1、第2章 草图与曲线 2.1 进入草图环境 草图是位于指定平面上的曲线和点所组成的一个特征，其默认特征名为：SKETCH。草图由草图平面、草图坐标系、草图曲线和草图约束等组成；草图平面是草图曲线所在的平面，草图坐标系的XY平面即为草图平面，草图坐标系由用户在建立草图是确定。一个模型中可以包含多个草图，每一个草图都有一个名称，系统通过草图名称对草图及其对象进行引用。 使用草图可以实现对曲线的参数化控制，可以很方便进行模型的修改，草图可以用于以下几个方面： 1）需要对图形进行参数化时。 2）用草图来建立通过标准成型特征无法实现的形状。 3）将草图作为自由形状特征的控制线。 4）如果形状可以用拉伸、旋
2、转或沿导引线扫描的方法建立，可将草图作为模型的基础特征。 2.2 草图的绘制2.2.1 轮廓 轮廓是一个相对灵活的命令，用来绘制单一或者连续的直线和圆弧。（1）对象类型 1）直线 ：在视图区选择两点绘制直线。 2）圆弧 ：在视图区选择一点，输入半径，然后再在视图区选择另一点，或者根据相应约束和扫描角度绘制圆弧。当从直线连接圆弧时，将创建一个两点圆弧。如果在线串模式下绘制的第一个点是圆弧，则可以创建一个三点圆弧。（2）输入模式 1）坐标模式 ：使用X和Y坐标值创建曲线点。 2）参数模式 ：使用与直线或圆弧曲线类型对应的参数创建曲线点。2.2.2 直线 不论多么复杂的图形，都是由点、直线、圆弧等按
3、不同的粗细、间隔、颜色组合而成的。在所有的图形实体中，直线是最基本的图形实体。 1）坐标模式 ：使用XC和YC坐标创建直线起点或终点。 2）参数模式 ：使用长度和角度参数创建直线起点或终点。2.2.3 圆 圆是最简单的封闭曲线，也是我们在绘制工程图形时经常用的图形单元。（1）圆方法 1）圆心和直径定圆 ：通过指定圆心和直径绘制圆。 2）三点定圆 ：通过指定三点绘制圆。（2）输入模式 1）坐标模式 ：允许使用坐标值来指定圆的点。 2）参数模式 ：用于指定圆的直径参数。2.2.4 圆弧 圆弧是圆的一部分。在工程造型中，圆弧的使用比圆更普遍。我们通常强调的“流线形”造型或圆润的造型实际上就是圆弧造型
4、。（1）圆弧方法 1）通过三点的弧 ：创建一条经过三个点的圆弧。 2）中心和端点决定的弧 ：用于通过定义中心、起点和终点来创建圆弧。（2）输入模式 1）坐标模式 ：允许使用坐标值来指定圆弧的点。 2）参数模式 ：用于指定三点定圆弧的半径参数。2.2.5 圆角 草图圆角工具在两个草图实体的交叉处生成一个切线弧，并且剪裁掉角部。使用此命令可以在两条或三条曲线之间创建一个圆角。（1）圆角方法 1）修剪 ：修剪输入曲线。 2）取消修剪 ：使输入曲线保持取消修剪状态。（2）选项 1）删除第三条曲线 ：删除选定的第三条曲线。 2）创建备选圆角 ：预览互补的圆角。2.2.6 倒斜角 绘制倒角工具用于在二维和
5、三维草图中对相邻的草图实体进行倒角处理。倒角的形状和位置可由“角度距离”或“距离距离”指定。l要倒斜角的曲线 1）选择直线：通过在相交直线上方拖动光标以选择多条直线，或按照一次选择一条直线的方法选择多条直线。2）修剪输入曲线：勾选此复选框，修剪倒斜角的曲线。l偏置（1）倒斜角 1）对称：指定倒斜角与交点有一定距离，且垂直于等分线。 2）非对称：指定沿选定的两条直线分别测量的距离值。 3）偏置和角度：指定倒斜角的角度和距离值。（2）距离 指定从交点到第一条直线的倒斜角的距离。（3）距离1/距离2 设置从交点到第一条/第二条直线的倒斜角的距离。（4）角度 设置从第一天直线到倒斜角的角度。l指定点：
