掃掠曲面在CATIA曲面造型中的應用

1、 /11掃掠曲面在CATIA曲面造型中的應用謝龍漢在曲面造型中，通常是首先進行線框造型得到一系列的線條，再進行曲面造型構建基本曲面，最后還需要對這些基本曲面進行裁剪、圓角過渡等處理。掃掠曲面就是一種重要的曲面類型，在曲面造型中具有相當廣泛的應用。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引線（可以看作是經線），截面線沿著導引線移動，形成了一張曲面。CATIAV5所提供的掃掠曲面（Sweep）功能，不但可以構建傳統(tǒng)的掃掠曲面類型輪廓掃掠（具有截面線和導引線），還可以只根據導引線構建直紋面（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、面設計模塊中，選擇菜單【Insert（插入）】【Surface（曲面）】【乞用蚱即（掃掠曲面）】，出現如圖1所示的【SweptSurfaceDefinition（掃掠曲面定義）】對話框中。SweptSurfaceDefinitionProfiletype:ASubtype:Withreferencmsurfacm二|FJosele匚ti門Profile:Guidecurve:|NoselectionSurface:|Default(meanplane)Angle:|LElV1/./4Deviationfromguide(s):Angularcorrection:1Angularsector:r

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

4、定的若干條導引線及邊界條件上構建圓 #/11 #/11弧截面，而不需要額外指定輪廓線；圓錐曲面（ConicSweep）心，這種曲面的構建與圓弧曲面有些類似，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）就是根據一條截面線（Profile），沿著指定的一條或者兩條導引線（GuidingCurve）進行掃掠，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引線的形狀、相對位置（特別是角度）。輪廓掃掠這種曲面構建類型需要指定三個邊界條件，從而也延伸出三種構建方式，這三種方式在Subtype（子類型）下拉框中可以進行選擇。具有參考曲面（Withref

5、erencesurface）:需要選擇一條截面線（Profile）、一條導引線（GuidingCurve），在Reference選項頁中，可以選擇一個導引線所在的曲面填入“Surface（曲面）”輸入欄中，這樣可以設置截面線在掃掠過程中保持與支持面成一定的角度，該角度可以在“Angle（角度）”輸入欄中設置。也可以不指定參考曲面，那么將以導引線的中間平面作為參考平面，從而計算掃掠的角度。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引線，沒有指定參考曲面，掃掠生成的曲面。如圖3所示，是在圖2所選擇曲線的基礎上，再指定導引線所在的曲面作為參考曲面，并且設置旋轉的角度為30度，掃掠生成

6、的曲面。設定一個角度之后，還可以選擇所生成的曲面與參考曲面之間的相對位置，實際上就是有30度、120度、210度、300度四種情況所對應的4個象限角（AngleSector）。圖2圖3角度的控制是一個很有用的方法。在對話框中單擊LaW，（規(guī)則定義）按鈕，在【LawDefinition（規(guī)則定義）】對話中設置一條規(guī)律曲線，如圖4所示，是設置了一條線性關 /11 #/11系曲線，起始角度為0度，終止角度為120度。根據這個角度規(guī)則所生成的掃掠曲面如圖5所示。 /11圖5還可以進一步的應用角度控制的優(yōu)勢，建立形狀更加復雜的曲面形狀。首先應用公式功能定義一個角度控制的公式，例如這里可以增加兩個變量X、

7、Y兩個實數(Real)變量，設定公式為“Y=10*sin(10*PI*X*lrad)”，如圖6所示。根據這個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有效工具。脊線類似與人體的脊椎，在掃掠過程中起到對齊的作用。默認情況下的脊線是第一條導引線。實際上，在掃掠過程中，系統(tǒng)是計算移動過程中每個截面的形狀和位置的，指定脊線后，掃描曲面的每一個截面都是垂直與脊線的，如圖8所示。圖8以兩條導引線進行掃掠(Withtwoguidecurves),可以通過選擇一條截面線，并選擇兩條導引線。系統(tǒng)要求截面線與兩條導引線都相交，并且需要對截面線進行定位(Anchoring)0定

8、位的類型(Anchoringtype)中有兩種:Twopoints和PointandDirection0Twopoint需要分別選擇第一條導引線上的一點填入Anchorpoint1(第一條導引線定位點)中，選擇第二條導引線上的一點填入Anchorpoint2(第二條導引線定位點)中。對于Pointanddirection類型，要求選擇第一條導引線上的一點填入Anchorpoint1中，選擇一個方向作為定位方向。定位實際上是確定了截面線掃掠過程中的對齊和確定位置。如圖9所示，就是選擇了兩條曲線作為導引線的情況，截面線與兩條導引線是相交指定運動方向(Withpullingdirection)，只需

