UG6.0-6自由曲面分析讲解

自由形状建模模块培训
•自由形状特征（free form features）定义
自由形状特征是指那些不能利用体素、标准成形特征或含有直线、弧和二次曲线的草图构建的形状。

•自由形状特征（free form features）是CAD模块的重要组成部分。

是高
端软件的重要标志。

绝大多数实际产品的设计都离不开自由形状特征。

•一般的设计过程：根据产品造型效果（或三维真实模型），进行曲面数据采样、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。

•几何体的形成：点---线，线---面，面---体。

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，否则会造成后续加工的一系列问题。

•好点---好线---好面。

曲面构造的一般方法
•根据产品外形要求，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生成曲线，使用UG提供的各种曲面构造方法构造曲面。

•一般来讲，对于简单曲面，可以一次完成建模。

而实际产品的形状往往比较复杂，一般都难于一次完成。

•对于复杂的曲面，首先应该采用曲线构造方法生成主要或大面积的片体，然后进行曲面的过渡连接，光顺处理，曲面的编辑等方法完成整体造型。

全息片体（Smart Sheet）：就是指全参数化、全相关曲面。

•在UG系统中，大多数命令所构造的曲面都具有参数化的特征，在Free Form Features中称为Smart Sheet。

这类曲面的共同特点是都由曲线生成，曲面与曲线具有相关性，即当构造曲面的曲线编辑修改后，曲面会自动更新。

构造全息片体应该注意以下几点：
•避免使用非参数化命令构造曲面（通过点，通过面，通过点云，几种种方法为非参数化方法，尽量不使用）
•构造曲面的曲线尽可能采用草图方法生成
•编辑曲面时尽可能采用参数化的编辑方法，即使用编辑---特征---参数方法来编辑曲面，而编辑---自由成型特征方法均为非参数编辑方法，如果必须使用，建议采用编辑复制体方法（Edit a Copy）•尽可能采用实体切割、抽空方法建模
自由形状特征应用范围1.构造用标准特征方法无法创建
的形状。

2.修剪（Trim）一个实体而获得
一个特殊的形状。

3.将封闭的片体缝合（Sew）成
一个实体。

曲面构造基本原则和技巧
1.用于构造曲面的曲线尽可能简单，曲线阶次≤3；当需要曲率连续时，考虑使用5
阶曲线。

2.用于构造曲面的曲线要保证光顺连续，避免产生尖角、交叉、重叠。

3.曲面的曲率半径尽可能大，否则会造成加工困难和复杂。

4.曲面阶次≤3，尽可能避免使用高次曲面。

5.避免构造非参数化特征。

6.如有测量得到的数据点，建议可先生成曲线，再利用曲线构造曲面。

7.尽可能采用修剪实体（Trim Body），再挖空（Hollow）方法建立薄壳零件。

8.面之间的园角过渡尽可能在实体上进行操作。

9.内园角半径应略大于标准刀具半径。

曲面工具条
直纹面（Ruled）
直纹特征为通过两条截面线串（Section String）而生成的片体或实体。

对齐方式
公差
临时栅格显示
等弧长对齐（Arclength）：构造特征时，两组截面线和等参数曲线建立连接点，这些连接点在截面线上的分布和间隔方式是根据等弧长方式建立。

等参数对齐（Parameter）：构造特征时，等参数曲线与截面线所形成的间隔点，是根据相等的参数间隔方式建立。

若截面线上包含直线和曲线，点的间隔方式是不同的。

1.直线：根据等弧长方式间隔点。

2.曲线：根据等角度方式间隔点。

对齐方式
用点对齐（Alignment By Point）：用点对齐方式用于不同形状的截面线的对齐，特别是截面线具有尖角或有不同截面形状时，应该采用点对齐方法。

该对齐方法可以使用零公差，表明点与点之间的精确对齐。

选点时应该注意按照同一方向与次序选择，并且在所有的截面线上均需要有相应的对应点。

起点和终点系统会自动对齐。

rule直纹面•Open file: fff_rule_2.prt
•two close section--body •by point align •tolerance=0
•start point auto align
通过曲线方法通过一系列轮廓曲线（大致在同一方向）建立片体或实体。

最多150根曲线。

操作步骤：
1.依次选择截面线串，选择OK确认。

2.选择补片类型。

3.选择对齐方法。

4.对多补片可以指定V方向的阶次，是否在V方向封闭。

5.修改默认的公差。

6.若有边界实体或曲面，可以选择边界约束条件（与边界几何体相切或曲
率匹配）。

7.选择OK。

补片类型
对齐方式
在V方向封闭
V方向阶次
公差
第一截面线串的边界约束最后截面线串的边界约束方向
阶次与补片类型：
1.所生成的片体或实体沿U方向（截面线方向）的阶次一般为3次。

