2.7 曲面建模

曲面是由一個面或多個面組合而成的幾何體，它本身沒有厚度和質量，常用于復雜的模型設計。

2.7.1 曲面概述

1．曲面的有關術語

●自由曲面：由自由形狀特征創建的曲面即是“自由曲面”，自由曲面可以由“點“線”和“面”創建或延伸得到。

●B樣條曲面：在UG中，利用“直紋面”“通過曲線組曲面”“通過曲線網格曲面“掃掠曲面”以及“自由曲面成型”等構建的曲面都是B樣條曲面。

●片體：一種UG術語，“片體”和“實體”對應，“片體”和“實體”都是由一個或多個表面組成的幾何體，厚度為“0”的是“片體”，不為“0”的是實體。在模具設計中，工件的分型曲面常成為分型片體，它是由多個分型片體組成的。

●補片類型：片體是由補片組成的，根據片體中的補片數量，可將其分為單補片片體和多補片片體。只含有一個補片的片體稱為單補片片體；而多補片片體由一系列單補片陣列組成。在模具設計中，模型破孔的修補曲面常稱為修補片體或補片面。

●U向和V向：曲面的參數方程有U、V兩個變量，相應地，曲面的模型也用U、V兩個方向來表示。U向是曲面的行所在的方向，V向是曲面的列所在的方向。

●階次：階次是曲面方程的一個重要參數，每個片體都包含U、V兩個方向的階數，每個方向的階次必須介于2～24，如果沒有要求，建議采用3～5階來創建曲面，這樣的曲面易于控制形狀。

2．曲面的構造方法

UG的曲面建模功能強大，可以通過點、線或曲面等多種方法來構造曲面。曲面建模的有關命令位于“曲面”選項卡中，包括“曲面”分組、“曲面工序”分組和“編輯曲面”分組，如圖2-125所示。

（1）使用點構造曲面

在UG中用戶可以使用“通過點”“從極點”或“從點云”方式來創建曲面。

（2）使用曲線構造曲面

用戶可以選取曲線作為截面線串或引導線串來創建曲面，主要包括“直紋面”“通過曲線組”“通過曲線網格”“掃掠”等方式。

（3）使用已有的曲面構造曲面

該方法是通過使用相關的曲面操作和編輯命令，對已有曲面進行諸如延伸、偏置、橋接和修剪等操作來創建曲面。

2.7.2 由點構造曲面

在UG NX中可實現由點構面的方法有“通過點”“從極點”和“從點云”。由點構造的曲面光順性較差，因此，該方法盡量少用。

1．通過點

“通過點”創建曲面是通過指定一系列的矩形陣列點來創建曲面，所創建的曲面通過所有指定的點。

【例2-6】“通過點”創建曲面。

1）打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_07\tongguodian.prt。操作步驟如圖2-126所示。

2）選擇菜單“插入”→“曲面”→“通過點”命令，彈出“通過點”對話框。接受默認選項，單擊“確定”按鈕，彈出“過點”對話框，此時狀態欄提示確定“行1”的選點方式。

3）單擊“點構造器”按鈕，彈出“點”對話框，選擇“現有點”選項，按序選擇“行1”的點。選擇完畢后，單擊“點”對話框的“確定”按鈕。

4）系統彈出“指定點”對話框，單擊“是”按鈕，重新回到“點”對話框，選取“行2”的點。直至選取點符合階次選項設置時（默認階次為3，必須選擇4行點），將彈出“過點”對話框，單擊對話框中的“所有指定的點”按鈕完成點的選取，最后單擊“過點”對話框的“確定”按鈕，創建通過指定點的曲面。

2．從極點

“從極點”創建曲面是指通過定義曲面的矩形陣列點來創建曲面，其創建方法同“通過點”相似。該方法選取的點作為曲面的控制點，曲面不一定均通過這些點，效果如圖2-127所示。

3．從點云

“從點云”創建曲面是指通過一組無序排列的點集來創建曲面，所創建的曲面將盡量逼近于所選的點，效果如圖2-128所示。該方法可直接框選所有點，鼠標框選的起始位置及點云的視圖方向不同，生成的曲面亦不同。

2.7.3 由曲線構造曲面

1．直紋面

“直紋面”是通過一組假想的直線，將兩組截面線串之間的對應點連接起來而形成的曲面。創建直紋面時只能使用兩組線串，這兩組線串可以封閉，也可不封閉。

【例2-7】創建直紋面。

1）打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_08\zhiwen.prt。操作步驟如圖2-129所示。

2）單擊“曲面”選項卡→“曲面”分組→“直紋”按鈕，彈出“直紋”對話框，選擇線串1，單擊中鍵確認；繼續選擇線串2，單擊中鍵確認。在對話框的“對齊”選項組中選擇對齊方式為“參數”，然后單擊“確定”按鈕生成直紋面。

