1、CAXACAXA制造工程师项目训练教程制造工程师项目训练教程项目四 三维线框与曲面造型严国华 2019年3月20日4.1 4.1 项目简介项目简介u项目内容：曲面造型是指通过丰富的复杂型面、曲面造型手段，生成三维曲面模型。根据曲面特征的不同组合方式，可以组织不同的曲面生成方式，CAXA制造工程师通过直纹、旋转、扫描、等距、导动等方式生成曲面，还有曲面裁剪、过渡、拼接、延伸等编辑功能。构造曲面的关键在于正确绘制出曲面特征，就是曲面的边界线和曲面的截面线，在此基础上再选用各种曲面的生成和编辑方法。4.1 4.1 项目简介项目简介u学习目标：1.掌握直纹面、旋转面、扫描面、导动面、放样面、平面、等距
2、面、网格面的生成方法及应用场合。2.掌握曲面裁剪、曲面过渡、曲面缝合和曲面延伸等曲面编辑方法的应用。3.掌握曲面加厚增料的应用方法。4.2 4.2 相关知识相关知识u4.2.1 曲面生成命令u4.2.2 曲面生成方式4.2.1 曲面生成命令 功能：生成各种曲面。操作：通过下拉菜单方式调用曲面生成命令，如图4-1（a）通过工具条按钮方式调用曲面生成命令，如图4-1（b）图4-1(a)曲面生成菜单命令图4-1(b)曲面生成栏工具按钮4.2.2 曲面生成方式 功能：根据曲面特征线的不同组合方式，可以组织不同的曲面生成方式。方式：曲面生成方式共有十种：直纹面、旋转面、扫描面边界面、放样面、网格面导动面
3、、等距面平面、实体表面4.2.2 曲面生成方式 直纹面生成方式：曲线+曲线：在两条自由曲线之间生成直纹面示例：注意事项：在拾取曲线时应注意拾取点的位置，应拾取曲线的同侧对应位置，否则将使两曲线的方向相反，生成的直纹面发生扭曲。4.2.2 曲面生成方式 直纹面生成方式：点+曲线：在一个点和一条曲线之间生成直纹面示例：注意事项：点和直线是空间关系，不应在同一平面内。4.2.2 曲面生成方式 直纹面生成方式：曲线+曲面：一条曲线和一个曲面之间生成直纹面示例：注意事项：1.输入方向时按空格键弹出矢量工具菜单。2.曲线的投影不能全部落在曲面内时，直纹面将无法生成。4.2.2 曲面生成方式 旋转面生成方式
4、：按给定的起始角度、终止角度将曲线绕一旋转轴旋转而生成的轨迹曲面。示例：注意事项：选择方向时的箭头方向与曲面旋转方向两者遵循右手螺旋法则。4.2.2 曲面生成方式 扫描面生成方式：按照给定的起始位置和扫描距离将曲线沿指定方向以一定的锥度扫描生成曲面。示例：注意事项：扫描方向不同的选择可以产生不同的效果。4.2.2 曲面生成方式 导动面生成方式：平行导动：指截面线沿导动线趋势始终平行它自身地移动而扫成生成曲面，截面线在运动过程中没有任何旋转。示例：4.2.2 曲面生成方式 导动面生成方式：固接导动：固接导动是指在导动过程中，截面线和导动线保持固接关系，即让截面线平面与导动线的切矢方向保持相对角度
5、不变，而且截面线在自身相对坐标架中的位置关系保持不变，截面线沿导动线变化的趋势导动生成曲面。固接导动有单截面线和双截面线两种，也就是说截面线可以是一条或两条。4.2.2 曲面生成方式 导动面固接导动示例：双截面线单截面线4.2.2 曲面生成方式 导动面生成方式：导动线&平面：截面线按一定规则沿一条平面或空间导动线(脊线)扫动生成曲面。示例：双截面线单截面线4.2.2 曲面生成方式 导动面生成方式：导动线&边界线：截面线按一定规则沿一条导动线扫动生成曲面。示例：双截面线单截面线4.2.2 曲面生成方式 导动面生成方式：双导动线和管道曲面：将一条或两条截面线沿着两条导动线匀速地扫动生成曲面。示例：
6、双截面线单截面线4.2.2 曲面生成方式 导动面生成方式：管道曲面：给定起始半径和终止半径的圆形截面沿指定的中心线扫动生成曲面。示例：4.2.2 曲面生成方式 导动面注意事项：1.截面线可以是直线、封闭曲线、非封闭曲线。2.导动曲线、截面曲线应当是不在同一平面的光滑曲线。3.在两根截面线之间进行导动时，拾取两根截面线时应使得它们方向一致，否则曲面将发生扭曲，形状不可预料。4.导动线平面中给定的平面法矢尽量不要和导动线的切矢方向相同。4.2.2 曲面生成方式 等距面生成方式：按给定距离与等距方向生成与已知平面（曲面）等距的平面（曲面）。示例：注意事项：1.等距距离是指生成平面在所选的方向上的离开