但是
如果原始截面线为高次曲线，同时公差很小，则U方向的阶次与所选择的截面线的阶次相同。

2.所生成的片体或实体沿V方向（垂直于截面线方向）的阶次取决于补
片类型（Patch Type）和所选择的截面线的数量：
•如果采用单补片，系统自动计算V方向的阶次，其数值等于截面线数量减去1。

•如果采用多补片，用户可以自己定义V方向的阶次，但所选择的截面线数量至少比V方向的阶次多一组。

建议采用多补片，阶次为3次的特征类型。

对齐方式
距离对齐（Distance）：沿每个截面线串，在规定方向等距离间隔点，结果是所有等参数曲线将位于正交于规定矢量的平面中。

对齐方式
角度对齐（Angle）：沿每个截面线串，绕一规定的轴线等角度间隔点，结果是所有等参数曲线将位于含有该轴线的平面中。

•fff_thrucurve_1.prt •.多个
•.等参数
Open file: fff_thrucurve_2.prt
等弧长对齐（Arclength Parameter alignment
Open file: fff_thrucurve_3.prt
•通过点对齐
•V向次数=1 line connect •公差=0
•Creating a Sheet Body with Tangency Constraints • 4. fff_thrucurve_4.prt
•analysis--face--reflection
过曲线网格方法使用一系列在两个方向的截面线串建立片体或实体。

构造曲面时应该将一组同方向的截面线定义为主曲线（Primary Strings），而另一组大致垂直于主曲线的截面线则成为交叉线（Cross Strings）。

注意由于该命令没有对齐选项，在生成特征时，主曲线上的尖角不会形成锐边。

生成的曲线网格体是双三次多项式的。

这意味着它在U 向和V 向的次数都是三次的（阶次为3）。

U方向由交叉线方位决定。

V方向由主曲线方位决定。

操作步骤：
1.选择主曲线1（或点），选择OK，出现方向箭头。

同理按顺序依次选择其
他主曲线，最后选择OK，结束主曲线的选择。

2.选择交叉线，每选择完一组交叉线，选择OK一次，同理按顺序依次选择
其他交叉线，最后选择OK，结束交叉线的选择。

3.选择脊柱线，选择OK；如果不选脊柱线，直接选择OK，出现对话框。

4.选择强调方式（Emphasis），确定生成的体更加靠近哪组曲线。

5.输入相交公差，或使用默认值。

6.选择起始或最后线串的边界约束方式。

（主曲线和交叉线）
7.选择构造类型，最后选择OK。

通过曲线网格（Through Curve Mesh）
对话框选项：
1.相交公差（Intersection Tolerance）：过曲线网格构造特征时，主曲线和交叉线
可以不相交，相交公差用于检查两组曲线间的距离。

如果主曲线和交叉线不相交，两组曲线间的最大距离必须小于相交公差，否则系统报错。

2.强调方式（Emphasis）：强调选项（Both，Primary，Cross）只有在主曲线与交
叉线不相交时才有意义。

此时，强调不同，则构造的体可能通过主曲线；可能通过交叉线；可能通过主曲线和交叉线中间。

3.约束条件（Constraints）：用户可以对所要生成的片体或实体定义边界约束条件
，以使它在起始或最后的主曲线、交叉线处与一个或多个被选择的体表面相切或等曲率过渡。

4.构造选项（Construction Options）：
•标准的（Normal）利用标准程序构造曲线网格体。

•使用样条点（Use Spline Points）利用输入曲线的定义点和该点的斜率值来构造曲面。

要求所有主曲线和交叉线必须使用单根B-样条曲线，并且要求具有相同数量的定义点。

•简单的（Simple）构造尽可能简单的曲面。

通过曲线网格
• 1. fff_curvemesh_1.prt
•
section can be point
fff_curvemesh_1.prt
• 2. fff_curvemesh_2.prt
•emphasis on primary or cross •Tolerance:0.5
• 2. fff_curvemesh_3.prt •.相切约束
扫描（Swept）特征使用轮廓曲线沿空间路径曲线扫描而成。

•扫描路径称为引导线串（Guide Strings）
•轮廓曲线称为截面线串（Section Strings）
引导线串：引导线控制了扫描特征沿着V方向（扫描方向）的方位和尺寸大小的变化。

