MasterCAM第4章 曲 面 的 構(gòu) 建,4.1 曲面構(gòu)建環(huán)境 4.2 三維線框模型 4.3 構(gòu) 建 曲 面 4.4 曲 面 編 輯 4.5 曲 面 曲 線 4.6 曲面構(gòu)建綜合實(shí)例,4.1 曲面構(gòu)建環(huán)境,4.1.1 MasterCAM的坐標(biāo)系統(tǒng) MasterCAM的作圖環(huán)境有兩種坐標(biāo)系，即系統(tǒng)坐標(biāo)系和工作坐標(biāo)系。系統(tǒng)坐標(biāo)系是Mastercam中固定不變的的坐標(biāo)系，滿足右手法則，如圖4-1所示。工作坐標(biāo)系（Work Coordinate System）是用戶在設(shè)置構(gòu)圖平面時(shí)所建立的坐標(biāo)系。,為使工作方便，MasterCAM中在不同的場(chǎng)合使用了特定的坐標(biāo)顯示系統(tǒng)，而這些坐標(biāo)顯示系統(tǒng)有什么不同，均必須有一個(gè)基準(zhǔn)的坐標(biāo)系來(lái)描述，或者說(shuō)供參照用，這個(gè)坐標(biāo)系就是工作坐標(biāo)系（WCS）。不同的情況，工作坐標(biāo)系的顯示不一樣。在頂面觀察（俯視）時(shí)如圖4-2，Z軸的正方向垂直屏幕指向用戶。,點(diǎn)擊“WCS坐標(biāo)：T”，會(huì)彈出 “視角管理”對(duì)話框。對(duì)話框中目前所列出的是系統(tǒng)已定義了的各個(gè)視角，序號(hào)是1、2到8，以后你自己可以新建視角并命名，命名的視角也可以在對(duì)話框中顯示出來(lái)。,4.1.2 構(gòu)圖平面和圖形視角 在MasterCAM中引入構(gòu)圖平面的概念是為了將復(fù)雜的三維繪圖簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的二維繪圖。構(gòu)圖平面是用戶當(dāng)前要使用的繪圖平面，與工作坐標(biāo)系平行。設(shè)置好構(gòu)圖平面后，則所繪制的圖形都在構(gòu)圖平面上，如構(gòu)圖平面設(shè)置為俯視圖，則所繪制的圖形就產(chǎn)生在平行于俯視圖的構(gòu)圖面上。,圖形視角的設(shè)置是用來(lái)觀察三維圖形在某一視角的投影視圖，圖形視角表示的是當(dāng)前屏幕上圖形的觀察角度，但用戶所繪制的圖形不受當(dāng)前視角的影響，而是由構(gòu)圖平面與工作深度來(lái)確定。,4.1.3 工作深度 工作深度是用戶繪制出的圖形所處的三維深度，是用戶設(shè)置的工作坐標(biāo)系中的Z軸坐標(biāo)。通過(guò)工作深度的設(shè)置可使用戶在二維圖形中繪制出具備三維Z軸深度的圖形。,設(shè)置方法：點(diǎn)擊次功能表中“Z”，直接從鍵盤輸入數(shù)值或從屏幕上選取已存在的點(diǎn)來(lái)設(shè)定工作深度。 Z軸深度指的是第三軸的深度，如構(gòu)圖面為前視圖時(shí)，Z軸深度是指Y軸的深度。,4.2 三維線框模型,三維線框模型是以物體的邊界來(lái)定義物體， 其體現(xiàn)的是物體的輪廓特征或物體的橫斷面特征。三維線框模型不能直接用于產(chǎn)生三維曲面刀具路徑。MasterCAM的曲面造型通常需要事先繪制好三維線框模型，然后在此模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建出曲面。,三維線框模型是物體的抽象表示，它的構(gòu)建是MasterCAM進(jìn)行曲面和實(shí)體造型的基礎(chǔ)，沒有一個(gè)事先構(gòu)建好的線框模型就不能很好地進(jìn)行曲面和實(shí)體的構(gòu)建。 