Sketcher 与 Part Design 实务指南

概述

零件建模始于 Sketcher，终于 Part Design。本页面以连贯的流程整理了从进入草图、Pad·Pocket·Shaft·Rib 等基于草图的特征，到 Dress-Up（圆角/倒角/拔模/抽壳）、Boolean、Reference Element、Body/Feature 树管理。

这是汽车零部件、模具、结构件工程师在保持 Design Intent 的同时快速建模的基础。

1. Sketcher 进入与基本概念

Sketch 必须绘制在平面（Plane）或平面状面（Planar Face）之上。选择平面后单击 Sketcher 图标，或双击平面即可进入。

• Sketch vs Positioned Sketch — 基本 Sketch 的原点是固定的，而 Positioned Sketch 可由用户自行指定 H/V 轴和原点。从可复用性和 Design Intent 角度，以 Positioned Sketch 为默认更安全。
• H 轴（Horizontal） — 横轴，红色箭头。
• V 轴（Vertical） — 纵轴，绿色箭头。
• Origin — H/V 交点。首个 Constraint 的基准点。

提示： 在 Tools → Options → Mechanical Design → Sketcher → Grid 中可调整捕捉与间距。但实务中关闭 Grid、用 Constraint 约束图形更利于维护。

2. Sketcher 工具栏概览

2.1 Profile·Shape 工具

• Profile — 连续创建直线·圆弧·样条的主力工具
• Rectangle、Oriented Rectangle、Parallelogram
• Elongated Hole、Keyhole、Cylindrical Elongated Hole
• Circle、Three Point Circle、Tri-tangent Circle、Arc
• Spline、Conic — GSD 风格的曲线
• Line（Bi-tangent、Angle/Normal、Bisecting）
• Axis — 回转轴。Shaft/Groove 中必需
• Point（Coordinates、Equidistant、Intersection、Projection）
• Ellipse、Parabola by Focus、Hyperbola by Focus
• Connect — 用曲线连接两个要素

2.2 Operation 工具

• Corner / Chamfer — 圆角·倒角
• Trim / Break / Quick Trim — 修剪
• Close Arc / Complement Arc — 闭合弧·补全
• Mirror、Symmetry
• Translate、Rotate、Scale、Offset — 移动/旋转/缩放/偏移（带生成副本选项）
• Project 3D Elements — 将 3D 边投影到平面（黄色）
• Intersect 3D Elements — 3D 要素与草图平面的交线（黄色）
• Project 3D Silhouette Edges — 投影轮廓线（球·圆柱边界自动）

提示： Project/Intersect 生成的黄色要素与 3D 源联动并自动刷新。若要断开连接，右键 → Isolate。

注意： 滥用 Project 会使 Tree 复杂化，Update 时间急剧增加。仅在必要位置使用，尽可能用 Reference Element 迂回。

3. Constraint 策略

现场原则很简单。先几何约束，尺寸约束放到最后。先加尺寸的话，尺寸变更时图形会偏离意图变形。

应用顺序：

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

3.1 颜色代码

• 白色 — Under-constrained（欠约束，可拖动）
• 绿色 — Iso-constrained（完全约束，理想状态）
• 紫色 — Over-constrained（过约束，需移除）
• 红色 — Inconsistent（矛盾，冲突）
• 黄色 — External Reference（外部引用）
• 棕色 — Not changed（未更新）

提示： 日常工作以绿色（Iso-constrained）为目标，但在与 Design Table 联动的模型中，有时会刻意保留 Under-constraint 以便通过尺寸驱动。

注意： 出现 Over-constraint 警告时，若在工程上可接受，可在对话框中按 "Deactivate" 将其中一个停用作为临时解决方案。

3.2 常用约束组合

目标	Constraint 组合
对称图形	Symmetry（以中心线为基准）
两个同心圆	Concentric
两对齿轮	Equal Radius
槽孔两端	Tangent + Concentric
平行杆	Parallel + Distance
圆角	Tangent + Equal Radius

4. Sketch Analysis 与 Sketch 实战技巧

Tools → Sketch Analysis（Sketcher 内部）由三个选项卡构成。

• Geometry — 开放轮廓·自交·是否闭合
• Use-Edges — 外部引用状态（是否有断链）
• Diagnostic — 过/欠约束·矛盾诊断

提示： 在生成 Pad/Pocket 之前务必运行 Sketch Analysis，确认"Closed Profile"是否成立，即可规避 "The profile is not closed" 错误。

实战中固化的几个习惯。

• 1 Sketch = 1 Design Intent — 不要把所有细节塞进一个草图，用 Pad → Pocket → Chamfer 分解特征。
• 善用 Construction Geometry — 对齐圆心的辅助线等留作 Construction Line（图标切换）。
• 布置在原点附近 — 将轮廓的一点用 Coincidence 绑定到 Origin 可防止 Dangling。
• 利用 Sub-elements — 画完矩形后仅拖动一条边，只修改需要的部分。
• Animate Constraint — 右键尺寸 → Animate Constraint，通过范围滑块预览机构运动。
• Change Sketch Support — 将草图平面迁移到其他平面，复用草图本身。