提示：選取截面對象的時候，應注意鼠標的選取位置。UG是根據鼠標選取位置來判斷起始位置的，通常比較靠近鼠標單擊位置的曲線一端是起始位置。

2．通過曲線組

“通過曲線組”是指通過選取一系列的截面線串來創建曲面，作為截面線串的對象可以是曲線也可以是實體或片體的邊。

【例2-8】通過曲線組創建曲面。

1）打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_09\quxianzu.prt。操作步驟如圖2-130所示。

2）單擊“曲面”選項卡→“曲面”分組→“通過曲線組”按鈕，彈出“通過曲線組”對話框，然后依次選擇線串1（可框選）、線串2、線串3，每次選取線串后單擊中鍵確認。最后單擊“確定”按鈕生成直紋面。

提示：選取截面線串后，圖形區顯示的箭頭矢量應處于截面線串的同側（如圖2-130所示），否則生成的曲面被扭曲。后面介紹的“通過曲線網格”創建曲面時也應注意同類問題。

3．通過曲線網格

“通過曲線網格”是指通過選取不同方向上的兩組線串作為截面線串來創建曲面。一組線串定義為主曲線，另外一組定義為交叉曲線。

【例2-9】通過曲線網格創建曲面。

1）打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_10\qxwg.prt。操作步驟如圖2-131所示。

2）選擇菜單“插入”→“網格曲面”→“通過曲線網絡”命令，或單擊“曲面”選項卡→“曲面”分組→“通過曲線網絡”按鈕，彈出“通過曲線網絡”對話框

3)選擇主曲線。單擊“主曲線”選項組巾的“選擇曲線或點”按鈕，分別選擇圖2-131中②箭頭所示的兩半圓弧為主曲線，并分別單擊中鍵確認。

4)選擇交叉曲線。單擊“交叉曲線”選項組中的“選擇曲線”按鈕，分別選擇圖2-131中③箭頭所示的3條樣條曲線為交叉曲線，并分別單擊中鍵確認。

5)在工作區可以預覽生成的曲面，單擊“確定”按鈕，生成通過曲線網格的曲面。

4．掃掠

掃掠創建曲面是使截面曲線沿所選的引導線進行掃掠而生成曲面。

【例2-10】 通過掃掠創建曲面。

1)打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_ll\saolue.prt。操作步驟如圖2-132所示。

2)選擇菜單“插入”→“掃掠”→“掃掠”命令，或單擊“曲面”選項卡→“曲面”分組→“掃掠”按鈕，彈出“掃掠”對話框。

3)單擊“截面”選項組中的“選擇曲線”按鈕，選擇圖2-132中②箭頭所示的截面線串，單擊中鍵確認；單擊“引導線”選項組中的“選擇曲線”按鈕網，然后依次選擇圖2-132中④箭頭所示的兩條引導線，并分別單擊中鍵確認。對話框中其他參數默認，單擊“確定”按鈕，完成掃掠曲面的創建。

2.7.4 由曲面構造曲面

由曲面構造曲面是指在已有的曲面上，通過偏置、延伸、橋接、N邊曲面等方法生成新的曲面。

1．偏置曲面

選擇菜單“插入”→“偏置／縮放”→“偏置曲面”命令，或單擊“曲面”分組→“偏置曲面”按鈕，彈出“偏置曲面”對話框，選擇曲面并設置偏置量，最后單擊“確定”按鈕，即可生成偏置曲面。操作過程如圖2-133所示。

2．延伸曲面

采用延伸曲面可對己存在曲面的邊界或曲線進行切向、法向或角度的延伸。操作步驟如圖2-134所示。單擊“曲面”分組一“延伸片體”按鈕，彈出如圖2-134所示的“延伸片體”對話框。選擇限制類型為“偏置”，輸入偏置值為100，然后選取圖2-134中②箭頭所示的曲面邊線；在“設置”分組中設置相關參數后，單擊“確定”按鈕，完成曲面的延伸操作。

3．N邊曲面

使用“N邊曲面”命令，可以通過曲線、實體或片體的邊來創建曲面。在模具設計中可以使用N邊曲面對模型進行修補。

【例2-11】創建N邊曲面。

1）打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_12\N_bian.prt。操作步驟如圖2-135所示。

2）單擊“曲面”分組→“N邊曲面”按鈕，打開“N邊曲面”對話框，選擇該對話框“類型”選項組中的“已修剪”選項，依次選擇圖2-135中②～⑤所示的模型開放區域的4條邊線，單擊對話框的“確定”按鈕創建N邊曲面。

2.7.5 修剪片體

修剪片體工具可以選取曲線、面或基準平面作為修剪邊界，對一個或多個片體進行修剪。修剪邊界可以在將要修剪的曲面上，也可在曲面之外通過投影方向來確定修剪的邊界。

【例2-12】修剪片體。

1）打開附帶光盤文件ch02\eg\eg_13\xiujian.prt。操作步驟如圖2-136所示。

2）選擇菜單“插入”→“修剪”→“修剪片體”命令，或單擊“曲面”選項卡→“曲面工序”分組→“修建片體”按鈕，打開“修剪片體”對話框。選擇曲面為目標體，選擇圓為邊界對象，在“投影方向”下拉列表中選擇“垂直于面”選項，單擊“確定按鈕，完成修剪。