UG曲面造型

UG曲面造型 第5章 曲面造型 ? ? ? ? 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 曲面概述 由点构造曲面 由曲线构造曲面 其他构造曲面 曲面编辑 曲面操作与编辑综合实例 5.1 曲面概述 在利用CAD软件进行产品设计时，对于形状比较规则的零件， 利用实体特征的造型方式快捷而方便，基本能满足造型的需 要。但对于形状复杂的零件，实体特征的造型方法就显得力 不从心，有很多局限性，难以胜任，而UG自由曲面构造方法 繁多、功能强大、使用方便，提供了强大的弹性化设计方式， 成为三维造型技术的重要组成。 实际生产中，设计复杂的零件时，可以采用自由形状特征直 接生成零件实体，也可以将自由形状特征与实体特征相结合 完成，目前，在日常用品、飞机、轮船和汽车等工业产品的 造型设计中应用十分广泛。 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? ? 5.1.1 曲面的概念及分类 1(曲面的基本概念 1)实体、片体和曲面 在UG中，构造的物体类型有2种:实体与片体。实体是具有 一定体积和质量的实体性几何特征。片体是相对于实体而言 的，它只有表面，没有体积，并且每一个片体都是独立的几 何体，可以包含一个特征，也可以包含多个特征。 (1)实体:具有厚度、由封闭表面包围的具有体积的物体。 (2)片体:厚度为0，没有体积存在。 (3)曲面:任何片体、片体的组合以及实体的所有表面。 2)曲面的U、V方向 ? ? ? 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 在数学上，曲面是用两个方向的参数定义的:行方向由U参 数、列方向由V参数定义。对于“通过点”的曲面，大致具 有同方向的一组点构成了行，与行大约垂直的一组点构成了 列方向，如图5.1-1所示。对于“通过曲线”和“直纹面”的 生成方法，曲线方向代表了U方向，如图5.1-2所示。 3)曲面的阶次 曲面的阶次类似于曲线的阶次，是一个数学概念，用来描述 片体的多项式的最高次数，由于片体具有U、V两个方向的参 数，因此，需分别指定次数。在UG NX中，片体在U、V方 向的次数必须介于2,24，但最好采用3次，称为双三次曲面。 曲面的阶次过高会导致系统运算速度变慢，甚至在数据转换 时，容易发生数据丢失等情况。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? 4)补片类型 片体是由补片构成的，根据补片的类型可分为单补片和多补 片。单补片是指所建立的片体只包含一个单一的补片，而多 补片则是由一系列的单补片组成，如图5.1-3所示。用户在相 应的对话框中可以控制生成单张或多张曲面片。补片越多， 越能在更小的范围内控制片体的曲率半径，一般情况下，减 少补片的数量，可以使所创建的曲面更光滑，因此，从加工 的观点出发，创建曲面时应尽可能使用较少的补片。 5)曲面公差 在数学上，曲面是采用逼近和插值方法进行计算的，因此需 要指定造型误差，具体包括两种类型，其公差值在曲面造型 预设置中设定。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? ? ? ? ? (1)距离公差:指构造曲面与数学表达的理论曲面在对应点 所允许的最大距离误差。 (2)角度公差:指构造曲面与数学表达的理论曲面在对应点 所允许的最大角度误差。 2(曲面的常见类型 通常，定义曲面特征可以采用点、线、片体或实体的边界和 表面。根据其创建方法的不同，曲面可以分为很多类型，常 见的有以下几种。 (1)基于点的曲面:主要有通过点、由极点、点云、四点曲 面等类型。 (2)基于曲线的曲面:主要有直纹曲面、通过曲线、过曲线 网格、扫描和截面体等类型。 (3)基于片体的曲面:主要有延伸片体、桥接片体、增厚片 体、面圆角、软圆角、偏置面等类型。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? 3(曲面造型的预设置 在曲面造型前，为获得合适的曲面，应当在建模之前进行曲 面预设置。 单击菜单【首选项】/【建模】选项，打开“建模首选项”对 话框，如图5.1-4所示。 1)“常规”选项卡 (1)体类型:控制基于曲线的自由特征、扫掠特征生成的是 实体还是曲面(图纸页)。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? ? (2)栅格线:在线框显示模式下，控制曲面内部是否以线条 显示，以区别是曲面还是曲线，曲面内部曲线的条数可分别 由U、V方向的显示条数控制;如图5.1-6(a)所示的线框， 不能看出是一个曲面还是4条曲线;而在图5.1-6(b)中，用 户立即看出这是曲面。如果在“建模首选项”中没有设定， 可以在曲面构造完成后，单击菜单【编辑】/【对象显示】选 项，选择需编辑的曲面，单击【确定】按钮，在如图5.1-7所 示的对话框中设置 “U”和“V”数值。 (3)密度和密度单位:密度主要用于几何特性计算。 2)“自由曲面”选项卡 (1)曲线拟合方法:在拟合方法中使用三次还是五次曲线， 主要用在样条曲线的构造上。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 (2)自由曲面构造结果:控制生成的平面在数学上是“平面” 表示还是“B-曲面”表示。当选中【B曲面】单选项时，即 使所生成的几何体是平面，系统总是建立一个样条曲面类型 的片体;而选中【平面】单选项时，同时定义曲面的边界线 在同一平面上，系统将建立一个平面类型的片体。 ? 5.1.2 曲面构造的方法和原则 1(构造曲面的方法 使用UG NX6曲面造型模块，用户能够设计复杂的自由外形。 例如，在进行汽车、飞机以及各种日用品的外形设计时，除 了能满足功能要求外，还需要美观、圆滑、符合人体工程学 要求等。