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1、FreeFormFeaturesFreeFormFeatures自由建自由建模讲解模讲解DESign自由形状特征概述 自由形状特征（free form features）定义 自由形状特征是指那些不能利用体素、标准成形特征或含有直线、弧和二次曲线的草图构建的形状。DESign自由形状特征概述 自由形状特征（free form features）是CAD模块的重要组成部分。是高端软件的重要标志。绝大多数实际产品的设计都离不开自由形状特征。 一般的设计过程：根据产品造型效果（或三维真实模型），进行曲面数据采样、曲线拟合、曲面构造，生成计算机三维实体模型，最后进行编辑和修改等。 几何体的形成：点-线
2、，线-面，面-体。 因此，用好曲面的基础是曲线的构造。在构造曲线时应该尽可能仔细精确，避免缺陷，如曲线重叠、交叉、断点等，否则会造成后续加工的一系列问题。 好点-好线-好面。曲面构造的一般方法曲面构造的一般方法根据产品外形要求，首先建立用于构造曲面的边界曲线，或者根据实样测量的数据点生成曲线，使用UG提供的各种曲面构造方法构造曲面。一般来讲，对于简单曲面，可以一次完成建模。而实际产品的形状往往比较复杂，一般都难于一次完成。对于复杂的曲面，首先应该采用曲线构造方法生成主要或大面积的片体，然后进行曲面的过渡连接，光顺处理，曲面的编辑等方法完成整体造型。全息片体（Smart Sheet）全息片体（S
3、mart Sheet）：就是指全参数化、全相关曲面。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，在Free Form Features中称为Smart Sheet。这类曲面的共同特点是都由曲线生成，曲面与曲线具有相关性，即当构造曲面的曲线编辑修改后，曲面会自动更新。 全息片体（Smart Sheet）构造全息片体应该注意以下几点：避免使用非参数化命令构造曲面（Through Point，From Pole，From Point Cloud，Foreign四种方法为非参数化方法，尽量不使用）构造曲面的曲线尽可能采用草图方法生成编辑曲面时尽可能采用参数化的编辑方法，即使用Edit -
4、Feature - Parameters方法来编辑曲面，而Edit - Free Form Feature方法均为非参数编辑方法，如果必须使用，建议采用编辑复制体方法（Edit a Copy）尽可能采用实体切割、抽空方法建模自由形状特征应用范围1.构造用标准特征方法无法创建的形状。2.修剪（Trim）一个实体而获得一个特殊的形状。3.将封闭的片体缝合（Sew）成一个实体。曲面构造基本原则和技巧曲面构造基本原则和技巧1.用于构造曲面的曲线尽可能简单，曲线阶次3；当需要曲率连续时，考虑使用5阶曲线。2.用于构造曲面的曲线要保证光顺连续，避免产生尖角、交叉、重叠。3.曲面的曲率半径尽可能大，否则会造
5、成加工困难和复杂。4.曲面阶次3，尽可能避免使用高次曲面。5.避免构造非参数化特征。6.如有测量得到的数据点，建议可先生成曲线，再利用曲线构造曲面。7.尽可能采用修剪实体（Trim Body），再挖空（Hollow）方法建立薄壳零件。8.面之间的园角过渡尽可能在实体上进行操作。9.内园角半径应略大于标准刀具半径。曲面工具条曲面工具条直 纹 面（Ruled）Open file : fff_rule_1.prt直直 纹纹 面（面（Ruled）直纹特征为通过两条截面线串（Section String）而生成的片体或实体。对齐方式公 差保持形狀（盡量不勾選）等参数对齐等弧长对齐操作步驟直直 纹纹 面（
6、面（Ruled）等弧长对齐（Arclength）：构造特征时，两组截面线和等参数曲线建立连接点，这些连接点在截面线上的分布和间隔方式是根据等弧长方式建立。直直 纹纹 面（面（Ruled）等参数对齐（Parameter）：构造特征时，等参数曲线与截面线所形成的间隔点，是根据相等的参数间隔方式建立。若截面线上包含直线和曲线，点的间隔方式是不同的。1.直线：根据等弧长方式间隔点。 2.曲线：根据等角度方式间隔点。 对齐方式对齐方式用点对齐（Alignment By Point）：用点对齐方式用于不同形状的截面线的对齐，特别是截面线具有尖角或有不同截面形状时，应该采用点对齐方法。该对齐方法可以使用零公
