第6章 UG曲面建模

1、第6章 曲面建模 UG曲面建模技術(shù)是體現(xiàn)CAD/CAM軟件建模能力的重 要標志，直接采用前面章節(jié)的方法就能夠完成設(shè) 計的產(chǎn)品是有限的，大多數(shù)實際產(chǎn)品的設(shè)計都離 不開曲面建模。曲面建模用于構(gòu)造用標準建模方 法無法創(chuàng)建的復(fù)雜形狀，它既能生成曲面（在UG 中稱為片體，即零厚度實體），也能生成實體。 本章主要介紹曲面模型建立和編輯。 6.1 曲面建模概述 曲面是指空間具有兩個自由度的點構(gòu)成的軌跡。同實體模 型一樣，都是模型主體的重要組成部分，但又不同于實體 特征。區(qū)別在于曲面有大小但沒有質(zhì)量，在特征的生成過 程中，不影響模型的特征參數(shù)。曲面建模廣泛應(yīng)用設(shè)計飛 機、汽車、電機及其他工業(yè)造型設(shè)計過程，用戶

2、利用它可 以方便的設(shè)計產(chǎn)品上的復(fù)雜曲面形狀。 UG NX 6曲面建模的建模方法繁多，功能強大，使用方便。 全面掌握和正確合理使用是用好該模塊的關(guān)鍵。曲面的基 礎(chǔ)是曲線，構(gòu)造曲線要避免重疊、交叉和斷點等缺陷。曲 面建模的應(yīng)用范圍包括以下四個方面。 構(gòu)造用標準方法無法創(chuàng)建的形狀和特征。 修剪一個實體而獲得一個特殊的特征形狀。 將封閉曲面縫合成一個實體。 對線框模型蒙皮。 6.1.1 常用概念 UG曲面建模，一般來講，首先通過曲線構(gòu)造方法生成主要或大面 積曲面，然后進行曲面的過渡和連接，光順處理，曲面的編輯等 方法完成整體造型。在使用過程經(jīng)常會遇到以下一些常用概念。 行與列：行定義了曲面的U方向，列

3、是大致垂直于曲面行方向的縱 向曲線方向（V方向）。 曲面的階次：階次是一個數(shù)學(xué)概念，是定義曲面的三次多項式方 程的最高次數(shù)。建議用戶盡可能采用三次曲面，階層過高會使系 統(tǒng)計算量過大，產(chǎn)生意外結(jié)果，在數(shù)據(jù)交換時容易使數(shù)據(jù)丟失。 公差：一些自由形狀曲面建立時采用近似方法，需要使用距離公 差和角度公差。分別反映近似曲面和理論曲面所允許距離誤差和 面法向角度允許誤差。 截面線：是指控制曲面U方向的方位和尺寸變化的曲線組?？梢允?多條或者是單條曲線。其不必光順，而且每條截面線內(nèi)的曲線數(shù) 量可以不同，一般不超過150條。 引導(dǎo)線：用于控制曲線的V方向的方位和尺寸?？梢允菢訔l曲線、 實體邊緣和面的邊緣，可以

4、是單條曲線，也可以是多條曲線。其 最多可選擇3條，并且需要G1連續(xù)。 6.1.2 曲面建模的基本原則 曲面建模不同于實體建模，其不是完全參數(shù)化的特征。在 曲面建模時，需要注意以下幾個基本原則。 創(chuàng)建曲面的邊界曲線盡可能簡單。一般情況下，曲線階次 不大于3。當需要曲率連續(xù)時，可以考慮使用五階曲線。 用于創(chuàng)建曲面的邊界曲線要保持光滑連續(xù)，避免產(chǎn)生尖角、 交叉和重疊。另外在進行創(chuàng)建曲面時，需要對所利用的曲 線進行曲率分析，曲率半徑盡可能大，否則會造成加工困 難和形狀復(fù)雜。 避免創(chuàng)建非參數(shù)化曲面特征。 曲面要盡量簡潔，面盡量做大。對不需要的部分要進行裁 剪。曲面的張數(shù)要盡量少。 根據(jù)不同部件的形狀特點

