曲线和曲面设计教学讲义.doc

第10章 曲线和曲面设计【教学提示】 在飞机、汽车、轮船等涉及复杂曲面的产品开发中，经常会用到曲线、曲面造型技术，SolidWorks提供的曲线功能包括投影曲线、螺旋线、组合曲线、通过参考点的曲线和通过XYZ点的曲线等。曲线可以用来建立实体特征或曲面特征。SolidWorks提供了曲面建模技术，能够完成绝大部分工业产品的曲面造型设计需求，可以生成拉伸曲面、旋转曲面、扫描曲面、放样曲面、平面区域、等距曲面和中间曲面等特征，还可以对已经生成的曲面进行剪裁、延伸或倒角等操作。利用填充曲面，不仅可以对输入有缺陷的曲面进行修复，而且可以建立复杂的曲面。曲面建立后，还可以利用其指定的厚度建立凸台和切除特征，从而建立零件的实体模型。【教学要求】Ø 熟练掌握曲线建立的方法和曲线的应用Ø 熟练掌握曲面的建立方法Ø 熟练掌握曲面的编辑方法Ø 能够利用曲面建立实体特征10.1 曲线SolidWorks提供了多种生成曲线的方法，如投影曲线、螺旋线/涡状线，通过参考点的曲线和通过XYZ点的曲线等。曲线的工具栏如图10-1所示。图10-1曲线工具栏10.1.1 投影曲线将绘制的曲线投影到模型面上来生成一条 3D 曲线。也可以用另一种方法生成曲线，首先在两个相交的基准面上分别绘制草图，此时系统会将每一个草图沿所在平面的垂直方向投影得到一个曲面，最后这两个曲面在空间中相交而生成一条 3D 曲线。1. 创建【投影曲线】的操作步骤如下：(1) 单击【曲线】工具栏上的【投影曲线】按钮，或选择下拉菜单【插入】【曲线】【投影曲线】命令，出现【投影曲线】属性管理器，如图10-2所示。 图10-2【投影曲线】属性管理器(2) 在【选择】下，将【投影类型】设定到以下之一：Ø 草图到面Ø 草图到草图(3) 选取要投影的草图或面，就会出现投影曲线的预览。(4) 单击【确定】按钮，生成投影曲线2. 【投影曲线】应用(1) 草图到面打开“草图到面投影曲线.SLDPRT”。单击【曲线】工具栏上的【投影曲线】按钮，出现【投影曲线】属性管理器，在【选择】下拉列表中选择【草图到面】选项，激活【要投影的草图】列表框，在图形区选择“草图2”，激活【投影面】列表框，在图形区选择“面”，选中【反转投影】复选框，单击【确定】按钮，生成投影曲线。如图10-3所示。 图10-3草图到面投影曲线(2) 草图到草图打开“草图到草图投影曲线.SLDPRT”，单击【曲线】工具栏上的【投影曲线】按钮，出现【投影曲线】属性管理器，在【选择】下拉列表中选择【草图到草图】选项，激活【要投影的一些草图】列表框，在图形区选择“草图1”、“草图2”，单击【确定】按钮，生成投影曲线，如图10-4所示。 图10-4 草图到草图投影曲线10.1.2 分割线将草图投影到曲面或平面。可以将所选的面分割为多个分离的面，从而允许选取每一个面。也可将草图投影到曲面实体。分割线可以进行分割线放样、分割线拔模等操作。1. 创建【分割线】的操作步骤如下：(1) 单击【曲线】工具栏上的【分割线】按钮，或选择下拉菜单【插入】【曲线】【分割线】命令，出现【分割线】属性管理器，如图10-5所示。 图10-5【分割线】属性管理器(2) 在【分割类型】下，设定到以下之一：Ø 轮廓Ø 投影Ø 交叉点(3) 设置参数，就会出现分割曲线的预览。(4) 单击【确定】按钮，生成分割曲线2. 【分割线】应用(1) 轮廓打开“使用轮廓建立分割线.SLDPRT”。单击【曲线】工具栏上的【分割线】按钮，出现【分割线】属性管理器，在【分割类型】中选择【轮廓】单选按钮，激活【拔模方向】列表框，在 FeatureManager 设计树中选择“上视基准面”，激活【要分割的面】列表框，在图形区选择“面<1>”，单击【确定】按钮，生成分割线。如图10-6所示。 图10-6 使用轮廓建立分割线(2) 投影打开“使用投影建立分割线.SLDPRT”。