6、指定倒斜角的位置。2.2.7 矩形 使用此命令可通过三种方式来创建矩形。矩形是最简单的封闭直线图形。（1）矩形方法 1）按2点 ：根据对角点上的两点创建矩形，如图所示。 2）按3点 ：根据起点和决定宽度、宽度和角度的两点来创建矩形，如图所示。 3）从中心 ：从中心点、决定角度和宽度的第二点以及决定高度的第三点来创建矩形，如图所示。（2）输入模式 1）坐标模式 ：用XC、YC坐标为矩形指定点。 2）参数模式 ：用于相关参数值为矩形指定点。2.2.8 多边形 正多边形是相对复杂的一种平面图形，是由最少3条边至多1024条长度相等的边组成的封闭线段。人类曾经为准确找到手工绘制正多边形的方法而长期求索
7、。伟大数学家高斯为发现正十七边形的绘制方法而引以为毕生的荣誉，以致他的墓碑被设计成正十七边形。现在利用UG软件，可以很轻松的绘制任意正多边形。（1）中心点 在适当的位置单击或通过点对话框确定中心点。（2）边 输入多边形的边数。（3）大小 1）指定点：选择点或者通过点对话框定义多边形的半径。 2）大小l内切圆半径：指定从中心点到多边形中心的距离。l外接圆半径：指定从中心点到多边形拐角的距离。l边长：指定多边形的长度。 3）半径：设置多边形内切圆和外接圆半径的大小。 4）旋转：设置从草图水平轴开始测量的旋转角度。 5）长度：设置多边形边长的长度。2.2.9 椭圆 在几何学中，一个椭圆是由两个轴和一
8、个中心点定义的，椭圆的形状和位置由3个因素决定：中心点、长轴、短轴。椭圆轴决定了椭圆的方向，中心点决定了椭圆的位置。 1）中心点：在适当的位置单击或通过点对话框确定椭圆中心点。 2）大半径：直接输入长半轴长度，也可以通过点对话框来确定长轴长度。 3）小半径：直接输入短半轴长度，也可以通过点对话框来确定短轴长度。 4）封闭：勾选此复选框，创建整圆。若取消此复选框的勾选，输入起始角和终止角创建椭圆弧。 5）旋转角度：椭圆的旋转角度是主轴相对于 XC 轴，沿逆时针方向倾斜的角度。2.2.10 艺术样条 样条曲线是由一组点定义的光滑曲线，样条曲线经常用于精确地表示对象的造型。本命令用于在工作窗口定义样
9、条曲线的各定义点来生成样条曲线。（1）类型 1）通过点：用于通过延伸曲线使其穿过定义点来创建样条。 2）根据极点：用于通过构造和操控样条极点来创建样条。（2）点/极点位置定义样条点或极点位置。（3）参数化 1）次数：指定样条的阶次。样条的极点数不得少于次数。 2）匹配的结点位置：勾选此复选框，定义点所在的位置放置结点。 3）封闭：勾选此复选框，用于指定样条的起点和终点在同一个点，形成闭环。（4）移动 在指定的方向上或沿指定的平面移动样条点和极点。 1）WCS：在工作坐标系的指定X、Y或Z方向上或沿WCS的一个主平面移动点或极点。 2）视图：相对于视图平面移动极点或点。 3）矢量：用于定义所选极