7、已知平面的距离2.如果曲面的曲率变化太大，等距的距离应当小于最小曲率半径。4.2.2 曲面生成方式 平面生成方式：裁剪平面 由封闭内轮廓进行裁剪形成的有一个或者多个边界的平面。示例：4.2.2 曲面生成方式 工具平面生成方式：XOY平面：绕X或Y轴旋转一定角度生成一个指定长度和宽度的平面。YOZ平面：绕Y或Z轴旋转一定角度生成一个指定长度和宽度的平面。ZOX平面：绕Z或X轴旋转一定角度生成一个指定长度和宽度的平面。示例：4.2.2 曲面生成方式 工具平面生成方式：三点平面：按给定三点生成一指定长度和宽度的平面，其中第一点为平面中点。矢量平面：生成一个指定长度和宽度的平面，其法线的端点为给定的起
8、点和终点。曲线平面：在给定曲线的指定点上，生成一个指定长度和宽度的法平面或切平面。有法平面和包络面两种方式。示例：4.2.2 曲面生成方式 工具平面生成方式：平行平面：按指定距离，移动给定平面或生成一个拷贝平面（也可以是曲面）。示例：4.2.2 曲面生成方式 平面注意事项：1.角度：是指生成平面绕旋转轴旋转，与参考平面所夹的锐角。2.长度：是指要生成平面的长度尺寸值。3.宽度：是指要生成平面的宽度尺寸值。4.点的输入有两种方式：按空格键拾取工具点和按回车键直接输入坐标值。5.平行平面功能与等距面功能相似，但等距面后的平面（曲面），不能再对其使用平行平面，只能使用等距面；而平行平面后的平面（曲面
9、），可以再对其使用等距面或平行平面。4.2.2 曲面生成方式 边界面生成方式：四边面通过四条空间曲线生成平面三边面通过三条空间曲线生成平面示例：注意事项：拾取的曲线必须首尾相连成封闭环，才能作出边面面；并且拾取的曲线应当是光滑曲线4.2.2 曲面生成方式 放样面生成方式：以一组互不相交、方向相同、形状相似的特征线（或截面线）为骨架进行形状控制，过这些曲线蒙面生成的曲面称之为放样曲面。截面曲线：通过一组空间曲线作为截面来生成封闭或者不封闭的曲面。曲面边界：以曲面的边界线和截面曲线并与曲面相切来生成曲面。4.2.2 曲面生成方式 放样面示例：注意事项：1.拾取的一组特征曲线互不相交，方向一致，形状
10、相似，否则生成结果将发生扭曲，形状不可预料。2.截面线需保证其光滑性。3.用户需按截面线摆放的方位顺序拾取曲线。4.用户拾取曲线时需保证截面线方向的一致性。曲面边界截面曲线4.2.2 曲面生成方式 网格面生成方式：以网格曲线为骨架，蒙上自由曲面生成的曲面称之为网格曲面。网格曲线是由特征线组成横竖相交线。示例：注意事项：1.每一组曲线都必须按其方位顺序拾取，而且曲线的方向必须保持一致。2.拾取的每条U向曲线与所有V向曲线都必须有交点。3.拾取的曲线应当是光滑曲线。4.特征网格线规则四边网格与不规则四边网格。4.2.2 曲面生成方式 实体表面生成方式：把通过特征生成的实体表面剥离出来而形成一个独立
11、的面。示例：注意事项：拾取实体表面而生成的面，拾取曲面表面无法生成。4.3 4.3 操作训练操作训练u任务一 电吹风造型u任务二 海绵盒造型u任务三 五角星圆盘造型u任务四 吊钩造型4.3.1 任务一 电吹风造型 实例任务：完成电吹风曲面造型，立体图如图4-2所示。训练目的：学习旋转面、放样面、直纹面的应用和操作步骤，以及投影线裁剪、面裁剪等曲面裁剪命令。图4-2电吹风立体图 思路分析：电吹风主体由四部分构成，前段出风筒、中间段吹风筒、后段进风筒及手柄。中间和后段由旋转面生成后，由面裁剪分开，后段进风孔由投影线裁剪生成。手柄由两端截面通过放样生成，并与后段进风筒形成R8mm的曲面过渡。前段出风
