教學材料《UG NX6》.0教程-7

學習單元七曲面特征任務引入圖7-1所示為一吊鉤零件圖，按圖示尺寸創建該零件的三維模型。任務分析本任務是完成一吊鉤零件的三維建模。吊鉤的外形為曲面，在不同部位截面形狀不同，在造型過程中涉及到曲面的創建和編輯修改，這是不同于之前的實體建模的，需要讀者熟練掌握曲線的繪制、編輯，掌握各種曲面的生成方法、修改及編輯方法，還需要用到前面所講的實體建模的知識。相關知識下一頁返回7.1概述

自由曲面是CAD模塊的重要組成部分，也是體現CAD/CAM軟件建模能力的重要標志。只使用特征建模方法就能夠完成設計的產品是有限的，絕大多數實際產品的設計都離不開自由曲面。自由曲面既能生成曲面，也能生成實體。要用好自由形狀特征，曲線構造是的基礎，通過采用點、線、片體或者實體的邊界和表面來定義自由曲面等。通過自由曲面操作，可以構造標準特征建模方法所無法創建的復雜形狀;修剪一個實體從而獲得一個特殊的形狀;將封閉片體縫合成一個實體;對一個線框模型進行蒙皮等。下一頁返回上一頁7.1概述7.1.1自由曲面的構造方法根據產品的外形要求，首先建立用于構造曲面的邊界曲線，或者根據實樣測量的數據點生成曲線，使用UG提供的各種曲面構造方法構造曲面。一般來講，對于簡單的曲面，可以一次完成建模。而實際產品的形狀往往比較復雜，一般都難已一次完成，對于復雜的曲面，首先應該采用曲線構造方法生成主要或大面積的片體，然后進行曲面的過渡連接、光順處理、曲面的編輯等方法完成整體造型。上一頁下一頁返回7.1概述根據創建方式不同，創建曲面的工具可分為3類:(1)基于點:利用通過點、從極點和從石點三個命令創建曲面。

(2)基于直線:利用直紋面、通過曲線組、通過曲線網格、掃掠和截面命令創建曲面

(3)基于面:利用橋接、N邊曲面、延伸、偏置曲面等命令創建曲面。上一頁下一頁返回7.1概述7.1.2自由曲面的術語和參數說明1.術語片體:是UG術語，特指一個或者多個表面組成，厚度為0的幾何物體，通常說的曲面即是指片體。實體:與片體相對應，由若干個面包圍形成的封閉的空間，具有體積和其他質量特性。曲面連續性:連續性描述了曲面的連續方式和平滑程度，軟件中采用G0,G1,G2,G3來表示連續性。上一頁下一頁返回7.1概述2.參數說明

U方向和V方向通過多行方向大致相同的點或者方向為片體的行，規定為U方向，與U方向垂直的方向成為片體的列，規定為V方向。

U方向階次和V方向階次就是描述片體的參數曲線的多項式的冪次數，UG規定片體的階次取值在1~24之間，一般推薦階次為3，最高不要超過5。階次越高，曲面偏離其極點越遠，后續操作越慢，反之如果階次越低，曲面越接近極點，后續操作也越快。另外，許多其他CAD系統只接受3次曲線，階次越高，數據轉換的問題越嚴重。上一頁返回7.2基于點構造曲面7.2.1通過點構造曲面通過點生成曲面一般用于反求工程，即采用測量儀測量出已有產品曲面上的若干點，再通過這些點生成曲面，從而得到零件的三維模型，可用此模型編制數控加工程序，加工出新的產品。選擇菜單【插入】—【曲面】—【通過點】，或單擊【曲面】工具欄上的【通過點】圖標，系統彈出如圖7-2所示的【通過點】對話框，該對話框選項含義如下:【補片類型】:用于設置生成的片體包含的曲面數日。選擇其中的【多個】選項，表示創建含有多個面的片體;選擇【單一】選項，表示創建僅包含一個面的片體。下一頁返回7.2基于點構造曲面【沿…向封閉】:該選項用于設置曲面是否閉合以及閉合的方式。選擇【兩者皆否】選項，表示定義點的列方向和行方向都不閉合;選擇【行】選項，表示沿行方向閉合;選擇【列】選項，表示沿列方向閉合;選擇【兩者皆是】選項，表示兩個方向都閉合。