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 构造曲面时，一般先根据产品外形要求，将绘制的剖截面通 过拉伸、旋转等操作创建;也可以由绘制的边界曲线，或者 由实样测量的数据点，运用通过点、点云、过曲线等方法创 建;对于简单的曲面，可以一次完成建模，而实际产品的形 状往往比较复杂，还需对已有曲面进行延伸、修剪、过渡连 接、光顺处理等编辑操作才能完成整体造型。 按照曲面的类型 不同，构造曲面的方法可大致分为以下3类。 (1)利用点构造曲面:它根据导入的点数据构建曲线、曲面。 如通过点、从极点、从点云等构造方法，该功能所构建的曲 面与点数据之间不存在关联性，是非参数化的，即当构造点 编辑后，曲面不会产生关联变化。由于这类曲面的可修改性 较差，建议尽量少用。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? (2)利用曲线构造曲面:根据曲线构建曲面，如直纹面、通 过曲线、过曲线网格、扫掠、截面线等构造方法，此类曲面 是全参数化特征，曲面与曲线之间具有关联性，工程上大多 采用这种方法。 (3)利用曲面构造曲面:根据曲面为基础构建新的曲面，如 桥接、N-边曲面、延伸、按规律延伸、放大、曲面偏置、粗 略偏置、扩大、偏置、大致偏置、曲面合成、全局形状、裁 剪曲面、过渡曲面等构造方法。 2(曲面工具 UG软件的曲面设计模块中，具有十分强大的曲面造型功能， 主要包含常规曲面设计、自由曲面设计和曲面编辑等功能。 构造曲面的工具条和菜单如图5.1-8所示。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 ? ? ? 3(构造曲面的一般原则 在UG NX6中，使用曲面功能设计产品外形时，一般应遵循 以下原则: (1)用于构造曲面的曲线尽可能简单，曲线阶次数<3。 (2)用于构造曲面的曲线要保证光顺连续，避免产生尖角、 交叉和重叠。 (3)曲面的曲率半径尽可能大，否则会造成加工困难和复杂。 (4)曲面的阶次尽量选择三次，避免使用高次曲面。 (5)避免构造非参数化特征。 (6)如有测量的数据点，建议可先生成曲线，再利用曲线构 造曲面。 上一页 下一页 返回 5.1 曲面概述 (7)根据不同3D零件的形状特点，合理使用各种曲面构造 方法。 (8)设计薄壳零件时，尽可能采用修剪实体，再用抽壳方法 进行创建。 (9)面之间的圆角过渡尽可能在实体上进行操作。 (10)内圆角半径应略大于标准刀具半径，以方便加工。 上一页 返回 5.2 由点构造曲面 ? ? ? ? ? 由点构造曲面的方法是根据导入的点数据构建曲线、曲面， 能方便地生成通过指定点的曲面。由点构造曲面特征主要有 以下几种方法。 (1)通过点:输入的点一定落在构造的曲面上。 (2)从极点:由控制多边形逼近出一个曲面。 (3)从点云:由大量数据点拟合的曲面。 (4)四点曲面:通过指定的四个点构造一个曲面。 【例5.2-1】“通过点”与“从极点”构造曲面操作实例 根据如图5.2-1所示点，用“通过点”或“从极点”的方法构 造曲面。操作步骤如下。 下一页 返回 5.2 由点构造曲面 ? (1)单击图标 或单击【插入】/【曲面】/【通过点】选 项，弹出如图5.2-2所示的对话框(如果为【从极点】，应单 击图标 ，后面的操作类似)。 (2)按图5.2-2所示进行设置，单击【确定】按钮，弹出如 图5.2-3所示“过点”对话框。 (3)确定点的选择方法为【全部成链】，弹出“指定点”对 话框，按提示在屏幕上依次选择每行的起点、终点，选完 一 行后，单击【确定】按钮，依次选择下一行点，全部完成点 的指定后，单击如图5.2-4所示【所有指定的点】按钮，完成 曲面，如图5.2-5所示。其中，图(a)为“通过点”构造的 曲面;图(b)为“从极点”构造的曲面。 上一页 下一页 返回 5.2 由点构造曲面 ? ? ? 注意:选择点时，按行选择，而且，应当按照同样的顺序进 行，否则可能导致曲面扭曲，如图5.2-6所示。 当点来自扫描仪或数控测量点时，数据非常庞大，输入的点 数很多，而且这些点可能没有严格按照行或列组织，是一种 无规律的散乱点形式，此时，利用“从点云”的构造方式比 较方便。 【例5.2-2】“从点云”构造曲面操作实例 根据如图5.2-1所示点，用“从点云”的方法构造曲面。操作 步骤如下。 (1)单击图标 或单击【插入】/【曲面】/【从点云】选 项，弹出如图5.2-7所示的对话框。 (2)输入U方向和V方向次数，建议输入“3”。输入U方向 和V方向曲面片数。 上一页 下一页 返回 5.2 由点构造曲面 ? (3)确定坐标方向:由于点云没有行、列组织，因此，需要 指定一个坐标系。如果用户不指定，系统有默认的四边形和 U、V轴，如图5.2-8所示。图5.2-8 坐标方向的确定 (4)在屏幕上选择点:直接用鼠标画出矩形框将需要输入的 点全部包含在内。构造的曲面如图5.2-9所示。 注意:在同样数据点的情况下，点云方式逼近的曲面比通过 点方法要光滑得多，但有误差，点不一定落在曲面上。 上一页 下一页 返回 5.2 由点构造曲面 【例5.2-3】“四点曲面”操作实例 根据已知四点，用“四点曲面”的方法构造曲面。操作步骤 如下。 (1)单击图标 或单击【插入】/【曲面】/【四点曲面】 选项，弹出如图5.2-10属性栏。 (2)按提示依次选择四点，单击【确定】按钮，完成曲面构 造，如图5.2-11所示。 上一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? 利用曲线构造曲面在工程上应用非常广泛，例如飞机的机身、 机翼等，原始输入数据是若干截面上的点，一般先将其生成 样条曲线，再构造曲面。此类曲面至少需要两条曲线，并且， 生成的曲面与曲线之间具有关联性，即对曲线进行编辑后曲 面也将随之变化。基于曲线的曲面特征如下。 (1)输入一个方向的曲线:直纹面、过曲线组、截面线。 (2)输入两个方向的曲线:过曲线网格、扫掠曲线。 这里所指的曲线可以是曲线、片体的边界线、实体表面的边、 多边形的边等。 