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曲面建模技术 摘要：随着社会的发展，计数的进步，特别是在二战以后，作为CAD/CAM系统理应具备的一项基本技术，曲面建模技术在过去的近五十年内不断的发展和完善着。 关键词：CAD CAM 曲面建模 曲线建模 在实际工程应用中，有些曲线和曲面可以通过数学函数生成，而有些曲线和曲面则是通过用户给定的一组数据点来描述的。因此按照描述方法不同，曲线和曲面可以分为两类： 1、规则曲线和曲面：圆、抛物线、螺旋线等曲线和球、圆柱、圆锥等曲面都可以用数学方程来表示，一般称之为规则曲线和规则曲面。 2、自由曲线和曲面：在飞机、汽车、轮船等产品的外型设计中，很难用一个数学方程来描述这些产品的外型，一般称之为自由曲线和自由曲面。 曲面建模是通过对物体的各个表面或曲面进行描述而构成曲面的一种建模方法。如果说线框模型是用“铁丝”构造物体的话，则曲面建模就是拿一张张的表皮对这些“铁丝”进行蒙皮。建模时，先将复杂的外表面分解成若干个基本曲面元素。通过这些基本曲面元素的拼接，构成所要的曲面。图所示为曲面的拼接过程： 建模（集合造型）技术是研究在计算机中，如何变频大物体模型形状的技术。他能将物体的形状及其属性存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型。这个模型是对原物体的确切的数学描述或是对原物体某种状态的真实模拟。这个模型将为各种不同的后续应用提供信息，例如有模型长生有限元网格，由模型编制数控加工刀具轨迹，由模型进行碰撞、干涉检查等。 曲面建模不同于实体建模，其不是完全参数化的特征。在曲面建模时应注意以下几种基本原则： 创建曲面的边界线尽可能简单。一般情况下曲线阶次不大于3。当需要曲率连续时可以考虑使用五阶曲线。 用于创建曲面的边界曲线要保持光滑连续，避免产生尖角、交叉和重叠。另外在井陉创建曲面时，需要对所利用的曲面进行曲率分析，曲率半径尽可能大，否则会造成加工困难和形状复杂。 避免创建非参数化曲面特征。 曲面要尽量简洁，面尽量做大。 根据不同部件的形状特点，合理使用各种曲面特征创建方法。尽量使用实体修剪。 曲面特征之间的圆角过渡尽可能在实体上进行操作。 曲面的曲率半径和内圆角半径不能太小，要略大于标准道具的半径，否则容易造成加工困难。 一般来说，创建曲面都是从曲线开始的，可以通过点创建曲线来创建曲面，也可以通过抽取或使用视图区已有的特征边缘线创建曲面。首先创建曲线，再根据曲线利用过曲线、直线、过曲线网格、扫掠等选项，创建产品的主要或者大面积的曲面。最后利用桥接面、二次界面、软倒圆选项，对前面创建的曲面进行过渡接连、编辑等处理。最终得到完整的产品。 曲面创建方法： 1、创建直纹面 直纹面是指利用两条截面线串生成曲面或实体。截面线串可以由单个或多个对象组成，每个对象组可以是曲线、实体边界或实体表面等集合体。 2、通过曲线组 该方法是指通过一系列轮廓曲线建立曲面或实体。轮廓曲线又叫做截面线串。截面线串可以是曲面、实体边界或实体表面等几何体。其生成特征与截面线串相关联，当截面线串编辑修改后，特征会自动更新。 3、通过曲线网格 该方法是指用主曲线和交叉曲线创建曲面的一种方法。其中主曲面是一组同方向的界面线串，而交叉曲线是另一组大致垂直于主曲线的截面线。 扫掠 扫掠是使用轮廓曲线沿空间路径扫掠而成，其中扫掠路径成为引导线，轮廓线称为截面线。引导线和截面线均可以由多段曲线组成，但引导线必须一阶导数连续。 扫掠曲面 5、截面 创建截面可以理解为在界面曲线上创建曲面。主要利用与截面曲线相关的条件来控制一组连续截面的形状，从而生成一个连续的曲面。 6、N边曲面 N变曲面用于创建一组由端点相连接曲线封闭的曲面，并指定其与外部面的连续性。 桥接曲面 桥接曲面用于在两个曲面建立过渡曲面。过渡曲面与两个曲面之间的连接可以采用相切连续或曲率连续两种方式。桥接曲面简单方便，曲面光滑过渡，边界约束自由。为曲面过度的常用方式。 规律延伸 规律延伸曲面是指在已有片体或表面上曲线或原始曲面的边，生成基于长度和角度可按指数函数规律变化的创立延伸曲面。其主要用于扩大曲面，通常采用近似方法建立。 9、偏置曲面 偏置曲面用于创建原有曲面的偏置平面。 偏置距离和方向 偏置曲面 10、艺术曲面 该方式是指用任意数量的截面和引导线来创建艺术曲面。 曲面建模的发展历程 曲线、曲面的设计可以追溯到较远的年代，在第二次世界大战期间迫于航空产品设计和生产方面的压力，画法几何中的作图法在产品设计中得到实际应用。第二次世界大战后随着计算机的发明和应用，人们以解析曲线特别是圆锥曲线为基础，采用计算机来代替以前大量的手工绘图。对于曲面设计人们原先所采用的是一种称为“放样”的方法，即通过构造许多纵向曲线来联系一组事先定义好的横断面的方法来进行。现代