【行階次】和【列階次】:用于設置行方向和列方向的階次，最好不要大于5，一般選擇3。設置完成后單擊【確定】按鈕，系統將彈出如圖7-3所示的【過點】對話框。該對話框上共有4個按鈕，提供了4種選點方式:上一頁下一頁返回7.2基于點構造曲面【全部成鏈】:該選項用于選取第一個點和最后一個點，系統會自動選取行中其余點。該方法要求行中的點距小于行間距離。

【在矩形內的對象成鏈】:該選項可采用矩形選擇框來選取一行點，然后選取行中第一個點和最后一個點，系統會自動選取行中其余點。

【在多邊形內的對象成鏈】:該選項可采用多邊形選擇框來選取一行點，然后選取行中第一個點和最后一個點，系統會自動選取行中其余點。

【點構造器】:該選項是用點構造器來逐個選取點，或輸入所需點的坐標。根據已有點的特征，單擊其中一個按鈕后，拾取相應的點即可生成曲面。上一頁下一頁返回7.2基于點構造曲面7.2.2通過極點構造曲面通過極點生成曲面與通過點類似，不同的是曲面不完全經過所選的點。選擇菜單【插入】—【曲面】—【從極點】，或者單擊【曲面】工具欄上的【從極點】圖標，系統彈出如圖7-4所示的【從極點】對話框，其操作過程和對話框內容與【通過點】構造面相同，只是在單擊【確定】后，直接打開【點】對話框，即只能用點構造器來逐行取點。注:在選取點的時候，要首先選擇第一行的所有點，點擊【確定】按鈕表示完成第一行點的選取以后，再進行其他各行的選取。對于各行的起始點應該是在同一端。上一頁下一頁返回7.2基于點構造曲面7.2.3通過點云構造曲面從點云創建曲面可以通過一個大的點石生成一個片體，點石通常由掃描和數字化產生。雖然該功能有一些限制，但它能讓用戶從很多點中用最少的交叉生成一個片體，得到的片體比通過點方式生成的片體要“光順”得多。選擇菜單【插入】—【曲面】—【從點云】，或者選擇單擊【曲面】工具欄上的【從點云】圖標，系統彈出如圖7-5所示的【從點云】對話框該對話框中的【U向階次】和【V向階次】的含義與前面所講的【通過點】對話框中的相同。【U方向補片數】和【V方向補片數】選項用于設置U方向和V方向的補片數值。上一頁返回7.3基子曲線創建曲面

基于曲線創建的曲面是全參數化的，如果生成曲面的曲線發生變化，曲面也會隨之自動更新。由曲線創建曲面的類型主要有直紋面、通過曲線組、通過曲線網格、掃掠以及剖切曲面等。7.3.1直紋面直紋面是指通過兩組曲線串或截面線串來創建曲面，每條截面線串可以由多條連續的曲線、體邊界或多個體表面組成。兩組截面線串上對齊點是以直線相連的。選擇菜單【插入】—【網格曲面】—【直紋面】，或者在【曲面】工具欄中單擊【直紋面】圖標，系統會彈出圖7-6所示的【直紋】對話框，選擇截面線串并設置參數后，即可生成直紋面。具體操作請見下例。下一頁返回7.3基子曲線創建曲面例7-1創建直紋曲面