在三維線框模型的構(gòu)建中要靈活地運(yùn)用構(gòu)圖平面、工作深度和圖形視角的設(shè)置，并且還要在三維空間中比較好的應(yīng)用圖形的轉(zhuǎn)換。下面通過(guò)幾個(gè)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。,一、直紋曲面三維線框模型的構(gòu)建實(shí)例 二昆氏曲面三維線框模型的構(gòu)建實(shí)例 三線框圖形的三維空間轉(zhuǎn)換,1準(zhǔn)備好圖411所示三維線框模型 本例將對(duì)其進(jìn)行鏡像、旋轉(zhuǎn)、平移等操作。 2設(shè)置圖層名字,圖418 圖層管理員對(duì)話框,3鏡像操作,圖420 鏡像后的結(jié)果,圖421 前視圖構(gòu)圖面中的X、Y軸的指向,圖422 在前視圖構(gòu)圖面中選取Y軸進(jìn)行鏡像的結(jié)果,4旋轉(zhuǎn)操作,圖423 旋轉(zhuǎn)前圖形,圖424 旋轉(zhuǎn)對(duì)話框,圖425 旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果,圖426 側(cè)視圖構(gòu)圖面以P2 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果,圖427 前視圖構(gòu)圖面以P1點(diǎn) 旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果,5平移操作,圖428 平移設(shè)置對(duì)話框,圖429 平移后結(jié)果,4.3 構(gòu) 建 曲 面,4.3.1 曲面的基本概念和分類 曲面是用數(shù)學(xué)方程式來(lái)定義物體表面的形狀表現(xiàn)，一個(gè)曲面包含有多個(gè)段面（sections）或綴面（patches），它們?nèi)劢釉谝黄鸲纬梢粋€(gè)圖素。使用曲面造型可以很好地表達(dá)和描述物體的形狀，曲面造型已廣泛地運(yùn)用于汽車、輪船和飛機(jī)機(jī)身以及各種模具和模型的設(shè)計(jì)和造型中。,曲面可分為三大類型，即幾何圖形曲面、自由型式曲面和編輯過(guò)的曲面。 幾何圖形曲面具有固定的幾何形狀，是用直線、圓弧、平滑曲線等圖素所產(chǎn)生的，例如：球體、圓錐、圓柱、以及牽引曲面、旋轉(zhuǎn)曲面和實(shí)體曲面等。,自由型式的曲面不是特定的幾何圖形，通常根據(jù)直線和曲線來(lái)決定其形狀。這些曲面需要復(fù)雜而難度高的曲面技術(shù)，如昆氏曲面、直紋曲面、舉升曲面、掃描曲面等。 編輯過(guò)的曲面是由編輯已有的曲面而產(chǎn)生的，如補(bǔ)正曲面、修整延伸曲面、曲面倒圓角、曲面熔接等。 MasterCAM的曲面類型如表4-1所示。,4.3.2 直紋、舉升曲面 直紋、舉升曲面是有兩個(gè)或兩個(gè)以上的外形以熔接的方式而形成的一個(gè)曲面，其中直紋曲面以直線的方式熔接，而舉升曲面以拋物線的方式熔接。 一、兩個(gè)外形的直紋曲面構(gòu)建實(shí)例 二、三個(gè)及三個(gè)以上外形的舉升曲面的構(gòu)建 1 1. 繪制線架模型,注意： 本例中如果構(gòu)建三個(gè)外形的直紋曲面其結(jié)果如圖4-39所示，其與舉升曲面的區(qū)別是直紋曲面以直線形式連接各個(gè)外形，而舉升曲面以拋物線形式進(jìn)行連接。 在構(gòu)建曲面時(shí)請(qǐng)注意外形的選取次序，如果選取圓1，再選圓3，最后是矩形2，則舉升曲面的構(gòu)建結(jié)果如圖4-40。, 為了保證曲面連接的正確，需要對(duì)某些外形圖素進(jìn)行打斷處理。圖4-41所示曲面產(chǎn)生了扭曲，是因?yàn)闆]有對(duì)矩形進(jìn)行打斷處理。 