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1、自由曲面特征【学习目标】l 自由曲面的建模方法；l 自由曲面的编辑方法；l 自由曲面的变换方法。实体特征多用于构建规则外型的产品，因此构建产品的能力比较有限。对于外型复杂的产品，通常还需要借助UG的自由形状特征造型功能。自由形状特征是对使用UG的自由形状特征创建功能和某些自由形状编辑功能的特征总称，它既可以是曲面也可以是实体。由于外型复杂产品往往通过曲面构建实体，因此自由形状特征也可以成为自由曲面特征，本章主要介绍的就是自由曲面构建实体的方法。 一、自由曲面特征概述UG不仅提供了前面章节所介绍的基本特征建模模块，同时提供了自由曲面特征的建模模块、自由曲面编辑模块及自由曲面变换模块。通过自由曲特
2、征的面建模模块可以方便他声称曲面片体或实体模型；通过自由曲面编辑模块和自由曲面变换模块可以实现对自由曲面的各种编辑修改操作。1曲面的创建概述创建曲面的一般操作不走是：根据产品外形的要求，先建立用于构建曲面的边界曲线，或者根据实物测量的数据点生产曲线，然后利用UG提供的各种曲面构造方法创建曲面。（1） 曲面创建的主要方法自由曲面特征包括多种特征创建方式，它可以完成各种复杂曲面、片体、非规则实体的创建，总的来说可以分为如下几点类型。l 利用一系列分布点作为定义几何来创建片体，主要用于逆向工程。这种由点生成的曲面是非参数化的，即生成的曲面与原始构造点不关联。当构造点编辑后，曲面不会产生关联性更新变换
3、，如图8-1所示是空间的离散点。如图8-2所示是由这些离散点拟合的曲面。l 利用曲线作为定义集合体来创建片体，这类曲面是全参数化的，在UG中称为全参数片体，即是全关联，参数化的曲面。当构造曲面的曲线被编辑修改后，曲面会自动更新，适用于大面积的曲面构造，如图8-3所示是引导线和截面线，如图8-4所谓是截面线沿引导线扫描而成的曲面。l 利用已有片体通过变形，复制创建片体，通过界面、桥接和偏置等方法创建的片体，有些方法常用于创建曲面的过渡，称为过渡曲面。（2） 曲面创建注意事项 在UG系统中，大多数命令所构造的曲面都具有参数化的特征，这类曲面的共同特点是由曲面生产，曲面与曲线具有关联性，即当构造曲面
4、的曲线被编辑修改后，曲面会自动更新。为保证创建曲面的参数化特性，应当注意如下几点：l 减少使用非参数化命令构造曲面（通过点或从点云等方法）l 构造曲面的曲线尽可能采用草图方法生成l 编辑曲面时尽可能采用参数化的编辑方法，即使用编辑特征参数的操作，而编辑曲面操作中的方法都是非参数化的，如果必须使用，则建议采用编辑复制体方法l 尽可能采用实体剪裁，抽壳方法建模。（3） 曲面操作注意事项 在曲面操作过程中，同样有一些经验性原则和技巧。l 用于构造曲面的曲线应尽可能简单，曲线阶次数小于等于3.l 用于构造曲面的曲线要保证光顺连接，避免产生尖角，交叉和重叠。l 曲面的曲率半径尽可能大，否则会造成加工困难
5、和复杂。l 避免构造非参数化特征。l 如有测量的数据点，则建议先生成曲线，再利用曲线构造曲面。l 根据不同曲面的特点合理使用各种曲面的构造方法。l 面之间倒圆过渡尽可能在实体上进行。2.片体与实体建模使用自由形状特征建立曲面模型并不是产品建模的最终目的，而是以曲面作为实体建模的辅助手段，构建实体模型。在UG中可以通过如下功能将片体与实体建模有机结合起来，最终创建具有自由形状的实体模型。l 【缝合】：如果若干片体能够包围形成完全封闭的“容器”，则一旦缝合这些片体，“容器”便转化为实体，如图8-5所示的榔头即是由曲面构成。l 【补片体】：利用片体取代实体的一部分表面，在实体上形成自由形状的表面，如