(1)在兩個相互平行的平面上分別繪制一個矩形和一個圓，如圖7-7所示。

(2)啟動【直紋面】命令，彈出【直紋】對話框，如圖7-6所示。拾取下方的矩形四條邊作為截面線串1，再拾取上方的圓作為截面線串2，如圖7-8所示，要求兩截面線串的方向要一致，可以通過【直紋】對話框上各截面線串選項下對應的【反向】按鈕來調整方向，可通過【SpecifyOriginCurve】按鈕來指定線串的起始點。設置完成后單擊【確定】按鈕，生成如圖7-9所示的實體。可以看到此時的直紋面是扭曲的，這是因為圓的起始點位于圓與X軸的交點上，與矩形的起始點沒有對正。將圓旋轉45°后再生成的直紋面如圖7-10所示上一頁下一頁返回7.3基子曲線創建曲面7.3.2通過曲線組創建曲面該方法與直紋面一樣，都是根據截面線串來創建曲面，區別在于直紋面只能使用兩條截面線串，而通過曲線組最多可以使用150條，因此可以創建出復雜的曲面。可以認為直紋面是通過曲線方法的特例。選擇菜單【插入】—【網格曲面】—【通過曲線組】，或者單擊【曲面】工具欄上的【通過曲線組】圖標，彈出如圖7-11所示的【通過曲線組】對話框，提示用戶選擇截面線串并設置矢量方向，每選完一個截面線串可按鼠標中鍵確認，選擇完成后單擊【確定】即可完成曲面的生成。上一頁下一頁返回7.3基子曲線創建曲面

例7-2通過曲線組創建曲面

(1)繪制圖7-12所示的4個相互平行的矩形并倒角;(2)啟動【通過曲線組】命令，彈出對話框后依次選擇各截面線串，如圖7-13所示，選擇完一個截面線串后用鼠標中鍵確認，再選擇下一個。保證各截面方向一致。選擇完成后單擊【確定】按鈕，生成曲面如圖7-14所示上一頁下一頁返回7.3基子曲線創建曲面7.3.3通過曲線網格創建曲面該方法是通過兩組不同方向的線串創建曲面，其中一組線串定義為【PrimaryCurve】(主曲線)，另一組定義為【CrossCurve】(交叉曲線)，主曲線必須是平滑連續的曲線，中間不能有拐角，交叉曲線要與主曲線相交。主曲線和交叉曲線均可多達150條。由于采用相互交叉的曲線，所以該方法創建的曲面更加復雜，并且能更好地控制其外形。選擇菜單【插入】—【網格曲面】—【通過曲線組】，或者單擊【曲面】工具欄上的【通過曲線網格】按鈕，系統彈出圖7-15所示的【通過曲線網格】對話框，提示用戶選擇主曲線和交叉曲線，并設置相應的曲面創建參數。上一頁下一頁返回7.3基子曲線創建曲面

與通過曲線組創建曲面相同，不論是選擇主曲線還是交叉曲線，必須將組成該曲線串的所有對象都選擇完成后，用鼠標中鍵確認，再選擇下一個線串，同時所有主曲線的方向要一致，交叉曲線的方向也要一致，否則生成的曲面會產生扭曲、自交等問題。例7-3通過曲線網格創建曲面(1)繪制圖7-16所示的幾條曲線;(2)啟動【通過曲線網格】命令，如圖7-17所示，選擇主曲線和交叉曲線，注意每選擇完一條用鼠標中鍵確認，并保證主曲線和交叉曲線的方向分別一致。選擇主曲線和交叉曲線時要依次選擇，不能跳過再返回。選擇完成后單擊【確定】按鈕，生成圖7-18所示的曲面。上一頁下一頁返回7.3基子曲線創建曲面7.3.4掃掠通過一系列的截面線串，沿著由引導線串定義的路徑進行移動從而得到曲面的方法叫做掃掠。掃掠過程中截面線串最多可以有150條，引導線串最多能有3條。截面線串可以是封閉的也可以是不封閉的，引導線串可以由多段相切的曲線組成。選擇菜單【插入】—【網格曲面】—【掃掠】選項，或者單擊【曲面】工具欄上的【掃掠】按鈕，彈出圖7-19所示的【掃掠】對話框，選擇截面線串、引導線串并進行掃掠設置后即可生成掃掠曲面。上一頁下一頁返回7.3基子曲線創建曲面例7-4通過掃掠方式創建曲面

