掃掠曲面在CATIA曲面造型中的應(yīng)用

1、 /11掃掠曲面在CATIA曲面造型中的應(yīng)用謝龍漢在曲面造型中，通常是首先進(jìn)行線框造型得到一系列的線條，再進(jìn)行曲面造型構(gòu)建基本曲面，最后還需要對(duì)這些基本曲面進(jìn)行裁剪、圓角過(guò)渡等處理。掃掠曲面就是一種重要的曲面類(lèi)型，在曲面造型中具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。掃掠曲面是以若干線條為截面線（可以看作是緯線），以另外若干條線條為導(dǎo)引線（可以看作是經(jīng)線），截面線沿著導(dǎo)引線移動(dòng)，形成了一張曲面。CATIAV5所提供的掃掠曲面（Sweep）功能，不但可以構(gòu)建傳統(tǒng)的掃掠曲面類(lèi)型輪廓掃掠（具有截面線和導(dǎo)引線），還可以只根據(jù)導(dǎo)引線構(gòu)建直紋面（截面線為直線）、圓弧曲面（截面線為圓?。?、圓錐曲面（截面線為圓錐曲線）。在創(chuàng)成式曲

2、面設(shè)計(jì)模塊中，選擇菜單【Insert（插入）】【Surface（曲面）】【乞用蚱即（掃掠曲面）】，出現(xiàn)如圖1所示的【SweptSurfaceDefinition（掃掠曲面定義）】對(duì)話框中。SweptSurfaceDefinitionProfiletype:ASubtype:Withreferencmsurfacm二|FJosele匚ti門(mén)Profile:Guidecurve:|NoselectionSurface:|Default(meanplane)Angle:|LElV1/./4Deviationfromguide(s):Angularcorrection:1Angularsector:r

3、eviousj?OptionalelementsProjecticinoftheguide匚urveasspine在對(duì)話框的上部TwistedareasmanagementRemovecuttersonPreviewPositioningparametjersPositionprofile圖1ilPififiletype（輪廓類(lèi)型）”中，纟給出了四種輪廓類(lèi)型,別是：輪廓掃掠（ExplicitSweep） /11直紋面（LineSweep）系統(tǒng)自動(dòng)以直線作為輪廓形狀，只需要指定導(dǎo)引線及相關(guān)的邊界條件，也就是將直線沿著導(dǎo)引線為軌跡進(jìn)行掃掠，形成直紋面；圓弧曲面(CircleSweep)系統(tǒng)自動(dòng)在指

4、定的若干條導(dǎo)引線及邊界條件上構(gòu)建圓 #/11 #/11弧截面，而不需要額外指定輪廓線；圓錐曲面（ConicSweep）心，這種曲面的構(gòu)建與圓弧曲面有些類(lèi)似，只是圓錐曲面所需要的邊界條件比較多。1.輪廓掃掠輪廓掃掠（ExplicitSweep）就是根據(jù)一條截面線（Profile），沿著指定的一條或者兩條導(dǎo)引線（GuidingCurve）進(jìn)行掃掠，從而形成一張掃掠曲面。這種掃掠曲面的形狀主要取決于截面線和導(dǎo)引線的形狀、相對(duì)位置（特別是角度）。輪廓掃掠這種曲面構(gòu)建類(lèi)型需要指定三個(gè)邊界條件，從而也延伸出三種構(gòu)建方式，這三種方式在Subtype（子類(lèi)型）下拉框中可以進(jìn)行選擇。具有參考曲面（Withref

5、erencesurface）:需要選擇一條截面線（Profile）、一條導(dǎo)引線（GuidingCurve），在Reference選項(xiàng)頁(yè)中，可以選擇一個(gè)導(dǎo)引線所在的曲面填入“Surface（曲面）”輸入欄中，這樣可以設(shè)置截面線在掃掠過(guò)程中保持與支持面成一定的角度，該角度可以在“Angle（角度）”輸入欄中設(shè)置。也可以不指定參考曲面，那么將以導(dǎo)引線的中間平面作為參考平面，從而計(jì)算掃掠的角度。如圖2所示，是以一條圓弧曲線作為截面線，以另一條曲線作為導(dǎo)引線，沒(méi)有指定參考曲面，掃掠生成的曲面。如圖3所示，是在圖2所選擇曲線的基礎(chǔ)上，再指定導(dǎo)引線所在的曲面作為參考曲面，并且設(shè)置旋轉(zhuǎn)的角度為30度，掃掠生成