单击【曲线】工具栏上的【分割线】按钮，出现【分割线】属性管理器，在【分割类型】中选择【投影】单选按钮，激活【要投影的草图】列表框，在 FeatureManager 设计树中选择“草图2”，激活【要分割的面】列表框，在图形区选择“面<1>”，“面<2>”，“面<3>”，“面<4>”，单击【确定】按钮，生成分割线，如图10-7所示。 图10-7 使用投影建立分割线(3) 交叉点打开“使用交叉点建立分割线.SLDPRT”，在【分割类型】中选择【交叉点】单选按钮，激活【分割实体/面/基准面】列表框，在 FeatureManager 设计树中选择“前视基准面”和“右视基准面”，激活【要分割的面/实体】列表框，在图形区选择“面<1>”，单击【确定】按钮，生成分割线。如图10-8所示。 图10-8使用交叉点建立分割线10.1.3 组合曲线通过组合曲线的命令可以将首尾相连的曲线、草图线和模型的边线组合为单一的曲线，以便作为扫描或放样操作的路径、中心线或引导线。1. 创建【组合线】的操作步骤如下：(1) 单击【曲线】工具栏上的【组合曲线】按钮，或选择下拉菜单【插入】【曲线】【组合曲线】命令，出现【组合曲线】属性管理器，如图10-9所示。 图10-9 【组合曲线】属性管理器(2) 在图形区选取要组合的曲线。(3) 单击【确定】按钮，生成组合曲线2. 【组合曲线】应用打开“组合曲线.SLDPRT”。单击【曲线】工具栏上的【组合曲线】按钮，出现【组合曲线】属性管理器，激活【要连接的草图、边线以及曲线】列表框，在图形区选择“边线<1>”，“边线<2>”，“边线<3>”，“边线<4>”，“边线<5>”，单击【确定】按钮，生成组合曲线。如图10-10所示。 图10-10 使用组合曲线10.1.4 通过XYZ点的曲线通过XYZ点的曲线是根据系统坐标系，分别给定曲线上若干点的坐标系，系统通过对这些点进行平滑过渡而形成的曲线。坐标点可以通过手工输入，也可以通过外部文本文件给定并读入到当前文件中。利用通过XYZ点的曲线可以建立复杂的曲线，如函数曲线。1. 创建【通过XYZ点的曲线】的操作步骤如下：(1) 单击【曲线】工具栏上的【通过XYZ点的曲线】按钮，或选择下拉菜单【插入】【曲线】【通过XYZ点的曲线】命令，出现【曲线文件】对话框，如图10-11所示。 图10-11 【曲线文件】对话框(2) 单击【浏览】按钮指定需要输入的数据文件的名称，系统将文本文件中的数据读入到设计环境。(3) 双击数据值，可以对数据进行局部修改。(4) 单击【保存】按钮，保存数据文件。(5) 单击【确定】按钮，生成通过XYZ点的曲线。2. 【组合曲线】应用新建“通过XYZ点的曲线.SLDPRT”。单击【曲线】工具栏上的【通过XYZ点的曲线】按钮，出现【曲线文件】对话框，单击【浏览】按钮，出现【打开】对话框，选择“螺旋线.txt”，单击【确定】按钮，生成通过XYZ点的曲线。如图10-12所示。 图10-12 通过XYZ点的曲线10.1.5 通过参考点的曲线生成一条通过位于一个或多个平面上的点的曲线，称为通过参考点的曲线。1. 创建【通过参考点的曲线】的操作步骤如下：(1) 单击【曲线】工具栏上的【通过参考点的曲线】按钮，或选择下拉菜单【插入】【曲线】【通过参考点的曲线】命令，出现【通过参考点的曲线】属性管理器，如图10-13所示。 图10-13 【通过参考点的曲线】属性管理器(2) 在绘图区选取参考点。(3) 单击【确定】按钮，生成通过参考点的曲线。2. 【通过参考点的曲线】应用打开“通过参考点的曲线.SLDPRT”。单击【曲线】工具栏上的【通过参考点的曲线】按钮，出现【通过参考点的曲线】属性管理器，在图形区选取，单击【确定】按钮，生成通过参考点的曲线。如图10-14所示。 图10-14 通过参考点的曲线10.1.6 螺旋线/涡状线在零件中生成螺旋线和涡状线曲线。此曲线可以被当成一个路径或引导曲线使用在扫描的特征上，或作为放样特征的引导曲线。1. 