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 5.3.1 直纹面 直纹面是严格通过两条截面线串而生成的直纹片体或实体， 它主要表现为在两个截面之间创建线性过渡的曲面。其中， 第一根截面线可以是直线、光滑的曲线，也可以是点。而每 条曲线可以是单段，也可以是多段组成。 1(“直纹面”操作实例 【例5.3-1】通过两条曲线创建直纹面。 操作步骤如下。 (1)单击直纹面图标 或单击【插入】/【网格曲面】/ 【直 纹面】选项，弹出“直纹”对话框，如图5.3-1所示。 ? ? ? 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? (2)选择第一条曲线作为截面线串1，在第一条曲线上，会 出现一个方向箭头。 (3)单击鼠标中键完成截面线串1的选择或单击截面线串2选 择按钮 ，选择第二条曲线作为截面线串2，在第二条曲线 上，也会出现一个方向箭头，如图5.3-2所示。 (4)可以根据输入曲线的类型，选择需要的对齐方式，如图 5.3-1所示，然后单击【确定】按钮，得到如图5.3-3所示的曲 面，完成曲面创建。 注意:第二条曲线的箭头方向应与第一条线的箭头方向一致， 否则会导致曲面扭曲，如图5.3-4所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 2(对齐方式 用曲线构成曲面时，对齐方法说明了截面曲线之间的对应关 系，对齐将影响曲面形状。直纹曲面常用对齐方式如图5.3-5 所示。一般常用“参数”对齐，对于多段曲线或者具有尖点 的曲线，采用“根据点”对齐方法较好。 (1)参数:参数对齐指的是沿曲线等参数分布的对应点连接， 如图5.3-5所示。 (2)根据点:当对应的截面线具有尖点或多段时，这种方法 要求选择对应的点，如图5.3-6(a)中对应的点1、点2，首 末点自动对应，不需指定，构成直纹曲面如图5.3-6(b)所 示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? 5.3.2 通过曲线组 构造复杂曲面时，先输入多个点，然后构成一系列样条曲线， 再通过曲线构造曲面，这种方法构造的曲面通过每一条曲线。 1(“通过曲线组”操作实例 【例5.3-2】通过若干曲线构造曲面。 操作步骤如下。 (1)单击通过曲线组图标 或单击【插入】/【网格曲面】 /【通过曲线组】选项，弹出如图5.3-7所示“通过曲线组”对 话框。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? (2)依次选择每一条曲线(每选完一个曲线串，单击鼠标中 键，该曲线一端出现箭头，应当注意各曲线箭头方向一致)， 完成所有曲线选择，如图5.3-8所示。 (3)在“对齐”选项组中选择“参数”对齐方式。 (4)在“设置”选项组中确定V向阶次(建议输入“3”)。 (5)单击【确定】按钮，得到如图5.3-9所示曲面。 注意:如果输入曲线的第一条和最后一条恰好是另外2张曲面 的边界，而且曲面与2张曲面在边界又有连续条件，如图5.310(a)所示，用户可在“连续性”选项组中图5.3-10(b) 中确定起始与结束的连续方式(其中G0为无约束、G1为相切 连续、G2为曲率连续)。点击“选择面”图标，选择与之有 约束的第一截面和最后截面，就能够控制在曲面拼接处的V 方向为相切或曲率连续。选择三条截面线串，如图5.3-10(c) 所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 如图5.3-11(a)所示为起始和结束与两曲面相切连续的“通 过曲线组”曲面，如图5.3-11 (b)所示为起始和结束与两曲 面没有约束的“通过曲线组”曲面。 2(对齐方式 如图5.3-7所示，“通过曲线组”构造曲面的对齐方法除前面 介绍的“参数”、“根据点”对齐方法外，还有以下几种常 见方式。 (1)圆弧长:两组截面线和等参数曲线建立连接点，这些连 接点在截面线上的分布和间隔方式是根据等弧长的方式建立， 如图5.3-12所示。 (2)距离:以指定的方向沿曲线以等距离间隔分布点，如图 5.3-13所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? (3)角度:绕一根指定轴线，沿曲线以等角度间隔分布点， 如图5.3-14所示。 (4)脊线:沿指定的脊线以等距离间隔建立连接点，曲面的 长度受脊线限制，如图5.3-15所示。 5.3.3 通过曲线网格 通过曲线网格方法是使用两个方向的曲线来构造曲面。其中， 一个方向的曲线称为主曲线，另一个方向的曲线称为交叉曲 线。 过曲线网格生成的曲面是双3次的，即U、V方向都是3次的。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 由于是两个方向的曲线，构造的曲面不能保证完全过两个方 向的曲线，因此用户可以强调以哪个方向为主，曲面将通过 主方向的曲线，而另一个方向的曲线则不一定落在曲面上， 可能存在一定的误差。 【例5.3-3】通过如图5.3-16(a)所示曲线网格构造曲面。 操作步骤如下。 (1)单击图标 或单击【插入】/【网格曲面】/【通过曲 线网格】选项，弹出如图5.3-17“通过曲线网格”对话框。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 (2)选择主曲线:选择一条主曲线后，单击鼠标中键，该曲 线一端出现箭头;依次选择其他的主曲线(注意每条主曲线 的箭头方向应一致)，如图5.3-16(b)所示。 (3)选择交叉曲线:在“交叉曲线”选项组中单击图标 ， 选择另一方向的曲线为交叉曲线，每选择完一条交叉曲线后， 单击鼠标中键，然后选择其他交叉曲线，全部选完交叉曲线 后如图5.3-16(c)所示。 (4)在如图5.3-18所示“输出曲面选项”选项组中选择强调 方法，确定有无约束条件，然后单击【确定】按钮，曲面如 图5.3-19所示 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 注意:当曲面由三条曲线边构造时，可以将点作为第一条截 面线或最后一条截面线，其余两条曲线作为交叉曲线，如图 5.3-20所示，图(a)为主曲线和交叉曲线的选择方法;图 (b)为通过曲线网格方式创建的曲面。 5.3.4 扫掠 扫掠曲面是通过将曲线轮廓以预先描述的方式沿空间路径移 动来创建曲面，移动的曲线轮廓称为截面线，指定的移动路 径为引导线，即将截面线沿引导线运动扫描而成。它是曲面 类型中最复杂、最灵活、最强大的一种，可以控制比例、方 位的变化。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? 1(引导线 扫掠路径称为引导线串，用于在扫掠方向上控制扫掠体的方 位和比例，每条引导线可以是单段或多段曲线组成的，但必 须是光滑连续的。引导线的条数可以为1,3条。 (1)1条引导线:由用户指定控制截面线的方位和比例，如 图5.3-21所示。 (2)2条引导线:自动确定方位，比例则由用户指定，如图 5.3-22所示。 (3)3条引导线:自动控制比例和方位，如图5.3-23所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 2(截面线 截面线串控制曲面的大致形状和U向方位，它可以由单条或 多条曲线组成，截面线不必是光滑的，但必须是位置连续的。 截面线和引导线可以不相交，截面线最多可以选择400条。 如图5.3-24所示为由两条引导线和两条截面线生成的曲面。 3(脊线 脊线多用于两条非常不均匀参数的曲线间的直纹曲面创建， 此时直纹方向很难确定，它的作用主要是控制扫掠曲面的方 位、形状。在扫掠过程中，在脊线的每个点处构造的平面为 截面平面，它垂直于脊线在该点处的切线。如图5.3-25所示 为未选择脊线和选择了脊线构建的扫掠曲面。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 4(插值方法 当截面线多于一条时，必须指定介于截面线间的插值方法， 用于确定扫掠时在两组截面线串之间扫掠体的过渡形状， “插值”选项如图5.3-26所示。 (1)线性插值方法:截面线之间形成线性过渡形状, 如图 5.3-27(b)所示。 (2)三次插值方法:截面之间形成三次函数过渡形状，如图 5.3-27 (c)所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 5(方位控制——用于一条引导线 截面线沿引导线运动时，一条引导线不能完全确定截面线在 扫掠过程中的方位，需要指定约束条件来进行控制。例如， 一条截面线串在沿着引导线串扫掠时，可以是简单的平移， 也可以在平移的过程中进行转动。“方位控制”选项组如图 5.3-28所示，其控制方法有如下7种，如图5.3-29所示。 (1)固定:当截面线运动时，截面线保持一个固定方位。 (2)面的法向:截面线串沿引导线串扫掠时的局部坐标系的 Y方向与所选择的面法向相同。 (3)矢量方向:扫掠时，截面线串变化的局部坐标系的Y方 向与所选矢量方向相同，使用者必须定义一个矢量方向，而 且此矢量决不能与引导线串相切。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? (4)另一条曲线:用另一条曲线或实(片)体的边来控制截 面线串的方位。扫掠时截面线串变化的局部坐标系的Y方向 由导引线与另一条曲线各对应点之间的连线的方向来控制。 (5)一个点:仅适用于创建三边扫掠体的情况，这时截面线 串的一个端点占据一固定位置，另一个端点沿导向线串滑行。 (6)角度规律:该选项只适用于一条截面线串的情况，当截 面线沿引导线运动时，用规律曲线控制方位。 (7)强制方向:将截面线所在平面始终固定为一个方位。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 6(缩放方法——用于一条引导线 控制截面线沿引导线运动时的比例变化，UG提供的比例控制 功能如图5.3-30所示。 (1)恒定的:常数比例，截面线先相对于引导线的起始点 进 行缩放，然后，在沿引导线运动过程中，比例保持不变，默 认比例值为1。 (2)倒圆功能:圆角过渡比例，在扫掠的起点和终点处施加 一个比例，介于二者之间的部分的缩放比例是线性或三次插 值变化规律进行缩放控制。 (3)另一条曲线:类似于方位控制中的另一曲线。 (4)一个点:与另一曲线方法类似。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? (5)面积规律:截面曲线围成的面积在沿引导线运动过程中 用规律曲线控制大小，方法如图5.3-30所示。如图5.3-31(a) 所示的截面面积在扫掠过程中等于一个常数，即面积保持不 变，如图5.3-31(b)所示的截面面积沿引导线线性增加，从 Y=0到Y=a，如图5.3-31(c)所示的截面面积沿引导线按照自 由曲线比例变化。 (6)周长规律:截面曲线的周长在沿引导线运动过程中用规 律曲线控制长短。 【例5.3-4】扫掠操作实例 如图5.3-32所示,已有一条引导线、一条截面线，利用扫掠方 法、“固定的”方位控制，制作如图5.3-33所示弹簧。操作 步骤如下。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? ? (1)绘制如图5.3-32所示螺旋线和矩形。 (2)单击图标 或单击【插入】/【扫掠】/【扫掠】选项， 弹出“扫掠”对话框。 (3)选择矩形截面线，单击中键结束。 (4)单击“引导线”选项卡中 按钮，选择引导线，单击 中键结束。 (5)在“截面”选项组中按如图5.3-34所示选择对齐方法、 定位方法和缩放方法。 (6)在“设置”选项组中按如图5.3-35所示输入公差值。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? ? ? 