6、图8-6所示为玩具模型的补片体。l 【修剪实体】：利用片体作为修剪边界修剪实体，在尸体上形成自由形状的表面，如图8-7所示是使用曲面修改实体前面后的效果。l 【加厚实体】：将片体直接加厚形成具有均匀厚度的自由形状的壳体，如图8-8所示的是PDA面板曲面加厚前后的效果。l 其他生产实体的方法：选择【预设置】【建模】菜单命令，在弹出的【建模预设置】对话框的【一般】选项卡中将【体类型】设置为【实线】，那么在如下情况可以直接创建实体的自由形状特征：一是自由形状特征的U和V向的参数线都是封闭的，形成完全封闭的“容器”，得到的结果是实体；二是自由形状特征的U和V向参数之一是封闭的，两端的封闭参数是平面曲线
7、。二、点构造曲面最基本的曲面创建功能是通过空间点来完成曲面的创建，本节将介绍3种通过点创建曲面的方法，包括通过点创建曲线、由极点创建曲面和从点云创建曲面。1由点构造曲面单机【曲面】工具栏中的【通过点】按钮，或者单击【从极点】按钮，弹出如图8-9所示的【通过点】对话框，以进入相应的操作功能。由于两个命令具有不同的计算方法，因此对于同样的点将产生不同的形状，如图8-10所示。l 通过点创建曲面的操作可以定义片体并将通过的点阵列，生成的片体会插补每个制定点。使用这个操作功能，可以很好地控制片体形式，使它总是通过制定的点。l 由极点创建曲面的操作可以制定点为定义片体外型控制网的极点（顶点）。使用极点可
8、以更好的控制片体的全局外型，也可以更好的避免片体中不必要的波动（曲率反向）。在【补片类型】下拉列表中，用户可以选择设置创建曲面的类型，它包括【多个】和【单个】两个选项。选择【多个】选项，则阶次越低补片越多，将来修改曲面时控制其局部曲率的自由度越大；反之减少片体的数量，修改曲面时容易保持其广顺性；选择【单个】选项，表示曲面将由一个补片构成，由系统根据横列的点数，取可能的最高阶次。【沿。向封闭】用来设置曲面是否闭合或闭合方式，其中【两者都不】选项是指定义点或控制点的列方向与行方向都不闭合：【行】、【列】选项分别代表第一行（列）为最后一行（列）：【两者皆是】指两个方向都是封闭的。【行阶次】和【列阶次
9、】选项用于设置行和列的次数。最小值为1（两个定义点），最大值为24（25个定义点）。设置玩对话框所需参数后，将提示用于选取定义点（或极点）对象，可以直接在绘制工作区中选取，也可以利用相应的【点构造器】对话框提供的一些辅助功能来快速选取点对象。设置好相应的点对象后，将根据用户选取的点创建曲面。2点云构造曲面 从点云构造曲面是指通过一个点云生成一个片体，点云通常由扫描和数字化产生。虽然有一些限制，但此功能可让用户从很多点中用最少的交叉生成一个片体。得到的片体比用由点构面方式从相同的点生成的片体要光顺的多，但不如后者更接近于原始点。 单击【曲面】工具栏中的【从点云】按钮，或者选择【插入】【曲面】【从
10、点云】菜单命令，弹出【从点云】对话框，进入从点云创建曲面功能。 【U向次数】和【V向次数】分别用于设置U方向和V方向次数。【#U向补片数】和【#V向补片数】分别用于设置U方向和V方向的补片数值。曲面各个方向的阶次和补片数控制着输入点和生成的片体之间的距离差距。 【CSYS】选项用于改变U、V向量方向及片体法线方向的的坐标系统，当改变该坐标系统后，其所产生的片体也会随着坐标系统的改变而产生相应的变化。 【边界】选项用于设置框选点的范围，配合坐标系统所设置的平面选取点。三、线构造曲面利用预先构造的曲线、其他已有曲面或实体的边作为输入数据创建曲面是构造曲面的主要方法，本节将介绍常用的通过曲线构造片体