6、的曲面。設(shè)定一個(gè)角度之后，還可以選擇所生成的曲面與參考曲面之間的相對(duì)位置，實(shí)際上就是有30度、120度、210度、300度四種情況所對(duì)應(yīng)的4個(gè)象限角（AngleSector）。圖2圖3角度的控制是一個(gè)很有用的方法。在對(duì)話框中單擊LaW，（規(guī)則定義）按鈕，在【LawDefinition（規(guī)則定義）】對(duì)話中設(shè)置一條規(guī)律曲線，如圖4所示，是設(shè)置了一條線性關(guān) /11 #/11系曲線，起始角度為0度，終止角度為120度。根據(jù)這個(gè)角度規(guī)則所生成的掃掠曲面如圖5所示。 /11圖5還可以進(jìn)一步的應(yīng)用角度控制的優(yōu)勢(shì)，建立形狀更加復(fù)雜的曲面形狀。首先應(yīng)用公式功能定義一個(gè)角度控制的公式，例如這里可以增加兩個(gè)變量X、

7、Y兩個(gè)實(shí)數(shù)(Real)變量，設(shè)定公式為“Y=10*sin(10*PI*X*lrad)”，如圖6所示。根據(jù)這個(gè)公式所建立的掃掠曲面如圖7所示。脊線(Spine)是曲面掃掠中控制曲面形狀的一個(gè)有效工具。脊線類(lèi)似與人體的脊椎，在掃掠過(guò)程中起到對(duì)齊的作用。默認(rèn)情況下的脊線是第一條導(dǎo)引線。實(shí)際上，在掃掠過(guò)程中，系統(tǒng)是計(jì)算移動(dòng)過(guò)程中每個(gè)截面的形狀和位置的，指定脊線后，掃描曲面的每一個(gè)截面都是垂直與脊線的，如圖8所示。圖8以兩條導(dǎo)引線進(jìn)行掃掠(Withtwoguidecurves),可以通過(guò)選擇一條截面線，并選擇兩條導(dǎo)引線。系統(tǒng)要求截面線與兩條導(dǎo)引線都相交，并且需要對(duì)截面線進(jìn)行定位(Anchoring)0定

8、位的類(lèi)型(Anchoringtype)中有兩種:Twopoints和PointandDirection0Twopoint需要分別選擇第一條導(dǎo)引線上的一點(diǎn)填入Anchorpoint1(第一條導(dǎo)引線定位點(diǎn))中，選擇第二條導(dǎo)引線上的一點(diǎn)填入Anchorpoint2(第二條導(dǎo)引線定位點(diǎn))中。對(duì)于Pointanddirection類(lèi)型，要求選擇第一條導(dǎo)引線上的一點(diǎn)填入Anchorpoint1中，選擇一個(gè)方向作為定位方向。定位實(shí)際上是確定了截面線掃掠過(guò)程中的對(duì)齊和確定位置。如圖9所示，就是選擇了兩條曲線作為導(dǎo)引線的情況，截面線與兩條導(dǎo)引線是相交指定運(yùn)動(dòng)方向(Withpullingdirection)，只需

9、要指定一條截面線和一條導(dǎo)引線，并且指定一個(gè)所謂的運(yùn)動(dòng)方向，改運(yùn)動(dòng)方向?qū)嶋H上就是確定了截面線在掃掠過(guò)程中始終與該方向保持初始的角度(或者說(shuō)是相對(duì)位置)。如圖10所示，是以一條直線作為指定的運(yùn)動(dòng)方向所生成的掃掠曲面。2、直紋面直紋面就是以直線作為截面線(輪廓)沿著指定的導(dǎo)引線或者設(shè)定的邊界條件進(jìn)行掃掠生成掃掠曲面。所謂的直線并不是用戶指定的，而是系統(tǒng)通過(guò)指定的導(dǎo)引線或者邊界條件計(jì)算出來(lái)的。直紋面可以看作是直線的擴(kuò)展。建立一條直線，可以由兩點(diǎn)確定、由一點(diǎn)和方向、由曲線的切向確定等方式所確定。與此類(lèi)似，直紋面提供了多種子類(lèi)型：兩條導(dǎo)引線(Twolimits):提供兩條導(dǎo)引線，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算生成直紋面，這

