第五章

曲面建模實(shí)例目錄第二節(jié)曲面建模常用命令介紹第三節(jié)小家電外殼建模實(shí)例第四節(jié)手機(jī)外殼底板曲面建模第一節(jié)曲面建模概述第一節(jié)曲面建模概述曲面生成的基本原理CAD/CAM軟件中，曲面通常是以樣條的形式來表達(dá)的，因此又稱為樣條曲面或自由曲面。1．曲線和曲面的表達(dá)曲線、曲面有三種常用的表達(dá)方式，即顯式表達(dá)、隱式表達(dá)和參數(shù)表達(dá)。2．自由曲線的生成原理雖然NURBS是目前最流行的自由曲線與自由曲面的表達(dá)方式，但由于它的生成原理和表達(dá)式相對(duì)較為復(fù)雜，不容易理解。3．自由曲面自由曲面的生成原理可以看作是自由曲線生成原理的擴(kuò)展。4．曲線、曲面的若干基本概念曲面建?；靖拍?.片體是指一個(gè)或多個(gè)沒有厚度概念的面的集合，通常所說的曲面也就是片體。2.U、V方向

曲面的參數(shù)表達(dá)式一般使用U、V參數(shù)，因此曲面的行與列方向用U、V來表示。3.階數(shù)在計(jì)算機(jī)中，曲面是用一個(gè)(或多個(gè))方程來表示的。曲面參數(shù)方程的最高次數(shù)就是該曲面的階數(shù)。構(gòu)建曲面時(shí)需要定義U、V兩個(gè)方向的階數(shù)，且階數(shù)介于2~24，通常盡可能使用3~5階來創(chuàng)建曲面。4.補(bǔ)片曲面可以由單一補(bǔ)片構(gòu)成，也可以由多個(gè)補(bǔ)片構(gòu)成，(a)曲面是單一補(bǔ)片，即該曲面只有一個(gè)曲面參數(shù)方程，而(b)曲面是由多補(bǔ)片構(gòu)成的，即該曲面有多個(gè)參數(shù)方程。曲面建?；靖拍?.柵格線在線框顯示模式下，為便于觀察曲面的形狀，常采用柵格線來顯示曲面。柵格線對(duì)曲面特征沒有影響?？梢酝ㄟ^以下兩種方式設(shè)置柵格線的顯示數(shù)量。曲面建?；靖拍钋娼?gòu)方法按曲面構(gòu)成原理，可將構(gòu)造曲面的功能分成三類。1.基于點(diǎn)構(gòu)成曲面根據(jù)輸入的點(diǎn)數(shù)據(jù)生成曲面，如：【通過點(diǎn)】、【從極點(diǎn)】、【擬合曲面】等功能。這類曲面的特點(diǎn)是曲面精度較高，但光順性較差，而且與原始點(diǎn)之間也不相關(guān)聯(lián)，是非參數(shù)化的。由于編輯非參數(shù)化的幾何體比較困難，因此應(yīng)盡量避免使用這類功能。但在逆向造型中，常用來構(gòu)建母面。2.基于曲線構(gòu)成曲面根據(jù)現(xiàn)有曲線構(gòu)建曲面，如：【直紋面】、【通過曲線組】、【通過曲線網(wǎng)格】、【掃掠】、【截面體】等功能。這類曲面的特點(diǎn)是曲面與構(gòu)成曲面的曲線是完全關(guān)聯(lián)的，是全參數(shù)化的——編輯曲線后，曲面會(huì)自動(dòng)更新。這類功能在構(gòu)建曲面時(shí)，關(guān)鍵是曲線的構(gòu)造，因而在構(gòu)造曲線時(shí)應(yīng)該盡可能仔細(xì)精確，避免如重疊、交叉、斷點(diǎn)等缺陷。3.基于曲面構(gòu)成新的曲面