7)单击【应用】按钮，得到的弹簧如图5.3-33所示，从图可 见，造型不够理想。 【例5.3-5】扫掠操作实例 如图5.3-36所示一条引导线、一条截面线、一条脊线，利用 扫掠方法、“另一曲线”方位控制，制作如图5.3-37所示弹 簧。操作步骤如下。 (1)绘制如图5.3-36所示螺旋线、矩形和直线。 (2)单击图标 或单击【插入】/【扫掠】/【扫掠】选项， 弹出“扫掠”对话框。 (3)选择矩形截面线，单击中键结束。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? ? ? (4)单击“引导线”选项组中 按钮，选择引导线，单击中 键结束。 (5)在“截面”选项组中按如图5.3-38所示选择对齐方法、 定位方法(另一曲线)和缩放方法。 (6)单击“脊线”选项组中 按钮，选取直线为“脊线”， 单击中键，完成选择。 (7)单击“定位”选项组中 按钮，选取直线为“方位曲 线”，单击中键，完成选择。 (8)单击【应用】按钮，得到的弹簧如图5.3-37所示。 【例5.3-6】扫掠操作实例 如图5.3-36所示，已有一条引导线、一条截面线、一条脊线， 利用扫掠方法、“另一曲线”方位控制、“面积规律”比例 方式，制作如图5.3-39所示弹簧。操作步骤如下。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? (1)绘制如图5.3-36所示螺旋线、矩形和直线。 (2)如图5.3-40所示，从绝对坐标原点绘制一条直线(与X 轴夹角为30o ，长度为30)。 (3)单击图标 或单击【插入】/【扫掠】/【扫掠】选项， 弹出“扫掠”对话框。 (4)选择矩形截面线，单击中键结束。 (5)单击“引导线”选项组中 按钮，选择引导线，单击 中键结束。 (6)在“截面”选项组中按如图5.3-41所示选择对齐方法、 定位方法，确定缩放方法为“面积规律”，选择“根据规律 曲线”方式。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? ? (7)单击“选择规律曲线” 按钮，选择如图5.3-42所示 直线为“规律曲线”，单击中键。 (8)单击“脊线”选项组中 按钮，选取如图5.3-42所示直 线为“脊线”，单击中键，完成选择。 (9)单击“定位”选项组中 按钮，选取如图5.3-42所示直 线为“方位曲线”，单击中键，完成选择。 (10)单击【应用】按钮，得到的弹簧如图5.3-39所示。 【例5.3-7】创建瓶体实例 由如图5.3-43所示曲线，利用扫掠、抽壳等操作方法创建如 图5.3-44所示瓶体。操作步骤如下。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? (1)绘制如图5.3-43所示曲线。 (2)单击图标 或单击【插入】/【扫掠】/【扫掠】选项， 弹出“扫掠”对话框。 (3)按如图5.3-45所示依次选取五条截面线和两条引导线。 选取截面线时应注意箭头方向要一致。 (4)按如图5.3-46所示选择插值、对齐、缩放方法。 (5)单击“脊线”选项卡中 按钮，选择图5.3-45中直线为 “脊线”。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 (6)单击【应用】按钮，得到的瓶体如图5.3-47所示。 (7)单击图标 或单击【插入】/【偏置/缩放】/【抽壳】 选项，系统弹出如图5.3-48(a)所示“壳单元”对话框,选择 如图5.3-47所示面为“要冲裁的面”，设置厚度为“2”。 (8)单击【确定】按钮，完成瓶体的创建，如图5.3-48(b) 所示。 5.3.5 截面特征 截面特征是把一个曲面想象成过若干条截面线，每条截面线 在一个平面上，截面线的起点、终点分别位于指定的控制曲 线上，它的切矢可从控制曲线上获得。控制曲线对应于U方 向，截面曲线对应于V方向。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? 例如图5.3-49给定了4条控制曲线:起点、终点的控制曲线决 定了曲面的首末端;起点、终点切矢控制曲线分别控制截面 线的起点和终点的切矢;由每个截面上两条切矢的交点产生 顶点曲线。脊线的作用使得平面与脊线总是保持垂直。 截面特征的构造方法如图5.3-50所示 。 1(基本概念 (1)截面类型(U向阶次):截面类型是指截面曲线在U方 向的类型，它所在的平面与脊线垂直，有以下3种类型。 ?二次曲线:提供一个逼真、精确的二次截面形状，而且不 产生反向曲率。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? ? ? ?三次:三次截面类型的截面线与二次曲线形状大致相同， 但生成曲面具有更好的参数化，但不生成精确的二次截面形 状，采用逼近方法，例如:当Rho大于0.75时，产生的截面曲 线不像二次形状，因此，三次截面类型的Rho? 0.75。 ?五次:曲面是五次的，沿V方向的曲面片之间为曲率连续。 注意:圆角-桥接、端点-斜率-Rho以及端点-斜率-三次构造方 法不能用二次曲线类型。 (2)拟合类型(V向阶次):这个选项控制V方向的次数和 形状，即与脊线平行方向的曲线形状。 ?三次:曲面为三次，曲面片之间为切矢连续。 ?五次:曲面为五次，曲面片之间为曲率连续。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? (3)创建顶线:如图5.3-49所示，顶线是由截面曲线起点与 终点切矢相交形成的曲线，通常用来作为公共切矢控制曲线。 (4)顶线(Hilite):顶线是一条二次曲线，该曲线通过两 个点，并且与三条直线相切，需要指定点和曲线端点的斜率， 然后再需要定义一条与二次曲线相切的线。 (5)脊线:脊线的作用是控制截面线所在平面的方向，在建 立曲面时，系统在脊线的各个点上构造一个截平面，截平面 与脊线上的该点的切线相垂直，如图5.3-51所示。 (6)投射判别式:如图5.3-52所示，Rho投射判别式是控制 二次截面线“丰满度”的一个比例值，Rho值对曲面形状影 响如图5.3-53所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 2(几种创建方法介绍 在下面的各种方法中，为了表示方便，图形表示的是某一个 任意截面，实际上所有的点(+)都落在给定的控制曲线上。 (1) 端点—顶点—肩点:输入4条曲线，曲面过起始引导 线、肩曲线、终止引导线，首末端点处的切矢由两个切矢交 点的顶点曲线控制，如图5.3-54所示。 (2) 端点—斜率—肩点:输入5条曲线，曲面过起始引导 线、肩曲线、终止引导线，首末端点处的切矢分别由两个切 矢端点曲线控制，如图5.3-55所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 (3) 端点—顶点—Rho:输入3条曲线和一条脊线，曲面 过起始引导线、终止引导线，首末端点处的切矢由两个切矢 交点的顶点曲线控制，曲线的丰满程度由Rho值决定，如图 5.3-56所示。 (4) 圆角—Rho:在分别位于两个曲面上的两条曲线之 间形成一个光滑倒圆面，每个截面的曲线丰满程度由对应的 Rho值控制，曲面的长度由脊线的长度控制，如图5.3-57所示。 其中图(a)为生成的曲面，图(b)为其中的一个截面。 (5) 端点—顶点—顶线:输入5条曲线和一条脊线，曲面 过起始引导线、终止引导线，切矢由顶点曲线控制，生成的 曲线与一条直线相切，如图5.3-58所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? ? ? (6) 圆角—桥接:在分别位于两个曲面上的两条曲线之间 形成一个光滑桥接面，如图5.3-59所示。同桥接曲线操作类 似，每个截面线连续性可以匹配端点的切矢或曲率，也可以 选择一个样条曲线，作为截面曲线要继承形状的参考曲线， “截面控制”选项组如图5.3-60所示。 ?相切:特征与边界曲面相切连续过渡。 ?曲率:特征与边界曲面曲率连续过渡。 ?继承形状:特征与边界曲面相切连续，其截面形状与所选 择的曲线相似。 ?控制 区域:调整桥接深度和扭矢的范围。 ?桥接深度:桥接深度控制曲率对曲面形状的影响，如图 5.3-61所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ?桥接扭矢:桥接扭矢是指曲率沿曲面转动的变化率。 (7) 五点:输入5条曲线和一条脊线，5条控制曲线必须 是不同的，但脊线可以选择5条曲线中的一条。操作时只要选 择相应的控制曲线即可，如图5.3-62所示。 5.3.6 截面操作实例 【例5.3-8】在如图5.3-63(a)所示两曲面间建立圆角—桥接 曲面，创建结果如图5.3-63(b)所示。操作步骤如下。 (1)单击图标 ，在“剖切曲面”对话框选择“圆角—桥 接”类型;或单击【插入】/【网格曲面】/【截面】/【由圆 角-桥接创建截面】选项，如图5.3-64所示。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? (2)按如图5.3-64所示，在“截面控制”选项组中选择“相 切”的连续方式。 (3)按如图5.3-63(a)所示，选取起始引导线、终止引导 线，然后，选择起始曲面和终止曲面。 (4)在“截面控制”选项组中进行截面参数的调整，单击 【确定】按钮完成操作，曲面如图5.3-63(b)所示。 【例5.3-9】如图5.3-65(a)所示，利用五点方式建立曲面， 然后在两曲面间建立圆角—桥接曲面，结果如图5.3-65(b) 所示。 (1)单击图标 ，在“剖切曲面”对话框选择“五点”类 型;或单击【插入】/【网格曲面】/【截面】/【由五点创建 截面】选项，如图5.3-66(a)所示。 (2)选择5.3-66(b)所示起始引导线、终止引导线，并依 次选取第1、2、3内部引导线。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 ? ? (3)选取脊线，单击【确定】按钮;得到如图5.3-67所示曲 面。 (4)在“剖切曲面”对话框“类型”选项组中单击图标 选择“圆角—桥接”方法，选择“相切”的连续方式。 (5)按如图5.3-68所示选择起始引导线、终止引导线;然后 依次选择起始曲面、终止曲面以及脊线。 (6)在弹出的“深度和歪斜”选项卡中进行截面参数的调整， 单击【应用】按钮完成操作，曲面如图5.3-69所示。 (7)在“圆角—桥接”对话框继续进行下一桥接曲面的操作。 上一页 下一页 返回 5.3 由曲线构造曲面 (8)按如图5.3-70所示选择起始引导线、终止引导线;然后 依次选择起始曲面、终止曲面以及脊线。 (9)在弹出的“深度和歪斜”选项组中进行截面参数的调整， 单击【应用】按钮完成操作，曲面如图5.3-71所示。 (10)完成截面方法创建曲面，结果如图5.3-72所示。 上一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? 5.4.1 桥接曲面 1(桥接曲面功能 桥接曲面是在两个主曲面之间构造一个新曲面，过渡曲面与 两个曲面的连续条件可以采用切矢连续或曲率连续两种方法， 同时，为了进一步精确控制桥接片体的 形状，可选择另外两 组曲面或两组曲线作为曲面的侧面边界条件。桥接曲面使用 方便，曲面连接过渡光滑，边界条件灵活自由，形状编辑宜 于控制，是曲面间过渡的常用方法。如图5.4-1(a)所示是 用侧面边界控制形状，图5.4-1(b)所示是用侧边控制形状。 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? 桥接曲面与边界曲面相关联，当边界曲面编辑修改后，曲面 会自动更新。 2(操作步骤 (1)单击图标 或单击【插入】/【细节特征】/【桥接】选 项，出现如图5.4-2所示的“桥接”对话框，在对话框中选择 连续条件。 (2)选择要桥接的两个主曲面，注意两个主曲面的箭头方向 应一致。