11、的功能。1直纹面使用直纹面功能可生成通过两条曲面轮廓线的直纹体（片体或实体），曲线轮廓线称为截面线串。截面线串可以由单个或多个对象组成。每个对象可以是曲线、实边或实面。也可以选择曲线的点或端点作为两个截面线串中的第一个。单击【曲面】工具栏中的【直纹】按钮，或者选择【插入】【网格曲面】【直纹】菜单命令，弹出【直纹】对话框提示选择截面曲线，之后会弹出如图8-11所示的对话框，要求设置参数，主要选项如下所示。1 【对齐】下拉列表l 【参数】：表示空间中的点将会沿着所指定的曲线以相等参数的间距穿过曲线产生片体。所选取曲线的全部长度将完全被等分。l 【弧长】：表示空间中的点将会沿着所指定的曲线以相等弧长
12、的间距穿过曲线长生片体。所选取曲线的全部长度将完全被等分。l 【根据点】可根据所选取的顺序在连接线上定义片体的路径走向，在所选取的形体中含有角点时使用的选项。l 【距离】：选择该选项，则会将所选取的曲线在向量方向等间距切分，当产生片体后，若显示其U方向线，则U方向线以等分显示。l 【角度】：表示会以所定义的角度转向，沿向量方向扫过，并将所选取的曲线沿一定角度均分。当产生片体后，若显示U方向线，则U方向线会以等分角度方式显示。l 【脊线】：表示在选取脊线后所产生的片体范围会以所选取的脊线长度为准，但所选取的脊线平面必须与曲线的平面垂直。2 公差该文本框用于设置所产生的片体与所选取的截面曲线之间的
13、误差值。若设置为零，则所产生的片体将会完全沿着所取的界面曲线创建 临时栅格线显示若创建B-曲面的规则曲面，则可暂时显示U方向和V方向的网格数目，其所显示的U方向与V方向的网格数目可以自定义显示的网格数目2.通过曲线通过曲线的功能能让用户通过同一方向上的一组曲线轮廓线生成一个体，如图8-12所示。与指纹面不同的是，前面只使用两条截面线串，并且两条截面线串之间总是线性连接，而后者允许使用高达150的截面线串。单击【曲面】工具栏中的【通过曲线】按钮，或者选择【插入】【网格曲面】【通过曲线】菜单命令，弹出【通过曲线】对话框提示选择截面曲线，之后弹出如图8-13所示的对话框要求设置参数。在【通过曲线】对
14、话框中，有两个截面线串约束方式的设置列表，它能指定生成的实体和一个或多个选定面或片体在某个截面线串处的约束类型，其中提供了以下3种约束方式。l G0：定义截面线串无约束，即不做任何形式的改变。l G1：定义截面线串与所选取的片体相切，所产生的片体与所选取的片体切线斜率连续。l G2：定义截面线串与所选取的片体相切，切使其曲率连续。3.通过曲线网格 通过曲线网格功能可以使用两簇相互交叉的定义线串（曲线、边），创建通过曲线网格的曲面特征，曲面将通过这些定义线串，如图8-14所示。其中，先选取的一簇定义线串称为主曲线，后选取的一簇定义线串称为交叉曲线。单击【曲面】工具栏中的【通过曲线网格】按钮，或者
15、选择【插入】【网格曲面】【通过曲线网格】菜单命令，弹出【通过曲线网格】对话框提示选择截面曲线，之后会弹出对话框要求设置参数，其中各主要参数说明吐下。1. 强调用于决定哪一组控制线串对曲线网格体的形状最有影响，或者指定两组有同样的效果，共有如下3个选项，如图8-15所示是选取3种不同产生方式的结果。l 【两个】：所产生的片体会沿主曲线与交互曲线的中点创建。l 【主曲线】：所长生的片体会沿主要的曲线创建。l 【横向】：所产生的片体会沿横向的曲线创建。2. 交点公差 该选项用于设置曲线与主要弧之间的公差。当曲线与主要弧不相交时，其曲线与主要弧之间的距离不得超过所设置的交叉公差值。若超过所设置的公差时，则会显示错误的信息，并无法生成曲面，提示重新操作。3. 构造选项 用于设置生成的曲面符合各条曲线的程度，共有3这个选项。l 【垂直】：选择该选项，则将按照正常的过程创建实体或是曲面，该选项具有最高的精度，因此将生成较多的块，占据最多的储存空间。l 【用样条点】：该选项要求选择的曲线必须是具有与选择的点数目相同的单一B样条曲线。这时生成的实体和曲面将通过控制点并在该店处与选择的曲线相切。l 【简单】：该选项可以对曲线的教学方程进行简化，以提高曲线的连续