5、，合理使用各種曲面特征創(chuàng)建方 法。盡量采用實體修剪，再采用挖空方法創(chuàng)建薄殼零件。 曲面特征之間的圓角過渡盡可能在實體上進行操作。 曲面的曲率半徑和內(nèi)圓角半徑不能太小，要略大于標準刀 具的半徑，否則容易造成加工困難。 6.1 3 曲面建模的一般過程 一般來說，創(chuàng)建曲面都是從曲線開始的?？梢酝?過點創(chuàng)建曲線來創(chuàng)建曲面，也可以通過抽取或使 用視圖區(qū)已有的特征邊緣線創(chuàng)建曲面。其一般的 創(chuàng)建過程如下所示。 （1）首先創(chuàng)建曲線?？梢杂脺y量得到的云點創(chuàng)建 曲線，也可以從光柵圖像中勾勒出用戶所需曲線。 （2）根據(jù)創(chuàng)建的曲線，利用過曲線、直紋、過曲 線網(wǎng)格、掃掠等選項，創(chuàng)建產(chǎn)品的主要或者大面 積的曲面。 （3）

6、利用橋接面、二次截面、軟倒圓、N-邊曲面 選項，對前面創(chuàng)建的曲面進行過渡接連、編輯或 者光順處理。最終得到完整的產(chǎn)品模型。 6.2 創(chuàng)建曲面 在UG NX 6中，可以通過多種方法創(chuàng)建曲面。可以利用點創(chuàng) 建曲面，也可以利用曲線創(chuàng)建曲面，還可以利用曲面創(chuàng)建 曲面。 由點創(chuàng)建曲面是指利用導(dǎo)入的點數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲線、曲面的過 程。可以通過“通過點”方式來創(chuàng)建曲面，也可以通過 “從極點”、“從云點”等方式來完成曲面建模。由以上 幾種創(chuàng)建曲面方式創(chuàng)建的曲面與點數(shù)據(jù)之間不存在關(guān)聯(lián)性， 是非參數(shù)化的。即當創(chuàng)建點編輯后，曲面不會產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性 變化。另外，由于其創(chuàng)建的曲面光順行比較差，一般在曲 面建模中，此類方法很少使用

7、，限于篇幅，此處不再詳細 介紹。此處僅對由曲線和曲面創(chuàng)建曲面的各種方法進行介 紹。 6.2.1 創(chuàng)建直紋面 直紋面是指利用兩條截面線串生成曲面或?qū)嶓w。截面線串可以由單個或多 個對象組成，每個對象可以是曲線、實體邊界或?qū)嶓w表面等幾何體。 創(chuàng)建直紋面，單擊“曲面”工具欄中的“直紋面”按鈕，打開“直紋面” 對話框，如圖6.1所示。 在“對齊”下拉列表框中，系統(tǒng)提供了2種對齊方式，下面分別進行介紹。 參數(shù)：用于將截面線串要通過的點以相等的參數(shù)間隔隔開。目的是讓每個 曲線的整個長度完全被等分，此時創(chuàng)建的曲面在等分的間隔點處對齊。若 整個截面線上包含直線，則用等弧長的方式間隔點。若包含曲線，則用等 角度的

8、方式間隔點。 根據(jù)點：用于不同形狀的截面線的對齊，特別是當截面線有尖角時，應(yīng)該 采用點對齊方式。例如，當出現(xiàn)三角形截面和長方形截面時，由于邊數(shù)不 同，需采用點對齊方式，否則可能導(dǎo)致后續(xù)操作錯誤。 6.2.2 通過曲線組 該方法是指通過一系列輪廓曲線（大致在同一方向）建立曲面或?qū)嶓w。輪廓曲線又叫 截面線串。截面線串可以是曲線、實體邊界或?qū)嶓w表面等幾何體。其生成特征與截面 線串相關(guān)聯(lián)，當截面線串編輯修改后，特征會自動更新。 “通過曲線組”方式與“直紋面”方法類似，區(qū)別在于“直紋面”只適用兩條截面線 串，并且兩條截面線串之間總是相連的。而“通過曲線組”最多允許使用150條截面 線串。 執(zhí)行“插入”|

9、“網(wǎng)格曲面”|“通過曲線組”命令（或者單擊“曲面”工具欄中的 “通過曲線組”按鈕），打開“通過曲線組”對話框，如圖6.8所示。 6.2.3 通過曲線網(wǎng)格 該方法是指用主曲線和交叉曲線創(chuàng)建曲面的一種方法。其中主曲線是一組同方向的截 面線串，而交叉曲線是另一組大致垂直于主曲線的截面線。通常把第一組曲線線串稱 為主曲線，把第二組曲線線串稱為交叉曲線。由于沒有對齊選項，在生成曲面，主曲 線上的尖角不會生成銳邊?！巴ㄟ^曲線網(wǎng)格”曲面建模有以下幾個特點。 生成曲面或體與主曲線和交叉曲線相關(guān)聯(lián)。 生成曲面為雙多次三項式，即曲面在行與列兩個方向均為3次。 主曲線環(huán)狀封閉，可重復(fù)選擇第一條交叉線作為最后一條交叉