5. Part Design — Sketch-Based Features

菜单路径通用为 Insert → Sketch-Based Features → {特征}。

• Pad（拉伸） — Type：Dimension / Up to Next / Up to Last / Up to Plane / Up to Surface。Thick（薄壁）、Mirrored Extent（对称）、More 以设置 Second Limit。
• Pocket — Pad 的减法。
• Shaft（旋转体） — Sketch + 回转轴（草图内 Axis 或外部 Line）。Angle 0~360°。
• Groove — Shaft 的减法。
• Rib — Profile 沿 Center Curve 扫描。Profile Control 为 Keep Angle / Pulling Direction / Reference Surface。可指定 Spine。
• Slot — Rib 的减法。
• Stiffener（加强筋） — 用一条线生成肋。
• Multi-Sections Solid（Loft） — 多个 Section + Guide Curve + Spine。
• Removed Multi-Sections Solid — Loft 的减法。
• Solid Combine — 两个 Profile 外推体积的交集。对凸轮/齿轮形状有用。

6. Dress-Up Features

• Edge Fillet — Constant/Variable Radius、Chordal 模式、Conic Parameter
• Variable Radius Fillet — 各点不同 R
• Face-Face Fillet — 无边也能用面-面生成圆角
• Tritangent Fillet — 三面相切圆角
• Chamfer — Length/Length 或 Length/Angle
• Draft Angle — 拔模。需 Neutral Element。模具设计必备
• Draft Reflect Line — 以轮廓线为基准的拔模（反射线）
• Shell — 掏空实体。Outer Face + Inner/Outer Thickness
• Thickness — 修改面厚度
• Thread/Tap — 虚拟螺纹（不生成几何，仅附加标注信息）
• Remove Face / Replace Face — 删除·替换面

7. Boolean Operations

零件内合并多个 Body 的运算。

• Assemble — 保留加/减号
• Add — 并集
• Remove — 差集
• Intersect — 交集
• Union Trim — 合并后移除部分
• Remove Lump — 移除不需要的块体

提示： 创建多个 Body 再用 Boolean 合并，比简单的 Pad → Pocket 串联Tree 更整洁、Edit 冲突更少。汽车零部件强烈推荐。

注意： Boolean 对顺序敏感。Assemble 顺序变化会导致最终几何发生变化。

8. Reference Elements

构成零件设计骨架的 "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： 将 Reference Element 集中置于 Tree 顶部，让后续所有特征都引用它们。这就是 Skeleton 方式。设计变更时影响最小化。

→ 详细内容: 基于 Skeleton 的 Top-down 设计详述见 /cad-tips/catia/assembly-dmu.md。

9. Transformation Features

移动 Body/Feature 本身·将其阵列化。

• Translation / Rotation / Symmetry — 整个 Body 移动·旋转·对称
• AxisToAxis — 坐标系移动
• Mirror — Body 或 Feature 镜像复制
• Rectangular Pattern — 矩形阵列。Instance(s) & Length / Instance(s) & Spacing
• Circular Pattern — 圆形阵列。指定基准轴
• User Pattern — 基于 Sketch 点（非规则阵列）
• Scaling / Affinity — 缩放

提示： 打开 Pattern 的 "Keep specifications" 后，各实例长度会像 "Up to Next" 一样动态跟随。关闭则以固定长度复制。

10. 正确使用 Hole Feature

路径 Insert → Sketch-Based Features → Hole。是实务中最常用的工具之一。

• 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： 创建 Hole 时Positioning Sketch 会自动一同生成。必须双击该 Sketch 赋尺寸才能确定 Hole 位置。不加约束就会以原点为基准布置。

11. Body / Feature 树管理

• PartBody — 默认主 Body（不可删除）
• Body.2、Body.3 … — 追加 Body，通过 Insert → Body 生成
• Define in Work Object — 激活特定 Body（绿色下划线）。特征只添加到活动 Body
• Change Body — 将特定 Feature 移动到其他 Body

提示： 对称零件先在 Body.2 中只建一侧模型，再在 PartBody 上做 Mirror + Assemble，则只修改一侧另一侧自动跟随。Design Change 成本可减半。

11.1 命名约定

• 改为有意义的名称：Pad.1 → Pad_BaseHousing
• 按功能分离 Body：Main / Mounts / Cutouts
• Reference Element 集中置于 Tree 顶部并加前缀（Ref_）
• 优先使用 Ordered Geometrical Set（保证构建顺序）

实务检查清单

• 是否以 Positioned Sketch 起步
• 是否遵守几何约束 → 尺寸约束的顺序
• 是否用 Sketch Analysis 确认 Closed Profile 后再 Pad/Pocket
• 是否将 Feature 名称改为有意义的名称（Pad.1 → Pad_Housing 等）
• 是否按功能分离 Body 并用 Boolean 结合
• Reference Element 是否置于 Tree 顶部（Skeleton 方式）
• Pattern 的 Keep specifications 选项是否根据情况设置
• Hole 的 Positioning Sketch 是否务必赋予尺寸
• 对称零件是否用 Mirror + Assemble 只维护一侧