10、点或多段线的移动方向。 4）平面：选择一个基准平面、基准CSYS或使用指定平面来定义一个平面，以在其中移动选定的极点或多段线。 5）法向：沿曲线的法向移动点或极点。（5）延伸 1）对称：勾选此复选框，在所选样条的指定开始和结束位置上展开对称延伸。 2）起点/结束l无：不创建延伸l按值：用于指定延伸的值。l按点：用于定义延伸的延展位置。（6）设置 1）自动判断的类型l等参数：将约束限制为曲面的U和V向。l截面：允许约束同任何方向对齐。l法向：根据曲线或曲面的正常法向自动判断约束。l垂直于曲线或边：从点附着对象的父级自动判断G1、G2或G3约束。 2）固定相切方位：勾选此复选框，与邻近点相对的约束
11、点的移动就不会影响方位，并且方向保留为静态。2.3 编辑草图2.3.1 快速修剪 该命令可以讲曲线修剪至任何方向最近的实际交点或虚拟交点。草图裁剪可以达到以下效果： 1）剪裁直线、圆弧、圆、椭圆、样条曲线或中心线，使其截断于与另一直线、圆弧、圆、椭圆、样条曲线或中心线的交点处。 2）删除一条直线、圆弧、圆、椭圆、样条曲线或中心线。 1）边界曲线：选择位于当前草图中或者出现该草图前面的任何曲线、边、基本平面等。 2）要修剪的曲线：选择一条或多条要修剪的曲线。 3）修剪至延伸线：指定是否修剪至一条或多余边界曲线的虚拟延伸线。2.3.2 快速延伸 草图延伸是指将草图实体延伸到另一个草图实体，经常用来
12、增加草图实体（直线、中心线或圆弧）的长度。该命令可以讲曲线延伸至它与另一条曲线的实际交点或虚拟交点。 1）边界曲线：选择位于当前草图中或者出现该草图前面的任何曲线、边、基本平面等。 2）要修剪的曲线：选择要延伸的曲线。 3）延伸至延伸线：指定是否延伸到边界曲线的虚拟延伸线。 UG可以沿中心线镜像草图实体。当生成镜像实体时，UG会在每一对相应的草图点之间应用一个对称关系。如果改变被镜像的实体，则其镜像图像也将随之变动。（1）选择曲线 指定一条或多条要镜像的草图曲线。（2）选择中心线 选择一条已有直线作为镜像操作的中心线（在镜像操作过程中，该直线将成为参考直线）。（3）设置 1）将中心线转换为参考
13、：将活动中心线转换为参考。 2）显示终点：显示端点约束以便移除和添加端点。如果移除端点约束，然后编辑原先的曲线，则未约束的镜像曲线将不会更新。2.3.4 偏置 偏置是指在距草图实体相等距离（可以是双向）的位置上生成一个与草图实体相同形状的草图。UG可以生成模型边线、环、面、一组边线、侧影轮廓线或一组外部草图曲线的等距实体。（1）要偏置的曲线 1）选择曲线：选择要偏置的曲线或曲线链。曲线链可以是开放的、封闭的或者一段开放一段封闭。 2）添加新集：在当前的偏置链中创建一个新的自链。（2）偏置 1）距离：指定偏置距离。 2）反向：使偏置链的方向反向。 3）对称偏置：在基本链的两端各创建一个偏置链。
14、4）副本数：指定要生成的偏置链的副本数。 5）端盖选项l延伸端盖：通过沿着曲线的自然方向将其延伸到实际交点来封闭偏置链。l圆弧帽形体：通过为偏置链曲线创建圆角来封闭偏置链。（3）链连续性和终点约束 1）显示拐角：勾选此复选框，在链的每个角上都显示角的手柄。 2）显示端点：勾选此复选框，在链的每一端都显示一个端约束手柄。（4）设置 1）输入曲线转换为参考：将输入曲线转换为参考曲线。 2）阶次：在偏置艺术样条时指定阶次。2.3.5 阵列曲线 利用此命令可将草图曲线进行阵列。建立阵列是指多重复制选择的对象，并把这些副本按矩形、目标点或圆形排列。把副本按矩形排列称为建立线性阵列，把副本按目标点排列称为