7、差，表明点与点之间的精确对齐。选点时应该注意按照同一方向与次序选择，并且在所有的截面线上均需要有相应的对应点。起点和终点系统会自动对齐。ruleOpen file: fff_rule_2.prttwo close section-bodyby point aligntolerance=0start point auto align通过曲线（通过曲线（Through Curve）通过曲线方法通过一系列轮廓曲线（大致在同一方向）建立片体或实体。最多150根曲线。通过曲线（通过曲线（Through Curve）操作步骤：操作步骤：1.依次选择截面线串，选择OK确认。2.选择补片类型。3.选择对齐方法
8、。4.对多补片可以指定V方向的阶次，是否在V方向封闭。5.修改默认的公差。6.若有边界实体或曲面，可以选择边界约束条件（与边界几何体相切或曲率匹配）。7.选择OK。通过曲线（通过曲线（Through Curve）選擇类型定義方向定義原始曲線 顯示列表連 慣 性第一截面线串的边界约束最后截面线串的边界约束預 覽設 置 增加新設置通过曲线（通过曲线（Through Curve）对齐方式在V方向封闭V方向阶次公 差补片类型通过曲线（通过曲线（Through Curve）阶次与补片类型：1.所生成的片体或实体沿U方向（截面线方向）的阶次一般为3次。但是如果原始截面线为高次曲线，同时公差很小，则U方向的
9、阶次与所选择的截面线的阶次相同。2.所生成的片体或实体沿V方向（垂直于截面线方向）的阶次取决于补片类型（Patch Type）和所选择的截面线的数量：3.如果采用单补片，系统自动计算V方向的阶次，其数值等于截面线数量减去1。4.如果采用多补片，用户可以自己定义V方向的阶次，但所选择的截面线数量至少比V方向的阶次多一组。建议采用多补片，阶次为3次的特征类型。对齐方式对齐方式距离对齐（Distance）：沿每个截面线串，在规定方向等距离间隔点，结果是所有等参数曲线将位于正交于规定矢量的平面中。对齐方式对齐方式角度对齐（Angle）：沿每个截面线串，绕一规定的轴线等角度间隔点，结果是所有等参数曲线将
10、位于含有该轴线的平面中。Through curvefff_thrucurve_1.prt.multiple.Parameter alignmentThrough curveOpen file: fff_thrucurve_2.prt等弧长对齐（ArclengthParameter alignmentThrough curveOpen file: fff_thrucurve_3.prtpoint alignmentdegree=1 line connecttolerance=0Through curveCreating a Sheet Body with Tangency Constraints
11、4. fff_thrucurve_4.prtanalysis-face-reflection过曲线网格（过曲线网格（Through Curve Mesh）过曲线网格方法使用一系列在两个方向的截面线串建立片体或实体。构造曲面时应该将一组同方向的截面线定义为主曲线（Primary Strings），而另一组大致垂直于主曲线的截面线则成为交叉线（Cross Strings）。注意由于该命令没有对齐选项，在生成特征时，主曲线上的尖角不会形成锐边。生成的曲线网格体是双三次多项式的。这意味着它在 U 向和 V 向的次数都是三次的（阶次为 3）。U方向由交叉线方位决定。V方向由主曲线方位决定。过曲线网格（过
12、曲线网格（Through Curve Mesh）操作步骤：1.选择主曲线1（或点），选择OK，出现方向箭头。同理按顺序依次选择其他主曲线，最后选择OK，结束主曲线的选择。2.选择交叉线，每选择完一组交叉线，选择OK一次，同理按顺序依次选择其他交叉线，最后选择OK，结束交叉线的选择。3.选择脊柱线，选择OK；如果不选脊柱线，直接选择OK，出现对话框。4.选择强调方式（Emphasis），确定生成的体更加靠近哪组曲线。5.输入相交公差，或使用默认值。6.选择起始或最后线串的边界约束方式。（主曲线和交叉线）7.选择构造类型，最后选择OK。过曲线网格（过曲线网格（Through Curve Mesh）
13、選擇类型定義方向定義原始曲線 顯示列表預 覽設 置 增加新設置 主要曲線 橫越曲線过曲线网格（过曲线网格（Through Curve Mesh）強調選項設 置 約束選項公 差过曲线网格（过曲线网格（Through Curve Mesh）对话框选项：1.相交公差（Intersection Tolerance）：过曲线网格构造特征时，主曲线和交叉线可以不相交，相交公差用于检查两组曲线间的距离。如果主曲线和交叉线不相交，两组曲线间的最大距离必须小于相交公差，否则系统报错。2.强调方式（Emphasis）：强调选项（Both，Primary，Cross）只有在主曲线与交叉线不相交时才有意义。此时，强调
