Sketcher 與 Part Design 實務指南

概述

零件建模從 Sketcher 開始，以 Part Design 收尾。本頁面以一致的流程整理從進入 Sketch、Pad/Pocket/Shaft/Rib 等以 Sketch 為基礎的特徵、Dress-Up（倒圓角/倒角/拔模/薄殼）、Boolean、Reference Element，到 Body/Feature 樹狀結構管理。

這是汽車零件、模具、結構物工程師維持 Design Intent 並快速建模所需的基礎。

1. 進入 Sketcher 與基本概念

Sketch 必須只能繪製在平面（Plane）或平面形的面（Planar Face）之上。選擇平面後點擊 Sketcher 圖示，或以雙擊平面的方式進入。

• Sketch vs Positioned Sketch — 預設 Sketch 的原點固定，但 Positioned Sketch 由使用者直接指定 H/V 軸與原點。從可重複使用性與 Design Intent 角度來看，以 Positioned Sketch 為基本較為安全。
• H 軸（Horizontal） — 橫軸，紅色箭頭。
• V 軸（Vertical） — 縱軸，綠色箭頭。
• Origin — H/V 交點。第一個 Constraint 的基準點。

提示： 可於 Tools → Options → Mechanical Design → Sketcher → Grid 調整吸附與間距。不過實務上關閉 Grid 並以 Constraint 抓圖形的方式對維護較為有利。

2. Sketcher 工具列概要

2.1 Profile、Shape 工具

• Profile — 連續建立線段、弧、曲線的主力工具
• Rectangle, Oriented Rectangle, Parallelogram
• Elongated Hole, Keyhole, Cylindrical Elongated Hole
• Circle, Three Point Circle, Tri-tangent Circle, Arc
• Spline, Conic — GSD 風格的曲線
• Line (Bi-tangent, Angle/Normal, Bisecting)
• Axis — 旋轉軸。Shaft/Groove 必備
• Point (Coordinates, Equidistant, Intersection, Projection)
• Ellipse, Parabola by Focus, Hyperbola by Focus
• Connect — 以曲線連接兩要素

2.2 Operation 工具

• Corner / Chamfer — 倒圓角、倒角
• Trim / Break / Quick Trim — 修剪
• Close Arc / Complement Arc — 弧閉合、補全
• Mirror, Symmetry
• Translate, Rotate, Scale, Offset — 移動/旋轉/縮放/偏移（含建立複本選項）
• Project 3D Elements — 將 3D 邊投影至平面（黃色）
• Intersect 3D Elements — 3D 要素與草圖平面的交線（黃色）
• Project 3D Silhouette Edges — 輪廓投影（球、圓柱邊界自動）

提示： 由 Project/Intersect 產生的黃色要素會連動至 3D 來源並自動更新。要切斷連結可右鍵 → Isolate。

注意： 濫用 Project 會使 Tree 變複雜，Update 時間急遽增加。只在必要的位置使用，盡量以 Reference Element 繞過。

3. Constraint 策略

現場原則很簡單。幾何約束在先，尺寸約束在最後。若先給尺寸，變更尺寸時圖形會以非預期方式扭曲。

套用順序：

1. Horizontal / Vertical
2. Parallel / Perpendicular / Coincident / Tangent / Concentric
3. Symmetry / Equal Radius / Equal Length
4. Dimensional（Length, Radius, Angle, Distance）

3.1 色彩代碼

• 白色 — Under-constrained（約束不足，可拖曳）
• 綠色 — Iso-constrained（完全約束，理想）
• 紫色 — Over-constrained（過度約束，需移除）
• 紅色 — Inconsistent（矛盾、衝突）
• 黃色 — External Reference（外部參考）
• 棕色 — Not changed（未更新）

提示： 日常作業以綠色（Iso-constrained）為目標，但在與 Design Table 連動的模型中，有時會刻意保留 Under-constraint，讓尺寸驅動更方便。