根據(jù)已有曲面構(gòu)建新的曲面，如：【橋接】、【延伸曲面】、【擴(kuò)大曲面補(bǔ)片】、【偏置面】、【修剪】、【圓角】等，這類曲面也是全參數(shù)化的。事實(shí)上【實(shí)體】工具條中的【面倒圓】和【軟倒圓】也屬于這一類曲面功能。曲面建構(gòu)方法基本原則與技巧曲面造型所遵循的基本原則與技巧如下：用于構(gòu)成曲面的構(gòu)造線應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單且保持光滑連續(xù)；曲面次數(shù)盡可能采用3~5次，避免使用高階次曲面；使用多補(bǔ)片類型，但在滿足曲面創(chuàng)建功能的前提下，補(bǔ)片數(shù)越少越好；盡量使用全參數(shù)化功能構(gòu)造曲面；面之間的圓角過渡盡可能在實(shí)體上進(jìn)行；盡可能采用修剪實(shí)體，再用“抽殼”的方法建立薄殼零件；對(duì)于簡(jiǎn)單的曲面，可一次完成建模；但實(shí)際產(chǎn)品往往比較復(fù)雜，一般難以一次完成，因此，對(duì)于復(fù)雜曲面，應(yīng)先完成主要面或大面，然后光順連接曲面，最后進(jìn)行編輯修改，完成整體造型。第二節(jié)曲面建模常用命令介紹由點(diǎn)構(gòu)建曲面——通過點(diǎn)使用通過點(diǎn)可以用于指定體將要通過的矩形陣列點(diǎn)。體插補(bǔ)每個(gè)指定點(diǎn)。使用這個(gè)選項(xiàng)，可以很好地控制體，使它總是通過指定的點(diǎn)。由點(diǎn)構(gòu)建曲面——從極點(diǎn)通過若干組點(diǎn)來創(chuàng)建曲面，這些點(diǎn)作為曲面的極點(diǎn)。利用該命令創(chuàng)建曲面，彈出的對(duì)話框及曲面創(chuàng)建過程與【通過點(diǎn)】相同。差別之處在于定義點(diǎn)作為控制曲面形狀的極點(diǎn)，創(chuàng)建的曲面不會(huì)通過定義點(diǎn)。由點(diǎn)構(gòu)建曲面——擬合曲面使用【擬合曲面】命令可以創(chuàng)建逼近于大量數(shù)據(jù)點(diǎn)“云”的片體。。由線構(gòu)建曲面——直紋面“直紋面”又稱為規(guī)則面，可看作由一系列直線連接兩組線串上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)而編織成的一張曲面。每組線串可以是單一的曲線，也可以由多條連續(xù)的曲線、體(實(shí)體或曲面)邊界組成。對(duì)齊方式?jīng)Q定了兩組線串上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的分布情況，因而直接影響直紋面的形狀。由線構(gòu)建曲面——通過曲線組“通過曲線組”是創(chuàng)建一個(gè)通過指定截面線的曲面，截面線可以由多條連續(xù)的曲線、體(實(shí)體或曲面)邊界組成?！巴ㄟ^曲線組”的對(duì)齊方式、首尾處與相鄰面的約束關(guān)系等與創(chuàng)建直紋面類型類似。由線構(gòu)建曲面——通過曲線網(wǎng)格“通過曲線網(wǎng)格”就是根據(jù)所指定的兩組截面線串來創(chuàng)建曲面。第一組截面線串稱為主線串，是構(gòu)建曲面的U向；第二組截面線稱為交叉線，是構(gòu)建曲面的V向。主線串和交叉線串需要在設(shè)定的公差范圍內(nèi)相交，且應(yīng)大致互相垂直。每條主線串和交叉線都可由多段連續(xù)曲線、體(實(shí)體或曲面)邊界組成，主線串的第一條和最后一條還可以是點(diǎn)。由線構(gòu)建曲面——掃掠“掃掠”就是將輪廓曲線沿空間路徑曲線掃描，從而形成一個(gè)曲面。掃描路徑稱為引導(dǎo)線串，輪廓曲線稱為截面線串。在兩條引導(dǎo)線或三條引導(dǎo)線的掃掠方式中，方位已完全確定，因此，方向控制只存在于單條引導(dǎo)線掃掠方式。由線構(gòu)建曲面——剖切曲面使用【剖切曲面】命令可使用二次曲線構(gòu)造方法創(chuàng)建曲面。先由一系列選定的截面曲線和面計(jì)算得到二次曲線，然后計(jì)算的二次曲線被掃掠建立曲面。由線構(gòu)建曲面——剖切曲面（示例）基于已有曲面構(gòu)成新曲面——延伸曲面

【延伸曲面】就是在已有曲面的基礎(chǔ)上，將曲面的邊界或曲面上的曲線進(jìn)行延伸，生成新的曲面。