14、不同，则构造的体可能通过主曲线；可能通过交叉线；可能通过主曲线和交叉线中间。3.约束条件（Constraints）：用户可以对所要生成的片体或实体定义边界约束条件，以使它在起始或最后的主曲线、交叉线处与一个或多个被选择的体表面相切或等曲率过渡。4.构造选项（Construction Options）：5.标准的（Normal）利用标准程序构造曲线网格体。6.使用样条点（Use Spline Points）利用输入曲线的定义点和该点的斜率值来构造曲面。要求所有主曲线和交叉线必须使用单根B-样条曲线，并且要求具有相同数量的定义点。7.简单的（Simple）构造尽可能简单的曲面。Thrugh cur
15、ve mesh1. fff_curvemesh_1.prt section can be point fff_curvemesh_1.prtThrugh curve mesh2. fff_curvemesh_2.prtemphasis on primary or crossThrugh curve mesh2. fff_curvemesh_3.prt.Tangency Constraints扫描扫描扫描（Swept）特征使用轮廓曲线沿空间路径曲线扫描而成。 扫描路径称为引导线串（Guide Strings） 轮廓曲线称为截面线串（Section Strings）引导线串：引导线控制了扫描特征沿
16、着V方向（扫描方向）的方位和尺寸大小的变化。注意，引导线可以由单段或多段曲线组成，组成每条引导线的所有曲线段之间必须相切过渡。引导线数量是13条。截面线串：截面线可以由单段或多段曲线组成。截面线可以是曲线，也可以是实（片）体的边或面。截面线的数量是1150条。注意：在扫描特征中，引导线方位决定了U方向。截面线方位决定了V方向。扫描扫描一条引导线：若只使用一条引导线，需要进一步控制截面线在沿导向线扫描时的方位和尺寸大小的变化。两条引导线：若使用两条引导线，那么截面线在沿引导线扫描时的方向趋势完全确定。但其尺寸将会被缩放，以保证截面线与两条引导线始终接触。此时其方位是由两条引导线各对应点之间的连线
17、的方向来控制。三条引导线：三条引导线完全确定了截面线被扫描时的方位和尺寸变化。因此无须另外指定方向和比例。扫描扫描選擇类型定義方向定義原始曲線 顯示列表 增加新設置 截 面 線 導 向 線扫描扫描方位控制（方位控制（Orientation Control）：）：当使用一条引导线时，扫描当使用一条引导线时，扫描时需要进行方位控制。时需要进行方位控制。固定方向，使用者无须指明任何方向，截面线保持固定的方位沿引导线平移扫描面法向，截面线沿引导线扫描时的第二个方向与所选择的面法向相同矢量方向，扫描时截面线变化的第二个方向与所选择的矢量方向相同，此矢量决不能与引导线相切。另一条曲线，用另一条曲线或实（片
18、）体的边来控制截面线的方位一个点，此方法与Another Curve相似，这时两条曲线之间的直纹面被引导线与点之间的直纹面所替代。角度规律，改选项只适用于一条截面线的情况，截面线可以开口或封闭。强制方向，使用一个矢量方向来固定扫描的第二个方向，截面线在一系列平行平面 内沿引导线扫描，该选项可以在小曲率的引导线扫描时防止相交。扫描扫描比例控制：当使用一条引导线时，扫描时可以进行比例控制。比例控制：当使用一条引导线时，扫描时可以进行比例控制。常数，扫描特征沿着整个引导线采用一致的比例放大或缩小。截面线首先相对与引导线的起始点进行缩放，然后扫描。均匀过渡功能。先定义起驶和终止截面线的缩放比例，中间的
19、缩放比例是按线性或三次函数变化规律来获得。另一条曲线，这与方位控制方法类似，但此处任意一点的比例是基于引导线和其他曲线对应点之间连线的长度。一个点，此方法与Another Curve相似，区别是用点代替曲线。当使用同一点作为方位控制时（构造三边扫描体），可以选择该方法作为比例控制。面积规律，该方法使用规律子功能控制扫描体的截面面积的变化规律。截面线用于定义截面形状，截面线必须是封闭形状。周长规律，该方法与Area Law相似，区别在于扫描特征的截面线的周长根据一定规律变化，截面线不一定封闭。扫描扫描缩放方式：对使用两条引导线，要确定缩放方式。 Lateral：横向缩放。截面线沿着引导线扫描时，
