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UG40教程第九章__自由曲面建模
第九章
自由曲面建模基础
在产品设计过程中,有很多零件的外形需要漂亮的外观,除安装配合部分之外,对于尺
寸要求不是很高,一般需要保证表面光顺连接。此类零件的设计单靠实体造型是难于实现的,
需要利用自由曲面特征造型(Free Form Feature)来完成。对复杂零件也可以采用实体和自由
曲面混合建模,用实体造型方法创建零件的基本形状,实体造型难以实现的形状用自由曲面
建模,然后与实体特征进行各种操作和运算,达到零件和产品的设计要求。
本章将介绍 NX 的自由曲面建模的基本功能。主要包括曲线的构造、主曲面的构造、过
渡曲面的构造以及曲面的操作与编辑的一般方法。
9.1 自由曲面基础知识
9.1.1 自由曲面概述
自由形状特征(Free Form Feature)是 NX/CAD 模块的重要组成部分,也是体现 CAD/
CAM 软件建模能力的重要标志。一般来说,只使用成型特征建模方法就能够完成设汁的产品
是有限的,绝大多数实际产品的设计都离不开自由形状特征。
现代产品的设计主要包括设计与仿形两大类。无论采用哪种方法.一般的设计过程是,
根据产品的造型效果(或三维真实模型),进行曲面点数据采样、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。
NX 自由形状特征的构造方法繁多,功能强大,使用方便,全面地掌握和正确、合理地
使用该模块是用好 NX 的关键之一。体基于面,面依靠线,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
造成后续建模的一系列问题。
9.1.2 自由曲面建模的基本概念和术语
1. 体的类型
自由曲面的构造结果有别于成型特征的建模,其结果可能是片体,也有可能是实体。体
的类型取决于建模参数预设置和建模条件。
如果建模首选项中的体类型设置为“片体”时,则一般建模结果为“片体”;如果此选
项设置为默认的“实体”,当满足以下条件时,建模结果为实体:
(1) 体在两个方向上封闭。
(2) 体在一个方向上封闭,另一方向的两个瑞面为平面。
2. UV 网格等参数曲线
一个曲面在数学上是用 U 和 V 两个方向上的参数定义的,行方向由 U 参数定义,列方
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向由 V 参数定义,如图 9.1 所示。等 U、V 向的栅格线称为“等参数曲线”,用于在“静态线
框”模式下显示曲面形成过程,对曲面特征没有影响。系统默认显示为不显示“栅格线”,可
以通过编辑对象显示功能设置 U、V 网格线数量。
行
列
图 9.1 曲面的 UV 网格显示
图 9.2 曲线或曲面的连续性
3. 曲线或曲面连接的连续性
连续性描述分段边界处的曲线或曲面的连接行为。NX 中常见的三种连续表达类型是实
G0、G1 和 G2。Gn 用于表示两个几何对象间的实际连续程度,如图 9.2 所述。
(1) G0 意味着两个对象相连或两个对象的位置是连续的,它们没有缝隙,即完全重合。
(2) G1 意味着两个对象光顺连接,“1”表示一阶微分连续,或者称为相切连续。
(3) G2 表示两个对象光顺连接,“2”表示为二阶微分连续,或者称为两个对象的曲率
是连续的;
同样,G3 表示两个对象光顺连接,“3”为三阶微分连续,依此类推。在我们一般的产
品设计中 G1 连续就能满足大部分产品开发需要。但是产品有时不仅仅满足于功能上需求,
而且对产品的外观设计也有同等重要的需求,对于外观质量要求高的产品需要曲面做到 G2
或 G2 以上的连续性。同时,为了在产品概念设计中得到美妙、逼真的渲染效果,对曲面的
连续性也有较高要求。
4. 曲线或曲面的阶次(Degree)
阶次是一个数学概念,用于定义曲线或曲面的多项式方程的最高次数,对于曲面而言包
含 U、V 两个方向的阶次。NX 的曲线或曲面最高可以定义为 24 阶,但阶次越高越复杂,系
统计算时间越长,一般建议作 3 阶曲线和曲面。如果需要作到曲率连续,可能需要 5 阶。
9.1.3 自由曲面建模的一般流程
自由曲面建模的一般过程如图 9.3 所示。
1. 构造和分析曲线
根据产品外形的要求,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
来生成曲线。构造曲线可以使用 NX 的草图和一般曲线功能,对于平面曲线一般建议使用 NX
的草图来完成,空间的或自由曲线通过一般曲线功能来完成。对于更容易表达产品外形的样
条曲线需要进行分析,如曲线的曲率梳、阶次、分段等。
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构造曲线
构造主片体
修剪/延伸/偏置/
缝合/增厚/补片
缝合等
片体模型
构造主过渡片体
分析/编辑自由曲面特征
体/修剪体等
实体模型
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