12、筒由圆（R30mm）、椭圆（长短轴半径分别为35mm和20mm）、圆角矩形（70mmX15mm、R5mm）等三段曲线通过放样面生成。4.3.1 任务一 电吹风造型 操作步骤：1.利用旋转面生成中后段风筒。2.利用曲面裁剪生成后段风筒进风口。3.利用放样面生成手柄。4.利用放样面生成前段出风筒。5.利用曲面裁剪分裂中间段吹风筒和后段进风筒。4.3.1 任务一 电吹风造型过程图解：1.绘制中后段风筒截面曲线2.利用旋转面生成中后段风筒4.3.1 任务一 电吹风造型过程图解：3.绘制裁剪圆5.裁剪出进风口后的中后段风筒4.3.1 任务一 电吹风造型4.曲面投影线裁剪操作过程过程图解：6.手柄下端截面
13、尺寸8.利用放样面生成手柄4.3.1 任务一 电吹风造型7.手柄上下截面位置9.完成手柄与风筒曲面过渡过程图解：11.利用放样面生成出风筒4.3.1 任务一 电吹风造型10.出风筒特征截面线过程图解：4.3.1 任务一 电吹风造型12.绘制裁剪曲面样条曲线13.拷贝样条14.生成直纹面过程图解：4.3.1 任务一 电吹风造型15.曲面裁剪分裂16.分裂平移效果图 实例任务：完成点钞用海绵盒造型设计，立体图如图4-21所示。训练目的：学习使用扫描面、导动面、旋转面等曲面造型方法，学习曲面过渡、延伸、裁剪等常用编辑命令的应用及操作。图4-21 海绵盒立体图4.3.2 任务二 海绵盒造型 思路分析：
14、侧面通过绘制特征轮廓后使用扫描面命令生成，顶面使用导动面命令生成，凹柱面使用旋转面命令生成，各曲面间可通过曲面裁剪和曲面过渡命令实现相互裁剪和光滑过渡。4.3.2 任务二 海绵盒造型 操作步骤：1.使用扫描面生成侧面。2.使用导动面生成顶面。3.使用旋转面生成凹柱面。4.使用导动面生成底边圆弧。4.3.2 任务二 海绵盒造型过程图解：1.绘制侧面轮廓图2.用扫描面生成侧面轮廓4.3.2 任务二 海绵盒造型过程图解：3.绘制导动线5.利用导动面生成顶面4.绘制截面线4.3.2 任务二 海绵盒造型过程图解：6.曲面延伸8.曲面过渡7.曲面裁剪4.3.2 任务二 海绵盒造型过程图解：9.绘制母线11
15、.顶面与凹柱面光滑过渡10.利用旋转面生成凹面4.3.2 任务二 海绵盒造型过程图解：12.等距侧面轮廓线为双导动线14.使用导动面生成底边圆弧13.绘制圆弧为截面线4.3.2 任务二 海绵盒造型 实例任务：完成五角星圆盘造型设计，立体图及尺寸如图4-36所示。训练目的：学习使用边界面和平面等曲面造型方法，学习曲面和实体混合造型方法。图4-36 五角星圆盘尺寸和立体图4.3.3 任务三五角星圆盘造型 思路分析：绘制五角星平面轮廓和一个角的空间线架，生成一个角的两个侧平面，通过圆形陈列生成五角星各侧平面。通过曲面生成/平面/裁剪平面命令，生成五角星实体上平面，与各五角星各侧面一起构成实体裁剪曲面
16、。用拉伸增料生成圆柱实体。应用曲面裁剪命令利用刚才构成的裁剪曲面裁剪圆柱实体生成五角星实体模型。4.3.3 任务三五角星圆盘造型 操作步骤：1.绘制五角星空间线架。2.利用边界面命令生成五角星曲面。3.利用裁剪平面命令生成外圆内五角星平面。4.曲面裁剪除料生成五角星实体造型。4.3.3 任务三五角星圆盘造型过程图解：1.绘制五角星轮廓2.绘制五角星的空间线架4.3.3 任务三五角星圆盘造型过程图解：3.生成边界面4.陈列生成五个角4.3.3 任务三五角星圆盘造型过程图解：5.选择外轮廓线6.选择内轮廓线第一条边4.3.3 任务三五角星圆盘造型7.选择五角星各边为内轮廓线8.利用裁剪平面命令生成
17、外圆内五角星平面过程图解：4.3.3 任务三五角星圆盘造型9.拉伸增料10.曲面裁剪除料生成实体模型 实例任务：完成吊钩造型设计，立体图及尺寸如图4-44所示。训练目的：学习网格面、裁剪平面、旋转面、扫描面、直纹面的应用和操作步骤；学习及曲面加厚增料命令。图4-44吊钩曲面造型4.3.4 任务四吊钩造型 思路分析：吊钩造型共有13张曲面组成封闭曲面；吊钩主体表面由网格面命令生成；头部R6为旋转球面；吊钩圆柱柄部封闭侧面由裁剪平面生成；吊钩轮廓四周为扫描面、构成底板的上表面由裁剪平面生成、其他各表面均由直纹面生成；各曲面造型完成，形成封闭曲面，然后由曲面加厚增料命令生成实体。4.3.4 任务四吊