15、建立常规阵列，把副本按圆形排列称为建立圆形阵列。建立圆形阵列时，应该控制复制对象的次数和对象是否被旋转；建立线性阵列时，应该控制行和列的数量以及对象副本之间的距离。 1）线性：使用一个或两个方向定义布局，如图所示。 2）圆形：使用旋转点和可选径向间距参数定义布局，如图所示。 3）常规：使用一个或多个目标点或坐标系定义的位置来定义布局，如图所示。2.3.6 交点 使用此命令在指定几何体通过草图平面的位置创建一个关联点和基准轴。 1）选择曲线：选择要在上面创建交点的曲线。 2）循环解：当路径与草图平面有一个以上的交点或路径为开环，不与草图平面相交采用备选解。2.3.7 派生曲线 选择一条或几条直线
16、后，利用本命令，系统自动生成其平行线或中线或角平分线。执行方式/l菜单：选择“菜单”“插入”“来自曲线集的曲线”“派生直线”命令。l功能区：单击“主页”选项卡，选择“曲线”组“曲线”库中的“派生直线” 图标。/ 执行上述方式后，选择要偏置的曲线。在适当位置单击或输入偏置距离，如图所示。 此外，还有“添加现有曲线”、“投影曲线”和“相交曲线”等草图编辑方法，与“派生曲线”类似。2.4 草图约束2.4.1 建立尺寸约束 建立草图尺寸约束是限制草图几何对象的大小和形状，也就是在草图上标注草图尺寸，并设置尺寸标注线，与此同时在建立相应的表达式，以便在后续的编辑工作中实现尺寸的参数化驱动。（1） 快速尺
17、寸 使用该选项，在选择几何体后，由系统自动根据所选择的对象搜寻合适尺寸类型进行匹配。（2）线性尺寸 1） 水平：该选项用于指定与约束两点间距离的与 XC 轴平行的尺寸（也就是草图的水平参考），示意图如图所示。 2） 竖直：该选项用于指定与约束两点间距离的与 YC 轴平行的尺寸（也就是草图的竖直参考），示意图如图所示。 3） 平行：该选项用于指定平行于两个端点的尺寸。平行尺寸限制两点之间的最短距离，平行标注示意图如图所示。 4） 垂直：该选项用于指定直线和所选草图对象端点之间的垂直尺寸，测量到该直线的垂直距离，垂直标注示意图如图所示。（3） 角度 该选项用于指定两条线之间的角度尺寸。相对于工作坐
18、标系按照逆时针方向测量角度，角度标注示意图所示。（4） 径向 1） 直径：该选项用于为草图的弧/圆指定直径尺寸，直径标注示意图示。 2） 径向：该选项用于为草图的弧/圆指定半径尺寸。如图所示。（5） 周长 该选项用于将所选的草图轮廓曲线的总长度限制为一个需要的值。可以选择周长约束的曲线是直线和弧，选中该选项后，打开如图所示的“周长尺寸”对话框，选择曲线后，该曲线的尺寸显示在距离文本框中。2.4.2 建立几何约束 使用几何约束，可以指定草图对象必须遵守的条件，或是草图对象之间必须维持的关系。2.4.3 建立自动约束 在选择相应曲线后，系统自动应用到草图的几何约束的类型（水平、竖直、平行、垂直、相
19、切、点在曲线上、等长、等半径、重合、同心）。 1）全部设置：选中所有约束类型。 2）全部清除：清除所有约束类型。 3）距离公差：用于控制对象端点的距离必须达到的接近程度才能重合。 4）角度公差：用于控制系统要应用水平、竖直、平行或垂直约束，直线必须达到的接近程度。 2.4.4 显示/移除约束 用于显示与所选草图几何体相关的几何约束。还可以删除指定的约束，或列出有关所有几何约束的信息。（1）列出以下对象的约束 该选项开关用于控制列在“约束列表窗中”的约束。 1）选定的一个对象：一次只能选择一个对象。选择其他对象将自动取消选择以前选中的对象。该列表窗显示了与所选对象相关的约束。这是默认设置。 2）