如果需要邻接的侧曲面，选择侧曲面或侧边，如图 5.4-3所示。 (3)单击【应用】按钮，得到如图5.4-4所示的曲面。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 (4)如果未选择侧曲面或侧边，桥接曲面如图5.4-5所示， 单击【拖动】按钮，弹出如图5.4-6所示“拖拉桥接曲面”对 话框。选择图5.4-7中的桥接曲面右侧，显示出切矢方向，沿 箭头方向，单击鼠标左键，或按住左键拖动，其形状就沿着 箭头方向改变，在边界处的连续条件并不改变。如果希望回 到桥接曲面的原始状态，单击【重置】，否则单击【确定】 按钮，得到如图5.4-8所示的曲面。 5.4.2 N-边曲面 利用封闭的多条曲线或边(不受条数限制)构成曲面，或指 定一个约束曲面(边界曲面)，将新曲面补到边界曲面上， 形成一个光滑的曲面。利用图5.4-9(a)上6条直边可以构成 一个封闭环，在环内补拼一个曲面与6个边界曲面光滑拼接， 如图5.4-9(b)所示。而图5.4-9(c)为改变了形状控制条件 得到的不同曲面。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? ? 1(类型 N-边曲面特征对话框如图5.4-10所示，其中提供了N-边曲面 特征能够生成的种类。 (1)已修剪:由封闭曲线构成的环生成一张单面，覆盖在相 应的区域上，如图5.4-11所示。 ?外部环:选择边界曲线。 ?约束面:选择边界曲面。 (2)三角形:由多个三角片构成新表面，以中心点连接这些 三角片，在选择了边界线和边界面后，系统自动生成一个临 时曲面，在如图5.4-12所示“形状控制”的选项组中，用户 可以调整相应的参数以调整新曲面的形状。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? ?曲面连续性:控制新曲面在边界曲线上与边界面之间的几 何连续条件，用G0表示位置连续、G1表示相切连续、G2表 示曲率连续，如图5.4-13所示。 ?中心控制:可以改变曲面的形状，如图5.4-14所示为Z分量 对曲面的影响。 2(实例操作 【例5.4-1】利用如图5.4-15所示曲线，建立五角星曲面，操 作步骤如下。 (1)单击图标 或单击【插入】/【网格表面】/【N边曲面】 选项，弹出“N边曲面”对话框，如图5.4-15(b)所示。 (2)选择N边曲面的类型为“三角形”，依次选择所有直线 为边界曲线。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 (3)打开“形状控制”选项组，选择“中心控制”方式为 “位置”，按如图5.4-15(b)所示调整中心平面、Z参数， 预览结果。 (4)单击【确定】按钮，结果如图5.4-15(a)所示。 5.4.3 曲面延伸和按规律延伸 在曲面设计中经常需要将曲面向某个方向延伸，主要用于扩 大曲面片体。延伸通常采用近似的方法建立，但如果原始曲 面是B-曲面，则延伸的结果可能与原来的曲面相同，也是B曲面。 延伸的曲面是独立曲面，如果与原有曲面一起使用，必须通 过缝合特征构成一个曲面。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? 1(曲面延伸 延伸曲面根据延伸的边界条件，可以有若干种延伸类型，对 话框如图5.4-16所示。 1)相切延伸 延伸曲面与一个已有面(称为基面)在边界上具有相同的切 平面，延伸长度可以采用“固定长度”或“百分比”长度两 种方法，在按“百分比”长度延伸时又可以选择“边延伸” 或“拐角延伸”方法，“相切延伸”对话框如图5.4-16所示， 延伸结果如图5.4-17和图5.4-18所示。 (1)固定长度:延伸长度按照指定的长度值。负数向相反方 向。 (2)百分比:按照原曲面(0,100,)的百分比进行延伸。 角点只能通过百分比延伸。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? 2)垂直于曲面延伸 在曲面的一条曲线上沿着与曲面垂直的方向延伸，延伸长度 为延伸方向(曲面上的曲线第一点的法向)测量值，如果值 为负，则向相反方向延伸，如图5.4-19所示。 3)有角度的延伸 沿与曲面呈一个角度的方向延伸，得到延伸曲面，系统临时 显示两个方向矢量，一个方向矢量与基面相切，另一个方向 矢量则垂直于基面，如图5.4-20所示。 4)圆的延伸 在延伸方向的横截面上是一圆弧，圆弧半径与所选择的曲面 边界的曲率半径相等，并且，曲面与基面保持相切，构成的 圆弧延伸。当延伸长度为正时，如图5.4-21中的箭头，延伸 长度值为负，则向相反方向延伸。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? ? ? ? 注意:圆弧延伸的边界必须是等参数边，修剪过后边界不能 延伸。 2(曲面延伸实例操作 延伸曲面的基本步骤是相同的，不同的延伸类型仅在个别步 骤中略有区别。 【例5.4-2】将如图5.4-22所示曲面沿指定曲线或边进行延伸， 操作步骤如下。 (1)单击图标 或单击【插入】/【曲面】/【延伸】选项， 弹出曲面“延伸”的对话框。 (2)选择延伸类型和长度方法:依次单击【相切的】/【固 定长度】按钮，如图5.4-23所示。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 (3)在屏幕上选择基面，即要延伸的曲面，选择边缘1，按 如图5.4-23所示输入延伸长度或角度，单击【确定】按钮， 延伸结果如图5.4-24所示。 (4)在“曲面延伸”对话框中单击【垂直于曲面】，选择基 面，然后选择边缘曲线2，输入延伸长度5，单击【确定】按 钮，结果如图5.4-25所示。 注意:操作时需要选择曲面上的一条曲线，因此，要先在曲 面上建立曲线。若在曲面的边上延伸，不能直接选择边，必 须预先使用【抽取】选项抽出曲 面的边线。 (5)在曲面延伸对话框中单击【有角度的】按钮，选择基面， 然后，选择曲面上曲线3，输入延伸长度和延伸角度，单击 【确定】按钮，如图5.4-26所示。