18、钩造型 操作步骤：1.绘制吊钩平面轮廓曲线。2.绘制吊钩截面线。3.对截面线进行空间变换。4.生成吊钩轮廓曲面。5.绘制底板上下及四周平面。6.通过曲面加厚增料生成实体。4.3.4 任务四吊钩造型过程图解：1.吊钩轮廓曲线尺寸2.绘制吊钩截面线4.3.4 任务四吊钩造型过程图解：3.旋转各V向截面线4.3.4 任务四吊钩造型过程图解：4.网格面4.3.4 任务四吊钩造型5.上部裁剪平面过程图解：6.用旋转面生成钩头半球面4.3.4 任务四吊钩造型7.扫描生成四周轮廓面过程图解：4.3.4 任务四吊钩造型6.绘制底板矩形曲线8.用裁剪平面生成底板上表面7.平移底板矩形曲线9.直纹面生成底板下表面
19、及各侧面过程图解：4.3.4 任务四吊钩造型10.隐藏线框曲线，恢复曲面可见11.通过曲面加厚增料生成实体并隐藏曲面4.4 4.4 知识拓展知识拓展u4.4.1 复杂曲线生成工具 样条曲线 公式曲线u4.4.2 曲面编辑尺寸标注 曲面裁剪 曲面过渡 曲面延伸4.4.1 4.4.1 复杂曲线生成工具复杂曲线生成工具 样条曲线：功能：生成过给定顶点（样条插值点）的样条曲线。操作：（1）选择菜单“造型”/“曲线生成”/“样条线”，或者直接单击按钮。（2）选择样条线生成方式，按状态栏提示操作，生成样条线。注意：点的输入有两种方式：按空格键拾取工具点。按回车键直接输入坐标值。4.4.1 4.4.1 复杂
20、曲线生成工具复杂曲线生成工具 样条曲线：样条线生成方式：逼近：顺序输入一系列点，系统更具给定的精度生成拟合这些点的光滑样条曲线。用逼近方式拟合一批点，生成的样条曲线品质比较好，适用于数据点比较多且排列不规则的情况。插值：按顺序输入一系列点，系统将顺序通过这些点生成一条光滑的样条曲线。通过设置立即菜单，可以控制生成的样条的端点切矢，使其满足一定的相切条件，也可以生成一条封闭的样条曲线。4.4.1 4.4.1 复杂曲线生成工具复杂曲线生成工具 公式曲线：定义：公式曲线即是数学表达式的曲线图形，也就是根据数学公式（或参数表达式）绘制出相应的数学曲线，公式的给出既可以是直角坐标形式的、也可以是极坐标形
21、式的。功能：公式曲线为用户提供一种更方便、更精确的作图手段，以适应某些精确型腔，轨迹线形的作图设计。用户只要交互输入数学公式，给定参数，计算机便会自动绘制出该公式描述的曲线。4.4.1 4.4.1 复杂曲线生成工具复杂曲线生成工具 公式曲线：操作：（1）选择菜单“造型”“曲线生成”“公式曲线”，弹出公式曲线对话框。（2）或者直接单击公式曲线按钮，弹出公式曲线对话框。（3）选择坐标系，给出参数及参数方式，按确定按钮，给出公式曲线定位点，完成操作。公式曲线可用的数学函数：定义时函数的使用格式与C语言中的用法相同，所有函数的参数须用括号括起来。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面裁剪：功能
22、：曲面裁剪对生成的曲面进行修剪，去掉不需要的部分。方式：投影线裁剪等参数线裁剪线裁剪面裁剪裁剪恢复4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面裁剪：注意：在各种曲面裁剪方式中时，用户都可以通过切换立即菜单来采用裁剪或分裂的方式。在分裂的方式中，系统用剪刀线将曲面分成多个部分，并保留裁剪生成的所有曲面部分。在裁剪方式中，系统只保留用户所需要的曲面部分，其他部分将都被裁剪掉。系统根据拾取曲面时鼠标的位置来确定用户所需要的部分，即剪刀线将曲面分成多个部分，用户在拾取曲面时鼠标单击在哪一个曲面部分上，就保留哪一部分。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面裁剪：投影线裁剪：是将空间曲线沿给定的