10、線，可形成封閉實體。 選擇主曲線時，點可以作為第一條截面線和最后一條截面線的可選對象。 6.2.4 掃掠 掃掠是使用輪廓曲線沿空間路徑掃掠而成，其中掃掠路徑稱為引導(dǎo)線（最 多3根），輪廓線稱為截面線。引導(dǎo)線和截面線均可以由多段曲線組成， 但引導(dǎo)線必須一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)。 該方法是所有曲面建模中最復(fù)雜、最強大的一種，在工業(yè)設(shè)計設(shè)計中使用 廣泛。 創(chuàng)建掃掠曲面，執(zhí)行“插入”|“掃掠”|“掃掠”命令（或者單擊“曲面” 工具欄中的“掃掠”按鈕），打開“掃掠”對話框，如圖6.19所示。 6.2.5 截面 創(chuàng)建截面可以理解為在截面曲線上創(chuàng)建曲面。主要是利用與截面曲線相關(guān) 的條件來控制一組連續(xù)截面曲線的形狀，從而

11、生成一個連續(xù)的曲面。其特 點是垂直于脊線的每個橫截面內(nèi)均為精確的二次（三次或五次）曲線。在 飛機機身和汽車覆蓋件建模中應(yīng)用廣泛。 執(zhí)行“插入”|“網(wǎng)格曲面”|“截面”命令（或者單擊“曲面”工具欄中 的“剖切曲面”按鈕），打開“剖切曲面”對話框，如圖6.27所示。 在UG NX6中系統(tǒng)提供了20種截面曲面類型，其中“Rho”是投射判別式， 是控制截面線“豐滿度”的一個比例值?！绊旤c線串”完全定義截型體所 需數(shù)據(jù)。其它線串控制曲面的起始和終止邊緣以及曲面形狀。 下面介紹其中常用的幾種截面曲面類型，其余類型可參考其學(xué)習(xí)。 6.2.6 N邊曲面 N邊曲面用于創(chuàng)建一組由端點相連曲線封閉的曲面，并指定其與

12、外部面的 連續(xù)性。 創(chuàng)建N邊曲面，執(zhí)行“插入”|“網(wǎng)格曲面”|“N邊曲面”命令（或者單擊 “曲面”工具欄中的“N邊曲面”按鈕），打開“N邊曲面”對話框，如圖 6.42所示。 6.2.7 橋接曲面 橋接曲面用于在兩個曲面建立過渡曲面。過渡曲面與兩個曲面之間的連接 可以采用相切連續(xù)或曲率連續(xù)兩種方式。橋接曲面簡單方便，曲面光滑過 渡，邊界約束自由。為曲面過渡的常用方式。 創(chuàng)建橋接曲面，單擊“曲面”工具欄中的“橋接”按鈕，打開“橋接”對 話框，如圖6.46所示。 對該對話框中常用選項的功能說明如下。 主面：用于選擇兩個主面。單擊該按鈕，指定兩個需要連接的表面。在指 定表面后，系統(tǒng)將顯示表示向量方向的

13、箭頭。指定片體上不同的邊緣和拐 角，箭頭顯示會不斷更新，此箭頭的方向表示片體生產(chǎn)的方向。 側(cè)頁：用于指定側(cè)面。單擊該按鈕，指定一個或兩個側(cè)面，作為生產(chǎn)片體 時的引導(dǎo)側(cè)面，系統(tǒng)依據(jù)引導(dǎo)側(cè)面的限制而生成片體的外形。 第一側(cè)面線串：單擊該按鈕，指定曲線或邊緣，作為生產(chǎn)片體時的引導(dǎo)線， 以決定連接片體的外形。 第二側(cè)面線串：單擊該按鈕，指定另一條曲線或邊緣，與上一個按鈕配合， 作為生產(chǎn)片體的引導(dǎo)線，以決定連接片體的外形。 相切：選擇該選項，沿原來表面的切線方向和另一個表面連接。 曲率：選擇該選項，沿原來表面圓弧曲率半徑與另一個表面連接，同時保 證相切的特性。 6.2.8 規(guī)律延伸 規(guī)律延伸曲面是指在已

14、有片體或表面上曲線或原始曲面的邊，生成基于長 度和角度可按指函數(shù)規(guī)律變化的建立延伸曲面。其主要用于擴大曲面，通 常采用近似方法建立。 創(chuàng)建規(guī)律延伸曲面，執(zhí)行“插入”|“彎邊曲面”|“規(guī)律延伸”命令（或 者單擊“曲面”工具欄中的“規(guī)律延伸”按鈕，打開“規(guī)律延伸”對話框， 如圖6.50所示。 6.2.9 偏置曲面 偏置曲面用于創(chuàng)建原有曲面的偏置平面，即沿指定平面的法向偏置點來生成用戶所需 的曲面。其主要用于從一個或多個已有的面生成曲面，已有面稱之為基面，指定的距 離稱為偏置距離。 創(chuàng)建偏置曲面，執(zhí)行“插入”|“偏置縮放”|“偏置曲面”命令（或者單擊“曲面” 工具欄中的“偏置平面”按鈕），打開“偏置