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 5.4.4 曲面偏置 曲面偏置用于在曲面上建立等距面，系统通过法向投影方式 建立偏置面，输入的距离称为偏置距离，偏置所选择的曲面 称为基面。 1(曲面偏置 如图5.4-27所示，给定偏置值，与偏置方向相同，偏置值为 正。否则，偏置值为负。 2(偏置曲面实例操作 【例5.4-3】创建如图5.4-28所示曲面的等距偏置面。操作步 骤如下。 ? 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? (1)单击图标 或单击【插入】/【偏置/缩放】/【偏置曲 面】选项，弹出“偏置曲面”对话框，如图5.4-29所示。 (2)在屏幕上选择基面，如图5.4-30所示，可预览偏置曲面， 选择箭头能实时拖动偏置面，或者在“偏置”文本框中输入 偏置值。 (3)单击【确定】按钮，完成操作，结果如图5.4-31所示。 注意:在偏置曲面的时候，可激活【列表】选项卡，选取任 何类型的单一曲面或多个面同时进行偏置操作。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? 5.4.5 圆角曲面 1(概述 圆角曲面用于在两组曲面之间建立常数或可变半径的相切圆 角曲面，可以选择是否修剪原始曲面。倒圆角面可以在曲面 上倒圆角，也可以在实体上倒圆，其功能比边倒圆角要强得 多，特别适合于实体倒圆角失败时。 2(圆角类型 圆角类型是指圆角在其横截面上的形状，使用边倒圆角时， 截面总是圆弧，而面倒圆角则可以使用圆形和二次曲线进行 倒圆角。圆角半径可以是常数，按规律变化，或相切控制。 ? 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 (1)圆形:圆形圆角与边倒圆角相似，生成的截面为圆形， 如图5.4-32(a)所示，圆角横截面位于垂直于两组曲面的平 面内，圆角半径沿整个长度方向变化可以采用:常数、规律 控制、相切控制。 (2)二次曲线:圆角的截面形状为二次曲线，如图5.4-32 (b)所示，可以控制两个偏置和一个Rho，还必须用一条脊 柱线来定义二次曲线的截平面。 3(控制方式 在倒圆曲面沿某个方向生成时，截面曲线的半径是可变的， 有以下4种控制方式。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? (1)恒定的:圆角半径值是固定数值，如图5.4-33(a)所 示。 (2)线性:半径的变化从首端到末端是线性变化的，如图 5.4-33(b)所示。 (3)S型:半径的变化从首端到末端是S形变化的，如图5.433(c)所示。 (4)一般:半径的变化从首端到末端是受任意半径控制的， 在选择了脊线后，在脊线的指定点上，输入对应的半径，可 得到所需的形 状，如图5.4-33(d)所示。 【例5.4-4】在如图5.4-34(a)所示二曲面间创建倒圆角面。 操作步骤如下。 (1)单击图标 或单击【插入】/【细节特征】/【圆角】 选项。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? ? ? (2)选择第一个面，确认曲面法向方向:单击【是】按钮确 认或单击【否】按钮反向。 (3)选择第二个面，确认曲面法向方向，法向方向如图5.434(b)所示。 注意:两个面所指定的方向指向生成倒圆面的一侧。 (4)选择如图5.4-34(b)所示脊线。 (5)选择【创建圆角-是】和【创建曲线-否】，单击【确定】 按钮。 (6)选择截面类型为【圆的】。 (7)选择半径控制类型为【常规】。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? (8)指定起始点为点1，输入半径值“5”，单击【确定】按 钮，选择生成倒圆角面的方向，单击【是】确认或单击【否】 反向。 (9)指定点2，输入该点的半径值为“15”，单击【确定】按 钮。 (10)指定点3，输入该点的半径值“10”，单击【确定】按 钮。如果不再输入点，再次单击【确定】按钮，完成操作， 得到如图5.4-34(c)所示的圆角曲面。操作顺序如图5.4-35 所示。 5.4.6 扩大曲面 对未裁剪的片体或表面，为改变曲面尺寸，进行扩大或缩小 操作，生成的特征与原曲面相关。如图5.4-36(a)所示为原 始曲面。图5.4-36(b)所示为曲面的U和V向。图5.4-36(c) 所示为在U向扩大了的曲面。图5.4-36(d)所示为在V向缩小 了的曲面。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? ? 【例5.4-5】建立如图5.4-37所示曲面的扩大曲面。操作步骤 如下。 (1)在“编辑曲面”工具条中单击“扩大”图标 或单击 【编辑】/【曲面】/【扩大】选项，弹出如图5.4-38(a)所 示的“扩大”对话框。 (2)选择要放大的曲面，如图5.4-38(b)所示。 (3)选择扩大的类型。 ?线性:按线性扩大曲面。 ?自然:沿自然样条扩大曲面。 (4)在如图5.4-38(a)所示的对话框中用光标分别拖动4个 滑块，观察曲面变化。或者在编辑框中输入数据，得到有精 确尺寸的曲面。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 (5)单击【确定】按钮，创建的扩大曲面如图5.4-37(b) 所示。 5.4.7 修剪片体 修剪片体是通过投影边界轮廓线对片体进行修剪，例如，要 在一张曲面上挖一个洞，或裁掉一部分曲面，都需要曲面具 有裁剪功能。其结果是关联性的修剪片体。 单击图标 或单击【插入】/【修剪】/【修剪的片体】选项， 弹出“修剪的片体”对话框如图5.4-39所示。 上一页 下一页 返回 5.4 其他构造曲面 ? ? ? ? 1(选择步骤 (1)目标片体:选择需要修剪的目标片体。 (2)边界对象:用于选择作 为修剪边界的曲线