【相切】：從指定的曲面邊緣，沿著曲面的切向方向延伸，生成一個(gè)與該曲面相切的延伸面。相切延伸在延伸方向的橫截面上是一條直線。

【圓弧】：從指定的曲面邊緣，沿著曲面的切向方向延伸，生成一個(gè)與該曲面相切的延伸面。圓弧延伸部分的橫截面是一段圓弧，圓弧的半徑與曲面邊界處的曲率半徑相等，需注意的是圓弧延伸的邊界必須是等參數(shù)邊，且不能被修剪過。基于已有曲面構(gòu)成新曲面——延伸曲面基于已有曲面構(gòu)成新曲面——N邊曲面

【N邊曲面】允許用形成一簡(jiǎn)單閉環(huán)的任意數(shù)目曲線構(gòu)建一曲面，可以指定與外側(cè)面的連續(xù)性。基于已有曲面構(gòu)成新曲面——偏置曲面將指定的面沿法線方向偏置一定的距離，生成一個(gè)新的曲面。在偏置操作過程中，系統(tǒng)會(huì)臨時(shí)顯示一個(gè)代表基面法向的箭頭，雙擊該箭頭可以沿著相反的方向偏置，若要反向偏置，也可以直接輸入一個(gè)負(fù)值?；谝延星鏄?gòu)成新曲面——修剪片體【修剪的片體】是指利用曲線、邊緣、曲面或基準(zhǔn)平面去修剪片體的一部分?；谝延星鏄?gòu)成新曲面——修剪和延伸

【修剪和延伸】是指使用由邊或曲面組成的一組工具對(duì)象來延伸和修剪一個(gè)或多個(gè)曲面。編輯曲面大多數(shù)設(shè)計(jì)工作不可能一蹴而就，需要進(jìn)行一定的修改。UGNX系統(tǒng)提供兩種曲面編輯方式，一種是參數(shù)化編輯，另一種是非參數(shù)化編輯。參數(shù)化編輯：大部分曲面具有參數(shù)化特征，如直紋面、通過曲面組曲面、掃掠面等。這類曲面可通過編輯特征的參數(shù)來修改曲面的形狀特征。非參數(shù)化編輯：非參數(shù)化編輯適用于參數(shù)化特征與非參數(shù)化特征，但特征被編輯之后，特征的參數(shù)將丟失，因此在非參數(shù)化編輯中，系統(tǒng)會(huì)彈出對(duì)話框，以提示此操作將移除特征的參數(shù)。編輯曲面1．移動(dòng)定義點(diǎn)使用【移動(dòng)定義點(diǎn)】命令可以移動(dòng)片體上的點(diǎn)（定義點(diǎn)）。該命令默認(rèn)狀態(tài)下為隱藏，可通過命令查找器調(diào)用。NX10.0版本中顯示該命令即將失效，可能下個(gè)版本中將不會(huì)出現(xiàn)。2．移動(dòng)極點(diǎn)使用【移動(dòng)極點(diǎn)】命令可以移動(dòng)片體的極點(diǎn)。這在曲面外觀形狀的交互設(shè)計(jì)（如消費(fèi)品和汽車車身）中非常有用。該命令默認(rèn)狀態(tài)下為隱藏，可通過命令查找器調(diào)用。NX10.0版本中顯示該命令即將失效，可能下個(gè)版本中也將不會(huì)出現(xiàn)。編輯曲面——擴(kuò)大【擴(kuò)大】是指將未修剪過的曲面擴(kuò)大或縮小。擴(kuò)大功能與延伸功能類似，但只能對(duì)未經(jīng)修剪過的曲面擴(kuò)大或縮小，并且將移除曲面的參數(shù)。編輯曲面——替換邊及局部取消修建和延伸替換邊：用當(dāng)前片體內(nèi)或外的新邊來替換某個(gè)片體的單個(gè)或連接的邊。局部取消修剪和延伸：移除在片體上所作的修剪（即：邊界修剪和孔），并將體恢復(fù)至參數(shù)四邊形的形狀。曲面分析——截面分析截面分析是首先用一組平面與需要分析的曲面相交，得到一組交線，然后分析交線的曲率、峰值點(diǎn)和拐點(diǎn)等，從而分析曲面的形狀和質(zhì)量。平行平面方式曲線對(duì)齊方式等參數(shù)方式曲面分析——高亮線分析高亮線是通過一組特定的光源投射到曲面上，形成一組反射線來評(píng)估曲面的質(zhì)量。