15、平面”對話框，如圖6.57所示。 偏置曲面操作比較簡單，選取基面后，設(shè)置偏置距離，單擊“確定”按鈕便完成偏置 曲面操作。 舉例介紹用“偏置曲面”創(chuàng)建曲面的操作步驟如下。 6.2.10 藝術(shù)曲面 該方式是指用任意數(shù)量的截面和引導(dǎo)線來創(chuàng)建藝術(shù)曲面。其與通過曲線網(wǎng)格創(chuàng)建曲面 類型相似，也是通過一條引導(dǎo)線來創(chuàng)建曲面。利用該選項可以改變曲面的復(fù)雜程度， 而不必重新創(chuàng)建曲面。 創(chuàng)建藝術(shù)曲面，執(zhí)行“插入”|“網(wǎng)格曲面”|“藝術(shù)曲面”命令（或者單擊“自由曲 面形狀”工具欄中的“藝術(shù)曲面”按鈕），打開“藝術(shù)曲面”對話框，如圖6.61所示。 6.3 編輯曲面 對于創(chuàng)建的曲面，往往需要通過一些編輯操作才 能滿足設(shè)計

16、要求。曲面編輯操作作為一種高效的 曲面修改方式，在整個建模過程起到著非常重要 的作用?？梢岳镁庉嫻δ苤匦露x曲面特征的 參數(shù)，也可以通過變形和再生工具對曲面直接進 行編輯操作。 曲面的創(chuàng)建方法不同，其編輯的方法也不同，下 面對幾種常用的曲面編輯方法進行講述。 6.3.1 X成形 該方法是指通過一系列的變換類型以及高級變換方式對曲 面的點進行編輯，從而改變原曲面。 單擊“曲面形狀”工具欄中的“X變形”按鈕，打開“X變 形”對話框，如圖6.66所示。 6.3.2 等參數(shù)裁剪/分割 該方法是指按照一定的百分比在曲面的U方向和V方向進行等參數(shù) 的修剪和分割。 單擊“編輯曲面”工具欄中的“等參數(shù)修剪/

17、分割”按鈕，打開 “修剪/分割”對話框，如圖6.73所示。下面分別介紹“等參數(shù)修 剪”和“等參數(shù)分割”的用法。 6.3.3 剪斷曲面 剪斷曲面是以指定點為參照，進行分割或剪斷曲面中不需要的部分?！凹?斷曲面”不同于“修剪曲面”，因為剪斷操作實際修改了輸入曲面幾何體， 而修剪操作保留曲面不變。 創(chuàng)建剪斷曲面，單擊“自由曲面形狀”工具欄中的“剪斷曲面”按鈕，打 開“剪斷曲面”對話框，如圖6.82所示。 6.3.4 擴大曲面 該選項用于在選取的被修剪的或原始的表面基礎(chǔ)上生成一個擴大或縮小的曲面。 擴大曲面，單擊“編輯曲面”工具欄中的“擴大曲面”按鈕，打開“擴大曲面”對話 框，如圖6.88所示。 對該

18、對話框中各項參數(shù)說明如下。 線性：是指曲面上延伸部分是沿直線延伸而成的直紋面。該選項只能擴大曲面，不可 以縮小曲面。 自然：是指曲面上的延伸部分是按照曲面本身的函數(shù)規(guī)律延伸。該選項既可以擴大曲 面也可以縮小曲面。 全部：用于同時改變U向和V向的最大和最小值。只有移動其中一個滑塊，便可以移動 其他滑塊。 重置和重新選擇面：用于進行重新開始或更換編輯面。 編輯副本：用于對編輯后的曲面進行復(fù)制，以方便后續(xù)操作。 6.3.5 變換曲面 該選項是指通過動態(tài)方式對曲面進行一系列的縮 放、旋轉(zhuǎn)或平移操作，并移除特征的相關(guān)參數(shù)。 創(chuàng)建變換曲面，單擊“自由曲面形狀”工具欄中 的“變換片體”按鈕，打開“變換曲面”對話框， 如圖6.92所示。 6.4 綜合實例創(chuàng)建汽車模型 本節(jié)利用一個車身造型的基本