20、其位于两条引导线之间的部分被缩放，而垂直于引导线的部分不被缩放。 Uniform：均匀缩放。截面线沿着引导线扫描时，其各个方向都被缩放。扫描扫描脊柱线（Spine String）：可以进一步控制截面线的扫描方向。当使用一条截面线时，脊柱线会影响扫描的长度。当脊柱线垂直于每条截面线时，使用效果更好。 使用脊柱线扫描时，系统在脊柱线上每个点构造一个平面，称为截平面，此平面垂直于脊柱线在该点的切线。然后，系统求出截平面与引导线的交点，这些交点用于产生控制方向和收缩比例的矢量轴。一般情况下不建议采用脊柱线，除非由于引导线的不均匀参数化而导致扫描体形状不理想，才使用脊柱线。扫描扫描插值方式（Interp
21、olation Methods）：如果选择了两条以上的（含两条）截面线，扫描时需要选择插值方式。 线性（Linear）：扫描时在两组截面线之间形成线性过渡形状，每两条截面线之间将产生单独的表面。 三次（Cubic）：扫描时在两组截面线之间形成三次函数过渡形状，并且通过所有截面线生成一张表面。扫描扫描公差（Tolerance）：公差公差可以指定距离公差。这是输入几何体与得到的体之间的最大距离。缺省值从“建模设置”距离公差距离公差中得到。 注意：注意：要生成精确拟合的体，输入值为 0.0 的公差。如果选定截面线串包含尖锐拐角，则建议定义公差为 0.0 以保留所有尖锐拐角。 sweepOpen fi
22、le:fff_sweep_1.prtfff_sweep_2.prtfff_sweep_3.prtFace analysis曲 面 分 析Face analysis综述曲面分析1.半径2.反射3.斜率4.距离Face analysis综述半径分析：半径分析：用于分析所选曲面的半径，根据曲面上每个点的曲率，系统使用色码显示结果。Radius type半径类型：半径类型：Gaussian高斯半径：按找面上的点的曲率的高斯半径，用颜色输出指示每个检查点。Maximum、Minimum、Mean最大、最小、平均半径：分析面上每一点的最大、最小和平均半径。Normal法向半径：根据法向截平面显示每个点的半
23、径，法向截平面由曲面的法向和每个分析点处的参考矢量定义，如果矢量平行于曲面法向，该点的法向曲率为零。Sectional截面半径：根据平行于参考平面的截平面来显示半径，如果参考平面平行于一点的相切平面，该点的截面曲率为零。U、V半径：在U、V方向上的半径 Face analysis综述Display type显示类型：显示类型：适用于radius、slop、distance方式。该选项可以选择显示的类型有：Fringe彩色云图：使用彩色色码图表着色显示曲面，不同的分析变量采用不同的颜色描述。Hedgehog针刺图、刺猬线：在曲面的删格点显示刺状色码，分析变量值在曲面网格的顶点采用直线绘制，每条线
24、的颜色代表了变量的值，直线垂直于曲面。Contour line等值线、轮廓线：显示所选择曲面的分析变量的常数曲线值，每条轮廓线显示不同的颜色，窗口右边的图码代表每条轮廓线的分析变量的值。这些参数值在一定范围内平均分布，可以通过对话框中两个滑竿调节。Face analysis综述分辨率：分辨率：用于设置表面分析的显示公差，能够调节分析显示的质量Coarse 粗糙Standard 标准Fine 精细Extra Fine 非常精细Ultra Fine 超精细Customize 用户自定义 Face Analysis - - ReflectionReflection表示从曲面反射的光，以提供一种分析曲
25、面外形的可视化方法并表示从曲面反射的光，以提供一种分析曲面外形的可视化方法并辅助查找缺陷。辅助查找缺陷。Line (直线)Simulate Horizon (模拟地平线)User Image (用户图片)粗糙标准精细非常精细超精细用户设定直线数量直线方向直线宽度显示精度水平垂直水平+垂直细普通粗移动反射图像 Analysis Face ReflectionFace Analysis斜率、距离分析：斜率、距离分析：slop斜率斜率: 用于分析曲面与指定矢量的相对角度。斜率可以用于拔模分析，是发现负拔模角区域的有力工具。distance距离: 用于分析曲面与一个指定平面之间的距离。Face Analysis练习：练习：1.Open fileCAD-4fffmff_draft_analysis.prt2.在片体上执行斜率分析3.显示类型为Fringe,maintain fixed data range为Off。4.选择