旋轉(zhuǎn)、平移、修改曲面后，高亮反射線會(huì)實(shí)時(shí)更新。產(chǎn)生高亮線的兩種類型光源設(shè)置曲面分析——曲面連續(xù)性分析利用曲面的連續(xù)性分析可以分析兩組曲面之間的連續(xù)性，包括位置連續(xù)(G0)、相切連續(xù)(G1)、曲率連續(xù)(G2)以及流連續(xù)(G3)。曲面分析——半徑半徑分析主要用于分析曲面的曲率半徑，并且可以在曲面上把不同曲率半徑以不同顏色顯示，從而可以清楚分辨半徑的分布情況以及曲率變化。曲面分析——反射反射分析，主要是仿真曲面上的反射光，以分析曲面的反射特性。由于反射圖形類似于斑馬條紋，故其條紋通常又被稱為斑馬線。利用斑馬線可以評(píng)價(jià)曲面間的連續(xù)情況。曲面分析——斜率斜率分析是分析曲面上每一點(diǎn)的法向與參考矢量方向之間的夾角，并以不同的顏色在曲面上表示出來。若以模具的拔模方向?yàn)閰⒖际噶浚瑒t可分析曲面的拔模角范圍。斜率分析與反射分析相似，不同之處是需要指定一個(gè)矢量方向。在此不再贅述。曲面分析——距離分析距離分析用于分析曲面與指定參考平面之間的距離，并用不同的顏色在曲面上表示。曲面分析——拔模分析拔模分析可分析曲面在某個(gè)拔模方向下的拔模情況。拔模分析中使用4種顏色來區(qū)分不同的拔模區(qū)域：曲面法向與拔模方向正向（Z軸正向）的夾角小于90°，默認(rèn)用綠色表示；曲面法向與拔模負(fù)向（Z軸負(fù)向）的夾角小于90°，默認(rèn)用紅色表示；在紅色和綠色之間可以設(shè)置過渡區(qū)域，可以設(shè)置–15°~0及0~15°作為過渡區(qū)域，改變?cè)搮^(qū)域只需在對(duì)話框中拖動(dòng)【限制】滑塊即可。在對(duì)話框中選擇【顯示等斜線】復(fù)選框，系統(tǒng)可以顯示顏色中間的分界線，單擊【保存等斜線】按鈕可以將等斜線保留下來。第三節(jié)小家電外殼建模實(shí)例小家電外殼建模實(shí)例圖示：（1）以X-Y平面為草圖平面創(chuàng)建第一個(gè)草圖。小家電外殼建模實(shí)例——制作本體（2）調(diào)整WCS：先繞Z軸旋轉(zhuǎn)-90°，再繞X軸旋轉(zhuǎn)90°，最后沿Z軸移動(dòng)80°。小家電外殼建模實(shí)例（3）以X-Y平面為草圖平面創(chuàng)建第二個(gè)草圖，其中R300的圓弧距Y軸為10。小家電外殼建模實(shí)例（4）調(diào)整WCS：先繞Y軸旋轉(zhuǎn)180°，再沿Z軸移動(dòng)180。小家電外殼建模實(shí)例（5）以X-Y平面為草圖平面創(chuàng)建第三個(gè)草圖，其中R300的圓弧距Y軸為10。小家電外殼建模實(shí)例（6）調(diào)用【曲線長(zhǎng)度】工具，延長(zhǎng)如圖所示的兩條曲線。小家電外殼建模實(shí)例（7）調(diào)用【掃掠】工具生成側(cè)面。小家電外殼建模實(shí)例（8）拉伸其余側(cè)面，其開始距離為0，結(jié)束距離為60。小家電外殼建模實(shí)例（9）修剪組合所有側(cè)面。小家電外殼建模實(shí)例（10）調(diào)整WCS：首先移動(dòng)WCS到絕對(duì)坐標(biāo)系，然后沿Z軸移動(dòng)50。小家電外殼建模實(shí)例（11）創(chuàng)建一條與Y軸重合的直線，并將其拉伸成面，直線長(zhǎng)度和拉伸長(zhǎng)度只要超過所有的側(cè)面即可。小家電外殼建模實(shí)例（12）調(diào)用【曲線長(zhǎng)度】工具，將圖所示的兩條曲線的兩端各延長(zhǎng)20。小家電外殼建模實(shí)例（13）調(diào)用【剖切曲面】工具，選擇【圓相切】類型，創(chuàng)建剖切曲面。