创建【螺旋线/涡状线】的操作步骤如下：(1) 单击【曲线】工具栏上的【螺旋线/涡状线】按钮，或选择下拉菜单【插入】【曲线】【螺旋线/涡状线】命令，出现【螺旋线/涡状线】属性管理器，如图10-15所示。 图10-15 【螺旋线/涡状线】属性管理器(2) 在【螺旋线/涡状线】属性管理器，设定参数。(3) 单击【确定】按钮，生成螺旋线/涡状线。2. 【螺旋线/涡状线】应用(1) 恒定螺距新建“恒定螺距螺旋线.SLDPRT”。在FeatureManager 设计树中选择右视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制30mm圆。单击【曲线】工具栏上的【螺旋线/涡状线】按钮，出现【螺旋线/涡状线】属性管理器，在【定义方式】下拉列表中选择【螺距和圈数】选项。在【参数】选项中选中【恒定螺距】单选按钮，在【螺距】文本框输入“30mm”，在【圈数】文本框输入“3”，在【起始角度】文本框输入“0”，选择【顺时针】单选按钮，单击【确定】按钮，生成螺旋线，如图10-16所示。 图10-16恒定螺距螺旋线 (2) 可变螺距新建“可变螺距螺旋线.SLDPRT”。在FeatureManager 设计树中选择右视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制30mm圆。单击【曲线】工具栏上的【螺旋线/涡状线】按钮，出现【螺旋线/涡状线】属性管理器，在【定义方式】下拉列表中选择【螺距和圈数】选项。在【参数】选项中选中【恒定螺距】单选按钮，在【区域参数】列表框输入参数，在【起始角度】文本框输入“0”，选择【顺时针】单选按钮，单击【确定】按钮，生成可变螺旋线，如图10-17所示。 图10-17可变螺距螺旋线(3) 涡状线新建“恒定螺距螺旋线.SLDPRT”。在FeatureManager 设计树中选择右视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制30mm圆。单击【曲线】工具栏上的【螺旋线/涡状线】按钮，出现【螺旋线/涡状线】属性管理器，在【定义方式】下拉列表中选择【涡状线】选项。在【螺距】文本框输入“30mm”，在【圈数】文本框输入“3”，在【起始角度】文本框输入“0”，选择【顺时针】单选按钮，单击【确定】按钮，生成涡状线，如图10-18所示。 图10-16涡状线10.1.7 曲线综合应用【例10-1】 应用曲线建模扫描创建拉伸弹簧模型，如图10-17所示。图10-17 拉伸弹簧建模分析：支架是由两端拉钩和螺旋弹簧部分组成，此模型的建立将分为ABCD4部分完成，如图10-18所示。 图10-18建模分析建模步骤如下：(1) 新建文件选择下拉菜单【文件】【新建】命令，在新建对话框中单击【零件】图标，单击【确定】。(2) A部分在 FeatureManager 设计树中选择“前视基准面”，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，以原点为中心，绘制ø30的圆，单击【曲线】工具栏上的【螺旋线/涡状线】按钮，出现【螺旋线/涡状线】属性管理器，在【定义方式】下拉列表框内选择【螺距和圈数】，选择【恒定螺距】单选按钮，在【螺距】文本框内输入“10”，在【圈数】文本框内输入“5”，在【起始角度】文本框内输入“0.00deg”，选择【顺时针】单选按钮，单击【确定】按钮，生成螺旋线曲线，如图10-19所示。 图10-19 螺旋线曲线(3) B部分 按住<Ctrl>键同时选择“草图1”和“前视基准面”，选择【插入】【派生草图】命令，生成“草图2 派生”，系统自动进入绘制草图模式，如图10-20所示。 图10-20 派生草图 在 FeatureManager 设计树中右击“草图2派生”，选择【解除派生】命令，编辑“草图2”为四分之一圆，单击【标准】工具栏上的【重新建模】 按钮，如图10-21所示。