23、固定方向投影到曲面上，形成剪刀线来裁剪曲面。（1）裁剪时保留拾取点所在的那部分曲面。（2）拾取的裁剪曲线沿指定投影方向向被裁剪曲面投影时必须有投影线，否则无法裁剪曲面。（3）在输入投影方向时可利用矢量工具菜单。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 线裁剪：投影线裁剪：曲面上的曲线沿曲面法矢方向投影到曲面上，形成剪刀线来裁剪曲面。（1）裁剪时保留拾取点所在的那部分曲面。（2）若裁剪曲线不在曲面上，则系统将曲线按距离最近的方式投影到曲面上获得投影曲线，然后利用投影曲线对曲面进行裁剪，此投影曲线不存在时，裁剪失败。一般应尽量避免此种情形。（3）若裁剪曲线与曲面边界无交点，且不在曲面内部封闭，则系
24、统将其延长到曲面边界后实行裁剪。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 线裁剪：投影线裁剪：4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 面裁剪：投影线裁剪：剪刀曲面和被裁剪曲面求交，用求得的交线作为剪刀线来裁剪曲面。（1）裁剪时保留拾取点所在的那部分曲面。（2）两曲面必须有交线，否则无法裁剪曲面。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 面裁剪：等参数线裁剪：以曲面上给定的等参数线为剪刀线来裁剪曲面，有裁剪和分裂两种方式。参数线的给定可以通过立即菜单选择过点或者指定参数来确定。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 面裁剪：裁剪恢复：将拾取到的曲面裁剪部分恢复到没有裁剪的状态。如拾取的裁剪边
25、界是内边界，系统将取消对该边界施加的裁剪。如拾取的是外边界，系统将把外边界回复到原始边界状态。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面过渡功能：在给定的曲面之间以一定的方式作给定半径或半径规律的圆弧过渡面，以实现曲面之间的光滑过渡。曲面过渡就是用截面是圆弧的曲面将两张曲面光滑连接起来，过渡面不一定过原曲面的边界。方式：两面过渡、三面过渡、系列面过渡、曲线曲面过渡、参考线过渡、曲面上线过渡和两线过渡。曲面过渡支持等半径过渡和变半径过渡。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面过渡两面过渡：在两个曲面之间进行给定半径或给定半径变化规律的过渡，生成的过渡面的截面将沿两曲面的法矢方向摆放。
26、两面过渡有两种方式，即等半径过渡、变半径过渡。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面过渡两面过渡：等半径两面过渡有裁剪曲面、不裁剪曲面和裁剪指定曲面三种方式。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面过渡两面过渡：变半径两面过渡可以拾取参考线，定义半径变化规律，过渡面将从头到尾按此半径变化规律来生成。同样，变半径两面过渡也分为裁剪曲面、不裁剪曲面和裁剪指定曲面三种方式。4.4.2 4.4.2 曲面编辑曲面编辑 曲面延伸功能：在应用中很多情况会遇到所做的曲面短了或窄了，无法进行一些操作的情况。这就需要把一张曲面从某条边延伸出去。曲面延伸就是针对这种情况，把原曲面按所给长度沿相切的方向延伸出去，扩大曲面，以帮助用户进行下一步操作。方式：长度延伸和比例延伸。注意：曲面延伸功能不支持裁剪曲面的延伸。4.5 4.5 思考与练习思考与练习1.绘制图4-69所示的三维线框并构建曲面。4.5 4.5 思考与练习思考与练习2.进行图4-70所示按键零件的曲面造型。4.5 4.5 思考与练习思考与练习2.进行图4-71所示复杂零件的曲面造型。谢 谢！