注意： 出現 Over-constraint 警告時，若工程上允許，可在對話框中按下 "Deactivate" 僅停用其中一個作為臨時解決。

3.2 常用約束組合

目標	Constraint 組合
對稱圖形	Symmetry（以中心線為基準）
2 個同心圓	Concentric
2 對齒輪	Equal Radius
槽孔兩端	Tangent + Concentric
平行桿	Parallel + Distance
圓角邊	Tangent + Equal Radius

4. Sketch Analysis 與 Sketch 實戰提示

Tools → Sketch Analysis（Sketcher 內部）由三個頁籤組成。

• Geometry — 開放輪廓、自我相交、是否閉合
• Use-Edges — 外部參考狀態（連結是否斷裂）
• Diagnostic — 過約束、約束不足、矛盾診斷

提示： 建立 Pad/Pocket 前務必執行 Sketch Analysis，先確認 "Closed Profile" 狀態，即可擺脫 "The profile is not closed" 錯誤。

實戰中固定下來的幾個習慣。

• 1 Sketch = 1 Design Intent — 不要將所有細節塞進一個草圖，以 Pad → Pocket → Chamfer 分離特徵。
• 活用 Construction Geometry — 對齊圓心的輔助線等以 Construction Line 保留（圖示切換）。
• 配置於原點附近 — 以 Coincidence 將輪廓的一點固定在 Origin 可防止 Dangling。
• 活用 Sub-elements — 畫矩形後只拖曳單一邊來修改必要部分。
• Animate Constraint — 右鍵點尺寸 → Animate Constraint，透過範圍滑桿預覽機構運動。
• Change Sketch Support — 將草圖平面移至其他平面，重複使用草圖本身。

5. Part Design — Sketch-Based Features

選單路徑統一為 Insert → Sketch-Based Features → {特徵}。

• Pad（伸長） — Type: Dimension / Up to Next / Up to Last / Up to Plane / Up to Surface。Thick（薄壁）、Mirrored Extent（對稱）、More 開啟 Second Limit。
• Pocket — Pad 的減法。
• Shaft（旋轉體） — Sketch + 旋轉軸（Sketch 內 Axis 或外部 Line）。Angle 0~360°。
• Groove — Shaft 的減法。
• Rib — 沿 Center Curve Sweep Profile。Profile Control 為 Keep Angle / Pulling Direction / Reference Surface。可指定 Spine。
• Slot — Rib 的減法。
• Stiffener（補強材） — 以一條線生成肋。
• Multi-Sections Solid（Loft） — 多個 Section + Guide Curve + Spine。
• Removed Multi-Sections Solid — Loft 的減法。
• Solid Combine — 2 個 Profile 外推體積的交集。對凸輪、齒輪形狀有用。

6. Dress-Up Features

• Edge Fillet — Constant/Variable Radius、Chordal 模式、Conic Parameter
• Variable Radius Fillet — 每點不同 R
• Face-Face Fillet — 沒有邊也能以面對面加圓角
• Tritangent Fillet — 三面切線圓角
• Chamfer — Length/Length 或 Length/Angle
• Draft Angle — 拔模。必備 Neutral Element。模具設計必備
• Draft Reflect Line — 以輪廓線為基準的拔模（反射線）
• Shell — 實體掏空。Outer Face + Inner/Outer Thickness
• Thickness — 變更面厚度
• Thread/Tap — 虛擬螺紋（不生成幾何，僅賦予註解資訊）
• Remove Face / Replace Face — 面刪除、替換

7. Boolean Operations

合併 Part 內多個 Body 的運算。

• Assemble — 保留加減號
• Add — 聯集
• Remove — 差集
• Intersect — 交集
• Union Trim — 合併後移除部分
• Remove Lump — 移除不必要的塊