图10-21 建立“投影曲线”草图1 在 FeatureManager 设计树中选取上视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制四分之一圆，单击【标准】工具栏上的【重新建模】 按钮，如图10-22所示。图10-22建立“投影曲线”草图2 单击【曲线】工具栏上的【投影曲线】按钮，出现【投影曲线】属性管理器，在【投影类型】下拉列表框内选择【草图到草图】选项，选择“草图2”，选择“草图3”，单击【确定】按钮，完成投影曲线，如图10-23所示。 图10-23 “投影曲线”特征 在 FeatureManager 设计树中选择右视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，单击【标准】工具栏上的【重新建模】按钮，结束“左拉钩”草图绘制，如图10-24所示。 图10-24 “左拉钩”草图(4) C部分 单击【参考几何体】工具栏上的【基准面】按钮，出现【基准面】属性管理器，选择【点和平行面】按钮，选取“点”及“前视基准面”，如图10-25所示，单击【确定】按钮，完成基准面。图10-25 建立基准面 按住<Ctrl>键同时选择“草图1”和“基准面1”，选择【插入】【派生草图】命令，生成“草图5 派生”，系统自动进入绘制草图模式。在 FeatureManager 设计树中右击“草图5派生”，选择【解除派生】命令，编辑“草图5”为四分之一圆，单击【标准】工具栏上的【重新建模】 按钮，如图10-26所示。图10-26 建立“投影曲线”草图1 在 FeatureManager 设计树中选取上视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制四分之一圆，单击【标准】工具栏上的【重新建模】 按钮，如图10-27所示。图10-27 建立“投影曲线”草图2 单击【曲线】工具栏上的【投影曲线】按钮，出现【投影曲线】属性管理器，在【投影类型】下拉列表框内选择【草图到草图】选项，选择“草图2”，选择“草图3”，单击【确定】按钮，完成投影曲线，如图10-28所示。图10-28 “投影曲线”特征 在 FeatureManager 设计树中选择右视基准面，单击【草图】工具栏上的【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，单击【标准】工具栏上的【重新建模】按钮，结束“右拉钩”草图绘制，如图10-29所示。图10-24 “右拉钩”草图(5) D部分 单击【曲线】工具栏上的【组合曲线】按钮，出现【组合曲线】属性管理器，激活【要连接的实体】列表框，在 FeatureManager 设计树中选择“螺旋线/涡状线1”、“草图4”、“草图7”、“曲线1”和“曲线2” ，图10-25所示，单击【确定】按钮，完成组合曲线 图10-25 “组合曲线”特征 单击【参考几何体】工具栏上的【基准面】按钮，出现【基准面】属性管理器，单击【垂直于曲线】按钮，选取“点”及“边线<1>”，单击【确定】按钮，完成基准面，选取“基准面2”，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制“轮廓”草图ø4圆，单击【添加几何关系】按钮，出现【添加几何关系】属性管理器，选取圆心和圆弧，单击【穿透】按钮，单击【确定】按钮，如图10-26所示，单击【标准】工具栏上的【重新建模】按钮，结束“轮廓线”草图绘制。图10-26 “轮廓线”草图 单击【特征】工具栏上的【扫描】按钮，出现【扫描】属性管理器，激活【轮廓】列表框，选择“草图8”，激活【路径】列表框，选择“组合曲线1”，展开【选项】标签，在【方向/扭转类型】下拉列表框内选择【随路径变化】，如图10-27所示，单击【确定】按钮。 图10-27“扫描”特征(6) 存盘。