9、要指定一條截面線和一條導引線，并且指定一個所謂的運動方向，改運動方向實際上就是確定了截面線在掃掠過程中始終與該方向保持初始的角度(或者說是相對位置)。如圖10所示，是以一條直線作為指定的運動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)沿著指定的導引線或者設定的邊界條件進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)通過指定的導引線或者邊界條件計算出來的。直紋面可以看作是直線的擴展。建立一條直線，可以由兩點確定、由一點和方向、由曲線的切向確定等方式所確定。與此類似，直紋面提供了多種子類型：兩條導引線(Twolimits):提供兩條導引線，系統(tǒng)自動計算生成直紋面，這

10、種類型類似于由兩點確定一條直線，兩條導引線相對于兩條直線。實際上，如果從一個截面上來看，兩條導引線的端點就是直紋面的截面線直線的兩個端點。如圖11所示，圖11導引線和中間線(Limitandmiddle)：與兩條導引線的類型相似，同樣是選擇兩條線條,只不過其中的一條線條是直紋面的中間線，相對于線段的中點。參考曲面(Withreferencesurface):選擇一條曲線作為導引線，以及選擇曲線所在的曲面作為參考曲面，設置直紋面與參考曲面的角度，以及直紋面的拉伸長度，如圖12所示。這種類型相當于通過一點，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引線，并選擇一條曲線作為參考曲線，設置一個角度和長度生成直紋面。這種直紋面的生成類型是在一個截面（或者稱為截平面，垂直于脊線的一個平面，如果沒有選擇脊線，那么第一條導引線就是默認的脊線）上，導引線和參考曲線端點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，通過一點（導引

12、線）作一條曲線（截面與相切曲面之間的交線）的切線，通常具有多個解。如圖14所示。圖14拔模方向(Withdraftdirection):選擇一條曲線作為導引線，并選擇一個方向(可以是直線或者平面)作為拔模方向，設置拔模角度生成一張直紋面。其生成原理是：導引線實際是也充當了脊線，在截面內，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，沿著導引線掃掠，就形成了直紋面。如圖15所示。 #/11 /11圖15兩個相切曲面(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，截面與兩個相切曲面之間存在交線，這種直

13、紋面相對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所提供的導引線及邊界條件，系統(tǒng)自動計算圓弧的尺寸和位置，在大多數情況，圓弧曲面只是截面為圓弧形狀，但圓弧半徑是根據不同的截面位置進行計算的，并不一定相同的。圓弧曲面可以看作是圓弧的擴展，建立圓弧可以通過三個點、兩點加半徑、一點加半徑、兩點加一條切線、一點加一條切線。圓弧曲面(CircleSweep)功能也提供了多種類型:三條導引線(Threeguides):需要選擇三條曲線作為導引線，可以選擇一條脊線來規(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，三條導引線與截面的交點通過計算得到了一條圓弧，這就是圓弧截

14、面線。如圖17所示。圖17兩條導引線和半徑(Twoguidesandradius):需要選擇兩條曲線作為導引線，并設定一個半徑值，可以選擇一條線條作為脊線來規(guī)范截面的位置，所設定的半徑值需要大于兩條導引線最小距離的一半，這種類型通常能夠得到6個解。其生成原理是:在截面上，導引線與截面存在兩個交點，這兩個交點加上指定的半徑值，可以生成4條圓弧和兩個整圓，共計6個解，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交點，這就相當于以其中一點為圓心，圓弧通過另一個點，通過指定圓弧的角度，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引線，并設置圓弧半徑。其生成原理是：在截面上，截面與中心線的交點作為圓心，以截面為支持面，以指定的半徑生成一個圓，這就是圓弧截面線。如圖20所示。 #/11 #/11圖20兩條導引線和一個相切曲面(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交點、與曲面有一條交線，實

16、際上相對于過一點到一條曲線上的一點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 /11一條導引線和一個相切曲面（Oneguideandtangencysurface）:選擇一條曲線作為導引線，再選擇一張曲面作為相切曲面，同時還需要設置一個角度。其生成原理是：在截面上，截面和導引線有一個交點，與曲面有一條交線，從交點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所指定的邊界條件計算圓錐截面線，沿著導引線生成一張曲面。圓錐曲線有三種類型：拋物線、橢圓和雙曲線。在對話框中的Parameter輸入欄中可以設置圓錐曲線的類型，Parameter（參數）=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個條件，這個與建立圓錐曲線是相同的，這5個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