小家電外殼建模實(shí)例（14）以同樣的方式在另一側(cè)創(chuàng)建圓相切曲面。小家電外殼建模實(shí)例（15）調(diào)用【修剪和延伸】工具，以步驟11）創(chuàng)建的拉伸為目標(biāo)，以步驟13）創(chuàng)建的剖切曲面為刀具，修剪曲面。小家電外殼建模實(shí)例（16）以同樣的方式修剪另一側(cè)的剖切曲面，然后再以所有頂面為刀具，修剪并組合頂面和側(cè)面。小家電外殼建模實(shí)例（17）以步驟（1）創(chuàng)建的草圖為“平面截面”，創(chuàng)建有界平面。小家電外殼建模實(shí)例（18）縫合所有面。（19）以Z軸為拔模矢量，以圖所示的邊為固定邊緣創(chuàng)建拔模特征，拔模角度為2°。小家電外殼建模實(shí)例（20）為側(cè)面?zhèn)€邊倒圓角，各圓角值如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（21）為頂邊變半徑倒圓角，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（1）調(diào)整WCS：首先沿X軸移動(dòng)65，然后沿Y軸移動(dòng)10，結(jié)果如圖所示。（2）以WCS的X-Y平面為草圖平面創(chuàng)建第四個(gè)草圖，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例——凸臺(tái)制作（3）以步驟2）創(chuàng)建的草圖為截面曲線，創(chuàng)建拉伸特征，其參數(shù)設(shè)置如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（4）調(diào)整WCS，使其繞著X軸旋轉(zhuǎn)90°，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（5）以WCS的X-Y平面為草圖平面創(chuàng)建第五個(gè)草圖，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（6）調(diào)整WCS，使其繞著Y軸旋轉(zhuǎn)90°，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（7）以WCS的X-Y平面為草圖平面創(chuàng)建第六個(gè)草圖。小家電外殼建模實(shí)例（8）以步驟（5）創(chuàng)建的草圖為截面，以步驟（7）創(chuàng)建的草圖為引導(dǎo)線，創(chuàng)建掃略面，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例（9）調(diào)用【替換面】工具將實(shí)體的頂面替換為掃略面。小家電外殼建模實(shí)例（10）倒圓角，其中凸臺(tái)側(cè)面四邊的圓角值為8，頂邊的圓角值為3。小家電外殼建模實(shí)例（1）將本體和凸臺(tái)布爾求和。（2）邊倒圓，如圖所示。小家電外殼建模實(shí)例——本體與凸臺(tái)之間的圓角連接第四節(jié)手機(jī)外殼底板曲面建模手機(jī)外殼底板曲面建模圖示：（1）在XC-YC平面上創(chuàng)建草圖1。手機(jī)外殼底板曲面建模（2）在XC-ZC平面上創(chuàng)建草圖2。手機(jī)外殼底板曲面建模（3）在XC-YC平面上創(chuàng)建草圖3，草圖方位如圖所示，詳細(xì)尺寸如圖所示。手機(jī)外殼底板曲面建模（4）利用草圖1內(nèi)的曲線拉伸一個(gè)實(shí)體。手機(jī)外殼底板曲面建模（5）對(duì)步驟4拉伸出的實(shí)體的側(cè)面進(jìn)行拔模。手機(jī)外殼底板曲面建模（6）利用草圖2內(nèi)的曲線拉伸一個(gè)實(shí)體