10、種類(lèi)型類(lèi)似于由兩點(diǎn)確定一條直線，兩條導(dǎo)引線相對(duì)于兩條直線。實(shí)際上，如果從一個(gè)截面上來(lái)看，兩條導(dǎo)引線的端點(diǎn)就是直紋面的截面線直線的兩個(gè)端點(diǎn)。如圖11所示，圖11導(dǎo)引線和中間線(Limitandmiddle)：與兩條導(dǎo)引線的類(lèi)型相似，同樣是選擇兩條線條,只不過(guò)其中的一條線條是直紋面的中間線，相對(duì)于線段的中點(diǎn)。參考曲面(Withreferencesurface):選擇一條曲線作為導(dǎo)引線，以及選擇曲線所在的曲面作為參考曲面，設(shè)置直紋面與參考曲面的角度，以及直紋面的拉伸長(zhǎng)度，如圖12所示。這種類(lèi)型相當(dāng)于通過(guò)一點(diǎn)，并與一條參考曲線成一定的角度建立一條直線。圖12參考曲線（Withreferencecurv

11、e）:需要選擇一條曲線作為導(dǎo)引線，并選擇一條曲線作為參考曲線，設(shè)置一個(gè)角度和長(zhǎng)度生成直紋面。這種直紋面的生成類(lèi)型是在一個(gè)截面（或者稱為截平面，垂直于脊線的一個(gè)平面，如果沒(méi)有選擇脊線，那么第一條導(dǎo)引線就是默認(rèn)的脊線）上，導(dǎo)引線和參考曲線端點(diǎn)所連成的直線作為參考直線，在截面上，建立一條與參考直線成指定角度的直線，這就是直紋面的直線截面線。如圖13所示。r020Sweepe30_SweepereRcecu.Guidecurve1 #/11 /11圖13相切曲面（Withtangencysurface）:選擇一條直線作為導(dǎo)引線，選擇一張曲面作為相切曲面。這種直紋面的生成原理是，在截面上，通過(guò)一點(diǎn)（導(dǎo)引

12、線）作一條曲線（截面與相切曲面之間的交線）的切線，通常具有多個(gè)解。如圖14所示。圖14拔模方向(Withdraftdirection):選擇一條曲線作為導(dǎo)引線，并選擇一個(gè)方向(可以是直線或者平面)作為拔模方向，設(shè)置拔模角度生成一張直紋面。其生成原理是：導(dǎo)引線實(shí)際是也充當(dāng)了脊線，在截面內(nèi)，建立一條與拔模方向成指定角度的直線，這就是直線截面線，沿著導(dǎo)引線掃掠，就形成了直紋面。如圖15所示。 #/11 /11圖15兩個(gè)相切曲面(Withtwotangencysurfaces):首先需要一條線條作為脊線，接著選擇兩張曲面作為相切曲面。其生成原理是：脊線決定了截面，截面與兩個(gè)相切曲面之間存在交線，這種直

13、紋面相對(duì)于兩條曲線求取共切線。如圖16所示。圖163、圓弧曲面圓弧曲面是根據(jù)所提供的導(dǎo)引線及邊界條件，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算圓弧的尺寸和位置，在大多數(shù)情況，圓弧曲面只是截面為圓弧形狀，但圓弧半徑是根據(jù)不同的截面位置進(jìn)行計(jì)算的，并不一定相同的。圓弧曲面可以看作是圓弧的擴(kuò)展，建立圓弧可以通過(guò)三個(gè)點(diǎn)、兩點(diǎn)加半徑、一點(diǎn)加半徑、兩點(diǎn)加一條切線、一點(diǎn)加一條切線。圓弧曲面(CircleSweep)功能也提供了多種類(lèi)型:三條導(dǎo)引線(Threeguides):需要選擇三條曲線作為導(dǎo)引線，可以選擇一條脊線來(lái)規(guī)范截面的位置。其生成原理是：在截面(垂直于脊線的平面)上，三條導(dǎo)引線與截面的交點(diǎn)通過(guò)計(jì)算得到了一條圓弧，這就是圓弧截