提示： 建立多個 Body 以 Boolean 合併的方式，比單純的 Pad → Pocket 連鎖Tree 更整潔且 Edit 衝突更少。在汽車零件中強烈推薦。

注意： Boolean 對順序敏感。若 Assemble 順序改變，最終幾何可能不同。

8. Reference Elements

是作為 Part 設計骨幹的 "Point / Line / Plane" 集合。

• Point — Coordinates, On Curve, On Plane, On Surface, Circle Center, Tangent on Curve, Between
• Line — Point-Point, Point-Direction, Angle/Normal, Tangent to Curve, Normal to Surface, Bisecting
• Plane — Offset, Parallel through Point, Angle/Normal, Through 3 Points, Through 2 Lines, Through Point and Line, Through Planar Curve, Normal to Curve, Tangent to Surface, Equation, Mean through Points

提示： 將 Reference Element 集中在 Tree 上方，後續所有特徵都參考這些元素。這就是 Skeleton 方式。設計變更時影響最小化。

→ 詳細內容: 以 Skeleton 為基礎的 Top-down 設計在 /cad-tips/catia/assembly-dmu.md 接續說明。

9. Transformation Features

移動、陣列 Body/Feature 本身。

• Translation / Rotation / Symmetry — 整個 Body 移動、旋轉、對稱
• AxisToAxis — 座標系移動
• Mirror — Body 或 Feature 鏡射複製
• Rectangular Pattern — 矩形陣列。Instance(s) & Length / Instance(s) & Spacing
• Circular Pattern — 圓形陣列。指定基準軸
• User Pattern — 以 Sketch 點為基礎（非規則陣列）
• Scaling / Affinity — 縮放

提示： 開啟 Pattern 的 "Keep specifications"，個別實例長度會像 "Up to Next" 那樣動態跟隨。關閉則以固定長度複製。

10. 正確使用 Hole Feature

路徑 Insert → Sketch-Based Features → Hole。這是實務上最常用的工具之一。

• Type — Simple / Tapered / Counterbored / Countersunk / Counterdrilled
• Thread — Metric, UNC, UNF, Gas 或 No Thread
• Extension — Blind / Up To Next / Up To Last / Up To Plane / Up To Surface
• Positioning Sketch — Hole 中心尺寸
• Bottom Type — Flat / V-bottom（118°、120°）

提示： 建立 Hole 時會自動同時建立 Positioning Sketch。必須雙擊此 Sketch 給予尺寸，Hole 位置才會確定。若未約束會以原點為基準配置。

11. Body / Feature 樹狀結構管理

• PartBody — 預設主要 Body（不可刪除）
• Body.2, Body.3 … — 追加 Body，以 Insert → Body 生成
• Define in Work Object — 啟用特定 Body（綠色底線）。特徵只會加入活動 Body
• Change Body — 將特定 Feature 移至其他 Body

提示： 對稱零件只在一側以 Body.2 建模後，於 PartBody 執行 Mirror + Assemble，修改一側另一側就會跟著變。Design Change 成本減半。

11.1 命名規範

• 改為有意義的名稱：Pad.1 → Pad_BaseHousing
• 依功能分離 Body：Main / Mounts / Cutouts
• Reference Element 集中於 Tree 上方，並在名稱加上前綴（Ref_）
• 優先使用 Ordered Geometrical Set（保證建構順序）

實務檢查清單

• Sketch 以 Positioned Sketch 開始
• 遵守幾何約束 → 尺寸約束的順序
• 以 Sketch Analysis 確認 Closed Profile 後再 Pad/Pocket
• 將 Feature 名稱改為有意義的名稱（Pad.1 → Pad_Housing 等）
• 依功能分離 Body 並以 Boolean 合併
• 將 Reference Element 放置於 Tree 上方（Skeleton 方式）
• Pattern 的 Keep specifications 選項依情況設定
• Hole Positioning Sketch 務必賦予尺寸
• 對稱零件以 Mirror + Assemble 僅維護一側