注意，引导线可以由单段或多段曲线组成，组成每条引导线的所有曲线段之间必须相切过渡。

引导线数量是1~3条。

截面线串：截面线可以由单段或多段曲线组成。

截面线可以是曲线，也可以是实（片）体的边或面。

截面线的数量是1~150条。

注意：在扫描特征中，引导线方位决定了U方向。

截面线方位决定了V方向。

一条引导线：若只使用一条引导线，需要进一步控制截面线在沿导向线扫描时的方位和尺寸大小的变化。

两条引导线：若使用两条引导线，那么截面线在沿引导线扫描时的方向趋势完全确定。

但其尺寸将会被缩放，以保证截面线与两条引导线始终接触。

此时其方位是由两条引导线各对应点之间的连线的方向来控制。

三条引导线：三条引导线完全确定了截面线被扫描时的方位和尺寸变化。

因此无须另外指定方向和比例。

方位控制（Orientation Control）：当使用一条引导线时，扫描时需要进行方位控制。

比例控制：当使用一条引导线时，扫描时可以进行比例控制。

常数，扫描特征沿着整个引导线采用一致的比例放大或缩小。

截面线首先相对与引导线的起始点进行缩放，然后扫描。

均匀过渡功能。

先定义起始和终止截面线的缩放比例，中间的
缩放比例是按线性或三次函数变化规律来获得。

缩放方式：对使用两条引导线，要确定缩放方式。

•Lateral：横向缩放。

截面线沿着引导线扫描时，其位于两条引导线之间的部分被缩放，而垂直于引导线的部分不被缩放。

•Uniform：均匀缩放。

截面线沿着引导线扫描时，其各个方向都被缩放。

脊柱线（Spine String）：可以进一步控制截面线的扫描方向。

当使用一条截面线时，脊柱线会影响扫描的长度。

当脊柱线垂直于每条截面线时，使用效果更好。

使用脊柱线扫描时，系统在脊柱线上每个点构造一个平面，称为截平面，此平面垂直于脊柱线在该点的切线。

然后，系统求出截平面与引导线的交点，这些交点用于产生控制方向和收缩比例的矢量轴。

一般情况下不建议采用脊柱线，除非由于引导线的不均匀参数化而导致扫描体形状不理想，才使用脊柱线。

插值方式（Interpolation Methods）：如果选择了两条以上的（含两条）截面线，扫描时需要选择插值方式。

•线性（Linear）：扫描时在两组截面线之间形成线性过渡形状，每两条截面线之间将产生单独的表面。

•三次（Cubic）：扫描时在两组截面线之间形成三次函数过渡形状，并且通过所有截面线生成一张表面。

公差（Tolerance）：公差可以指定距离公差。

这是输入几何体与得到的体之间的最大距离。

缺省值从“建模设置”距离公差中得到。

注意：要生成精确拟合的体，输入值为0.0 的公差。

如果选定截面线串包含尖锐拐角，则建议定义公差为0.0 以保留所有尖锐拐角。

扫描
Open file:
•fff_sweep_1.prt •fff_sweep_2.prt
fff_sweep_4.prt
N-Sided Surface
概述
•N-Sided Surface让用户通过使用不限数目的曲线或边建立一个曲面，并指定它与外部曲面的连续性，所用的曲线或边组成一个简单的、封闭的环。

•N-Sided Surface可用来移除曲面上非四边域的洞。

•形状控制选项可用来修复中心点处的尖角，同时保持连续性约束。

N_side_single.prt
N-Sided Surface
Insert →Free Form Feature →N-Sided Surface 类型：
1、Trimmed Single Sheet
让用户生成单个曲面，它覆盖被选定曲面封闭环内的整个区域。

步骤：
1、Boundary Curve：选择一个轮廓以组成曲线或
边的封闭环。

2、Boundary Faces (可选的)：选择外部表面来定
义相切约束。

3、UV Orientation (可选的)：定义曲面的流动方向
4、trim to boundary：可以用边界曲线作为新曲面的修剪边界。

Boundary Curve Boundary Faces UV Orientation
Lesson 7.6 N-Sided Surface
1、Trimmed Single Sheet (续)
1)如果跳过Boundary Faces选择步骤，点击
“OK”或“Apply”则打开Shape Control对话
框并显示一个临时的曲面。

可以用Shape
Control的Center Flat滑尺来改变临时曲面中
点的平坦度。

2)如果真的用Boundary Faces选择步骤来选择
边界面，点击“OK”或“Apply”则绕过
Shape Control对话框并立即生成具有系统确
定的最终形状的曲面。