿足 “Shape Fillet”中只能有兩個形體的要求，另外，由于葉根處與輪轂之間有不小的間隙且曲率變化也比較大，需對葉片部分Ｈ縵錄父鱟急腹ぷ鰨閡鍍曲面組合成整體、葉根處曲面邊界線提取、葉根部分的曲面延伸。
C1，葉片曲面組合
首先需要將葉片組合成一個整體。選擇菜單項[Insert]→[Operation]→[Join…]，將出現如圖25所示的對話框，選擇生成葉片的5個面（葉盆、１場⒘礁齬渡面、頂面），將他們組合成一個整體。
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圖25：Join對話框
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C2，初次倒角
按常規，此時可以進行倒角命令。選擇菜單項[Insert]→[Operation]→[Shape Fillet…]，將出現如圖26所示的對話框。Fillet type保持缺省值“BiTangent Fillet”， Support 1中選擇組合的葉片，Support 2中選擇輪轂面，Radius中輸入4mm。注意：選上Trim support 1，不選上Trim support 2；表示倒角過程中對葉片進行裁剪，而不裁剪輪轂面。點擊Preview按鈕進行預覽，結果出現圖27的警告對話框，屏幕上顯示的倒角結果如圖28所示。
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圖26：Fillet對話框
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圖27：Warnings對話框
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圖28：Fillet結果
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警告對話框中說明少數部位“無法裁剪”，可以看出，部分部位無法倒角，Fillet結果失敗?！盁o法裁剪”的原因主要是兩個形體間的間隙過大/大于倒角的4mm，可以通過將其中一個形體進行延伸來減少間隙。
C3，葉根處理
葉片延伸前，需提取葉根處的邊界線。選擇菜單項[Insert]→[Operation]→[Boundary…]，將出現如圖29所示的對話框，選擇葉片，提取的邊界線為圖30中的白色線。
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圖29：Boundary對話框
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圖30：邊界提取
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現在可以進行葉片延伸。選擇菜單項[Insert]→[Operation]→[Extrapolate…]，出現如圖31所示的對話框。選擇邊界線、延伸曲面，Type中保持缺省的“Length”，Length中輸入3mm。點擊Preview，將出現圖32中的結果，結果符合要求，點擊OK即可。
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圖31：Extrapolate對話框
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圖32：延伸結果
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C4，倒角處理
再次嘗試倒角命令。選擇菜單項[Insert]→[Operation]→[Shape Fillet…]，各項參數的選擇同圖26，點擊Preview，結果如圖33所示。
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圖33：Fillet結果
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C5，葉片陣列
現在可將葉片陣列以生成完整的葉輪模型。選擇菜單項[Insert]→[Advanced Replication Tools]→[Circular Pattern…]，在屏幕上選擇葉片，出現如圖34所示的對話框。設計要求16個葉片均勻分布于輪轂最外面上，表明各葉片間的夾角為24度。因此這里Parameters中選擇“Instance(s) & total angle”、Instance(s)中輸入15， Total angle中輸入336度，Reference element中選擇輪轂的外表面。點擊Preview，可得到圖35的結果。點擊OK，可得到圖36所示的葉輪的最終結果。
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圖34：Circular Pattern對話框
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圖34：葉片陣列Preview結果
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圖35：整體葉輪
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