外形要光滑，要避免尖角，否則會(huì)出現(xiàn)曲線的銳角部分將被忽略，請(qǐng)按【Enter】鍵繼續(xù)。,圖4-39 構(gòu)建出的直紋曲面,圖4-40 外形選取次序?qū)η娼Y(jié)果的影響,圖4-41 曲面產(chǎn)生了扭曲,4.3.3 昆氏曲面 昆氏曲面是用四條邊界曲線定義，由許多綴面組合而形成的一張曲面。如圖4-42所示。 昆氏曲面的構(gòu)建有兩種方法，即自動(dòng)選取和手動(dòng)選取。自動(dòng)選取可能因?yàn)榉制琰c(diǎn)太多，以至于不能順利地構(gòu)建昆氏曲面，故在實(shí)際操作中一般選擇手動(dòng)選取的方法。,圖4-42 昆氏曲面,在建立昆氏曲面之前，首先要明確切削方向、截?cái)喾较蚝途Y面數(shù)的設(shè)置。 當(dāng)設(shè)置好一個(gè)方向?yàn)榍邢鞣较蚝螅瑒t另一 個(gè)方向?yàn)榻財(cái)喾较?。在一個(gè)開放的模式中，切削方向和截?cái)喾较蚩梢匀我馓鎿Q；但在一個(gè)閉合的模式中，切削方向只能為閉合的環(huán)繞方向，于之相交的方向才為截?cái)喾较颉?一、開放模式昆氏曲面的構(gòu)建 二、閉合模式昆氏曲面的構(gòu)建,4.3.4 旋轉(zhuǎn)曲面 旋轉(zhuǎn)曲面是把幾何圖素繞著某一軸或某一直線旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的曲面。 旋轉(zhuǎn)曲面可用多個(gè)圖素串聯(lián)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所得到的曲面數(shù)目就等于所有串聯(lián)之圖素的數(shù)目。,旋轉(zhuǎn)角度由用戶選取旋轉(zhuǎn)軸時(shí)的那一端點(diǎn)來(lái)進(jìn)行確定，不能使用負(fù)值，但能通過(guò)選擇旋轉(zhuǎn)軸的另一端來(lái)確定相反的旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)的方向永遠(yuǎn)是沿著選取旋轉(zhuǎn)軸的端點(diǎn)向另一端觀看的順時(shí)針方向，滿足右手螺旋法則。,4.3.5 掃描曲面 掃描曲面是將物體的斷面外形沿著一個(gè)或兩個(gè)軌跡曲線移動(dòng)，或是把兩個(gè)斷面外形沿著一個(gè)軌跡曲線移動(dòng)而得到的曲面。 MasterCAM提供了三種形式的掃描曲面，以下分別以實(shí)例的形式加以說(shuō)明。,一、一個(gè)截?cái)喾较蛲庑魏鸵粋€(gè)切削方向外形 說(shuō)明： 1） 如果選取R平移/旋轉(zhuǎn)為T（平移方式），則掃描曲面構(gòu)建如圖4-56所示。,2） 掃描曲線的外形要求光滑，不能有尖角。假如圖4-53所示外形沒有倒圓角，則在構(gòu)建掃描曲面時(shí)，需要確定“曲面的銳角部分將被忽略，請(qǐng)按【Enter】鍵繼續(xù)”，掃描出的效果端部放大如圖4-57所示。 二、一個(gè)截?cái)喾较蛲庑魏蛢蓚€(gè)切削方向外形 三、兩個(gè)截?cái)喾较蛲庑魏鸵粋€(gè)切削方向外形,4.3.6 牽引曲面 牽引曲面是將物體的斷面外形或基本曲線筆直地沿著一特定的方位拉伸而形成的曲面。牽引曲面受牽引方向、牽引長(zhǎng)度和牽引角度的影響。 牽引曲面可以串聯(lián)多個(gè)圖素來(lái)產(chǎn)生，其曲面的數(shù)目等于所串聯(lián)圖素的數(shù)目。,4.4 曲 面 編 輯,4.4.1 曲面倒圓角 曲面倒圓角可以把所選取的兩組曲面通過(guò)圓角進(jìn)行過(guò)渡，其主要用于將兩組相交曲面平滑過(guò)渡及把物體的端部倒圓角處理的情況。