(1)繪制圖7-20所示的5條曲線作為掃掠對象

(2)選擇【插入】—【網格曲面】—【掃掠】，彈出【掃掠】對話框，依次選擇截面線串1、截面線串2、截面線串3，每選擇一條后單擊中鍵確定，同時保證3條截面線方向一致，可以通過【掃掠】對話框上各截面線串選項下對應的【反向】按鈕調整方向，可通過【SpecifyOriginCurve】按鈕來指定線串的起始點。選擇結果如圖7-21所示。

(3)用鼠標在【掃掠】對話框上單擊【引導線】下的【選擇曲線】選項，依次選擇兩條引導線，選完一條后單擊中鍵確定，保證兩條引導線方向一致。同樣可以通過【反向】按鈕來調整方向，可通過【SpecifyOriginCurve】來指定線串的起始點。選擇結果如圖7-21所示。(4)選擇完成后單擊【確定】按鈕，生成曲面如圖7-22所示上一頁返回7.4剖切曲面

剖切曲面是通過一系列二次曲線來生成曲面。選擇菜單【插入】一【網格曲面】一【截面】，或者單擊【曲面】工具欄上的[剖切曲面]圖標導，彈出圖7-23所示的【剖切曲面】對話框。打開【類型】選項會出現生成剖切曲面的各種方法。任務實施經過分析，本單元的任務可按以下步驟來完成:

第一步:選擇一個平面，按任務圖紙所示尺寸繪制圖7-24所示的草圖，注意線條的相切、相交等關鍵點，圖中直線為各截面位置的中心線。下一頁返回7.4剖切曲面

第二步:過各截面的中心線建立垂直于底面的平面，并在各平面上繪制出截面圖形的一半，注意各截面圖形應同時位于底面的同一側。結果如圖7-25所示。第三步:選擇菜單【插入】—【網格曲面】—【通過曲線網格】，或者單擊【曲面】工具欄上的【通過曲線網格】按鈕，系統彈出【通過曲線網格】對話框。在該對話框上首先選中【主曲線】下的【選擇曲線或點】選項，選擇2條線串，每選完一個按中鍵確定，注意線串的方向要一致。結果如圖7-26所示。第四步:在【通過曲線網格】對話框上選中【交叉曲線】下的【選擇曲線】選項，依次選擇7個截面線串，每選完一個按中鍵確定，注意截面線串的方向要一致結果如圖7-26所示選擇完成后單擊確定，生成圖7-27所示的曲線。上一頁下一頁返回7.4剖切曲面

第五步:將該曲面通過第一步繪制草圖的平面鏡像到下方，結果如圖7-28所示。第六步:選擇菜單【插入】—【曲面】—【有界平面】，彈出圖7-29所示的【有界平面】對話框，選擇兩個片體的大端邊界線，如圖7-30所示，生成圓形有界平面。第七步:用同樣的方法在小端生成有界平面。第八步:選擇菜單【插入】一【組合體】一【縫合】，彈出圖7-31所示的【縫合】對話框，用鼠標選中已有的4個片體中的一個，再將其他3個都選中，單擊【確定】按鈕，完成縫合，雖然從表面上看沒有變化，但已將四個片體縫合成實體。第九步:用回轉體的方法生成小端的球冠，再在大端添加圓柱和螺紋特征，并進行布爾運算，最終結果如圖7-32所示。上一頁下一頁返回7.4剖切曲面學習小結本學習單元主要學習曲面造型技術，這是CAD/CAM軟件中造型的難點。通過一個實例的講解，讀者對曲面造型有了初步的了解，希望大家在后邊的學習過程中注意總結。企業專家點評曲面造型是編制曲面零件數控加工程序的基礎，對于學習CAD/CAM軟件來說是必須要掌握的內容。曲面造型靈活多變，在學習