20、选定的多个对象：选择多个对象，方法是：逐个选择，或使用矩形选择方式同时选中。选择其他对象不会取消选择以前选中的对象。列表窗列出了与全部选中对象相关的约束。 3）活动草图中的所有对象：显示激活的草图中的所有约束。（2）约束类型 该选项用于过滤在列表框中显示的约束类型。（3）包含或排除 该选项用于确定指定的“约束类型”是列表框中显示的唯一类型(“包含”，是默认设置)，还是不显示的唯一类型（“排除”）。（4）显示约束 该选项用于控制在“约束列表窗”中出现的约束的显示。 1）显式：对于由用户显式生成的约束。 2）自动推断：对于曲线生成过程中由系统自动生成的约束。 3）两者皆是：具备以上二者。（5）约束
21、列表窗 该选项用于列出选中的草图几何体的几何约束。该列表受控于显示约束选项的设置。“自动推断的”的几何约束（即在曲线生成过程中由系统自动生成）在后面括号内带有“I”符号，即“（I）”。（6）列表窗步骤箭头 该选项用于控制位于约束列表框右侧的“步骤”箭头，可以上、下移列表中高亮显示的约束，一次一项。与当前选中的约束相关联的对象将始终高亮显示在图形区。（7）移除高亮显示的 该选项用于删除一个或多个约束，方法是：在约束列表窗中选择他们，然后选择该选项。（8）移除所列的 该选项用于删除在约束列表窗中显示的所有列出的约束。（9）信息 在“信息”窗口中显示有关激活的草图的所有几何约束信息。如果用户要保存或
22、打印出约束信息，该选项很有用。2.4.5 动画模拟尺寸 用于在一个指定的范围中，动态显示使给定尺寸发生变化的效果。受这一选定尺寸影响的任一几何体也将同时被模拟。 1）尺寸列表窗：列出可以模拟的尺寸。 2）值：当前所选尺寸的值（动画模拟过程中不会发生变化）。 3）下限：动画模拟过程中该尺寸的最小值。 4）上限：动画模拟过程中该尺寸的最大值。 5）步数/循环：当尺寸值由上限移动到下限（反之亦然）时所变化（等于大小/增量）的次数。 6）显示尺寸：在动画模拟过程中显示原先的草图尺寸。2.4.6 转换至/自参考对象 在给草图添加几何约束和尺寸约束的过程中，有时会引起约束冲突，删除多余的几何约束和尺寸约束
23、可以解决约束冲突，另外的一种办法就是通过将草图几何对象或尺寸对象转换为参考对象可以解决约束冲突。 该选项能够将草图曲线（但不是点）或草图尺寸由激活转换为参考，或由参考转换回激活。参考尺寸显示在用户的草图中，虽然其值被更新，但是它不能控制草图几何体。显示参考曲线，但它的显示已变灰，并且采用双点画线线型。在拉伸或回转草图时，没有用到它的参考曲线。（1）要转换的对象 1）选择对象：选择要转换的草图曲线或草图尺寸。 2）选择投影曲线：转换草图曲线投影的所有输出曲线。（2）转换为 1）参考曲线或尺寸：该选项用于将激活对象转换为参考状态。 2）活动曲线或驱动尺寸：该选项用于将参考对象转换为激活状态。2.5 综合实例拨叉草图（1）创建新文件（2）草图首选项（3）进入草图环境（4）绘制水平直线（5）绘制点（6）创建直线（7）创建约束（8）更改对象显示（9）绘制圆（10）绘制圆弧（11）派生直线（12）绘制圆（13）绘制直线（14）草图约束（15）标注尺寸（16）修剪曲线（17）创建圆角（18）标注尺寸2.6 思考与练习 绘制如图所示草图。