曲面倒圓角有平面/曲面倒圓角、曲線/曲面倒圓角、曲面/曲面倒圓角三種方式，其中曲面/曲面倒圓角是使用最多的一種。,一、平面/曲面倒圓角 二、曲線/曲面倒圓角,圖4-75 原始曲面和曲線,圖4-77 曲面倒圓角結(jié)果,三、曲面/曲面倒圓角,C2 C1,圖4-78 曲面/曲面倒圓角原始曲面,圖4-79 設(shè)置曲面的方向,圖4-80 曲面/曲面倒圓角后結(jié)果,注意： 曲面和曲面倒圓角時(shí)要注意檢查兩組曲面的法線方向，要求兩組曲面的法線方向都要指向倒圓角曲面的圓心。如圖4-82a所示兩張曲面，當(dāng)曲面法線如圖4-82b所示時(shí)，倒圓角后如4-82b圖所示；當(dāng)曲面法向如圖4-82c所示時(shí)，倒圓角后如圖4-82c所示。 兩曲面倒圓角時(shí)，要考慮圓角半徑不要設(shè)置得太大，以至于在兩曲面中容納不下倒圓角曲面。,圖4-81 曲面對(duì)曲面倒圓角對(duì)話框,圖4-82 曲面法向?qū)Φ箞A角的影響,a b c,四、變化半徑倒圓角,4.4.2 曲面偏移 曲面偏移可以按指定的偏移距離把所選取的曲面沿著曲面的法線方向偏距而產(chǎn)生另一張曲面。偏移距離如果為負(fù)值則偏距的方向?yàn)榍娣ň€的相反方向，可以更改曲面的法線方向來(lái)改變曲面的偏移方向。編輯過(guò)的曲面不可用于曲面的偏移。,4.4.3 曲面修剪延伸 曲面的修剪、延伸可以把已有的曲面修剪或延伸為修剪后的曲面。要使用修剪功能必須有一個(gè)已存在的曲面和至少一個(gè)作為修剪的邊界，可以使用曲線、曲面、平面作為邊界來(lái)操作。其修剪、延伸方法見下面的實(shí)例。,一、修剪至曲線實(shí)例 二、修剪至平面 三、修剪至曲面 四、平面修整 平面修整是指通過(guò)指定的邊界構(gòu)建一個(gè)平的曲面,五、曲面分割 曲面分割操作可以把原始曲面在指定的方向分割成兩個(gè)曲面 六、曲面延伸 曲面延伸操作可以將一個(gè)曲面沿其某一邊界延伸。延伸出的曲面在邊界處與原始曲面相切，并且曲面的種類、精度與原始曲面相同。,4.4.4 曲面熔接 曲面熔接是指把兩個(gè)已存在的曲面通過(guò)光滑曲面連接，并且所熔接的曲面與兩個(gè)已存在曲面相切。 熔接曲面的構(gòu)建方式有三種：兩曲面熔接、三曲面熔接、三圓角曲面等。 一、兩曲面熔接 二、三曲面熔接、圓角熔接,4.5 曲 面 曲 線,曲面曲線是指通過(guò)已有的曲面或平面來(lái)繪制曲線。一般都可以既生成曲線又生成曲面曲線，而曲面曲線只用于曲面休整的情況。 有以下幾種方法構(gòu)建曲面曲線：,4.5.1 指定位置 用于在曲面的指定位置上生成曲線或曲面曲線。 4.5.2 綴面邊線 綴面邊線可以在參數(shù)式曲面上構(gòu)建出網(wǎng)格狀曲線。,4.5.3 曲面流線 準(zhǔn)備原始曲面（可以是參數(shù)式，也可以是NURBS曲面）； 4.5.4 動(dòng)態(tài)繪線 動(dòng)態(tài)繪線是指用鼠標(biāo)在曲面上任意取點(diǎn)，而繪制出曲線或曲面曲線。,4.5.5 剖切線 剖切線是指用平行且等距的平面對(duì)曲面進(jìn)行剖切而得到的多條曲線或曲面曲線。 4.5.6 交線 交線用于在兩組相交曲面間構(gòu)建曲面的交線。,4.5.7 投影線 投影線是外形輪廓投影到曲面而得到投影曲線或投影曲面曲線。,投影線的構(gòu)建方法有兩種：以垂直于構(gòu)圖平面的的法線方向進(jìn)行投影和垂直于曲面的法線方向的投影，兩種方法得到的投影曲線有很大區(qū)別。垂直于構(gòu)圖平面的的法線方向進(jìn)行投影與用戶當(dāng)前設(shè)置的構(gòu)圖平面有直接關(guān)系；而垂直于曲面的法線方向的投影與外形曲面的距離有直接關(guān)系，一般此種投影用于曲面與外形相距比較小的情況。,4.5.8