14、面線。如圖17所示。圖17兩條導(dǎo)引線和半徑(Twoguidesandradius):需要選擇兩條曲線作為導(dǎo)引線，并設(shè)定一個(gè)半徑值，可以選擇一條線條作為脊線來(lái)規(guī)范截面的位置，所設(shè)定的半徑值需要大于兩條導(dǎo)引線最小距離的一半，這種類(lèi)型通常能夠得到6個(gè)解。其生成原理是:在截面上，導(dǎo)引線與截面存在兩個(gè)交點(diǎn)，這兩個(gè)交點(diǎn)加上指定的半徑值，可以生成4條圓弧和兩個(gè)整圓，共計(jì)6個(gè)解，這些就是圓弧截面線。如圖18所示。圖18中心線和圓弧曲面上一條曲線(Centerandtwoangles):需要指定一條線條作為圓弧曲面的中心軌跡線，以及一條曲線作為圓弧曲面上的一條曲線，設(shè)置圓弧掃掠的角度。其生成原理是:在截面上，截

15、面與兩條曲線有兩個(gè)交點(diǎn)，這就相當(dāng)于以其中一點(diǎn)為圓心，圓弧通過(guò)另一個(gè)點(diǎn)，通過(guò)指定圓弧的角度，從而確定圓弧的尺寸，這就是圓弧截面線。如圖19所示。圖19中心線和半徑(Centerandradius):需要選擇一條曲線作為導(dǎo)引線，并設(shè)置圓弧半徑。其生成原理是：在截面上，截面與中心線的交點(diǎn)作為圓心，以截面為支持面，以指定的半徑生成一個(gè)圓，這就是圓弧截面線。如圖20所示。 #/11 #/11圖20兩條導(dǎo)引線和一個(gè)相切曲面(Twoguidesandtangencysurface):需要選擇兩條曲線，并選擇一條曲線所在的曲面作為相切曲面。其生成原理是:在截面上，截面與兩條曲線有兩個(gè)交點(diǎn)、與曲面有一條交線，實(shí)

16、際上相對(duì)于過(guò)一點(diǎn)到一條曲線上的一點(diǎn)求取與曲線相切的圓弧，這就是圓弧截面線。如圖21所示。itcurxestartplaneLimitCijrvewithtangencyTangency,surface #/11 #/11圖21 /11一條導(dǎo)引線和一個(gè)相切曲面（Oneguideandtangencysurface）:選擇一條曲線作為導(dǎo)引線，再選擇一張曲面作為相切曲面，同時(shí)還需要設(shè)置一個(gè)角度。其生成原理是：在截面上，截面和導(dǎo)引線有一個(gè)交點(diǎn)，與曲面有一條交線，從交點(diǎn)到曲線上按照指定的半徑生成一條相切圓弧，這就是圓弧截面線。如圖22所示。1孑angenc5urfece.Guidecurve1 #/11 #/11圖224、圓錐曲面圓錐曲面是根據(jù)所指定的邊界條件計(jì)算圓錐截面線，沿著導(dǎo)引線生成一張曲面。圓錐曲線有三種類(lèi)型：拋物線、橢圓和雙曲線。在對(duì)話框中的Parameter輸入欄中可以設(shè)置圓錐曲線的類(lèi)型，Parameter（參數(shù)）=0.5表示截面線為拋物線，0vParameterv0.5表示截面線為橢圓弧，0.5Parameter1表示截面線為雙曲線。建立一張圓錐曲面通常需要5個(gè)條件，這個(gè)與建立圓錐曲線是相同的，這5個(gè)條件可以是線條或者切面。例如圖23所示，是以兩條曲線、以及兩條曲線所在的曲面作為