CAXA制造工程师曲线与曲面.docx

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CAXA制造工程师曲线与曲面

第2章曲线和曲面

§2.1曲线的绘制

CAXA制造工程师为曲线绘制提供了十六项功能：

直线、圆弧、圆、矩形、椭圆、样条、点、公式曲线、多边形、二次曲线、等距线、曲线投影、相关线、样条->圆弧和文字等。

用户可以利用这些功能，方便快捷地绘制出各种各样复杂的图形。

利用CAXA制造工程师编程加工时，主要应用曲线中的直线、矩形工具绘制零件的加工范围。

　　直线中的两点线就是在屏幕上按给定两点画一条直线段或按给定的连续条件画连续的直线段。

（1）单击直线

按钮，在立即菜单中选择两点线。

（2）按状态栏提示，给出第一点和第二点，两点线生成。

图2-1直线的绘制

　　矩形是图形构成的基本要素，为了适应各种情况下矩形的绘制，CAXA制造工程师提供了两点矩形和中心_长_宽等两种方式。

两点矩形就是给定对角线上两点绘制矩形。

如图2-2

（1）单击

按钮，在立即菜单中选择两点矩形方式。

（2）给出起点和终点，矩形生成。

图2-2

　　中心_长_宽就是给定长度和宽度尺寸值来绘制矩形。

（1）单击

按钮，在立即菜单中选择中心_长_宽方式，输入长度和宽度值。

（2）给出矩形中心（0,0），矩形生成。

图2-3

§2.2曲线的编辑

曲线编辑包括曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合和曲线拉伸五种功能。

　　曲线编辑安排在主菜单的下拉菜单和线面编辑工具条中。

线面编辑工具条如下图所示。

图2-4

　　曲线裁剪中的快速裁剪是指系统对曲线修剪具有指哪裁哪快速反映。

（1）单击

按钮，在立即菜单中选择快速裁剪和正常裁剪（或投影裁剪）。

（2）拾取被裁剪线（选取被裁掉的段），快速裁剪完成。

图2-5

　　曲线过渡就是对指定的两条曲线进行圆弧过渡、尖角过渡或对两条直线倒角。

　　曲线过渡共有三种方式：

圆弧过渡、尖角过渡和倒角过渡。

　　圆弧过渡：

　　　　用于在两根曲线之间进行给定半径的圆弧光滑过渡。

如图2-6

（1）单击

按钮，在立即菜单中选择“圆弧过渡”，输入半径，选择是否裁剪曲线1和曲线2。

（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，圆弧过渡完成。

     过渡前                                    过渡后

图2-6

　　尖角过渡

　　用于在给定的两根曲线之间进行过渡，过渡后在两曲线的交点处呈尖角。

尖角过渡后,一根曲线被另一根曲线裁剪。

如图2-7

（1）单击

按钮，在立即菜单中选择“尖角裁剪”。

（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，尖角过渡完成。

 （a）过渡前     （b）过渡后            （a）过渡前      （b）过渡后 

　　　　　　　　　　　　图2-7

　　倒角过渡

　　倒角过渡用于在给定的两直线之间进行过渡,过渡后在两直线之间有一条按给定角度和长度的直线。

　　倒角过渡后,两直线可以被倒角线裁剪，也可以不被裁剪，如图2-8。

（1）单击

按钮，在立即菜单中选择“倒角裁剪”，输入角度和距离值，选择是否裁剪曲线1和曲线2。

（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，尖角过渡完成。

       　　　　（a）有裁剪的倒角过渡            （b）无裁剪的倒角过渡

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-8

§2.3几何变换

几何变换对于编辑图形和曲面有着极为重要的作用，可以极大地方便用户。

几何变换是指对线、面进行变换，对造型实体无效，而且几何变换前后线、面的颜色、图层等属性不发生变换。

几何变换共有七种功能：

平移、平面旋转、旋转、平面镜像、镜像、阵列和缩放。

几何变换工具条如下图2-9。

图2-9

　　平移就是对拾取到的曲线或曲面进行平移或拷贝。

平移有两种方式：

两点或偏移量。

　　偏移量方式就是给出在XYZ三轴上的偏移量，来实现曲线或曲面的平移或拷贝。

（1）直接单击

按钮，在立即菜单中选取偏移量方式，拷贝或平移，输入XYZ三轴上的偏移量值如下图2-10。

图2-10

（2）状态栏中提示“拾取元素”，选择曲线或曲面，按右键确认，平移完成如图2-11。

图2-11

　　两点方式就是给定平移元素的基点和目标点，来实现曲线或曲面的平移或拷贝。

（1）单击

按钮，在立即菜单中选取两点方式，拷贝或平移，正交或非正交，如图2-12。

图2-12

（2）拾取曲线或曲面，按右键确认，输入基点，光标就可以拖动图形了，输入目标点，平移完成，如图2-13。

图2-13

§2.4曲面的生成及编辑

CAXA制造工程师有丰富的曲面造型手段，共有10种生成方式：

直纹面、旋转面、扫描面、边界面、放样面、网格面、导动面、等距面、平面和实体表面。

一、曲面生成

　　1直纹面（如下图2-14）：

有3种形式的直纹面

　　曲线+曲线

　　曲线+曲面

　　点+曲线

　　直纹面是由一根直线两端点分别在两曲线上匀速运动而形成的轨迹曲面。

直纹面生成有三种方式：

曲线+曲线、点+曲线和曲线+曲面。

图2-14

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“直纹面”，或者单击

按钮。

（2）在立即菜单中选择直纹面生成方式。

　　（3）按状态栏的提示操作，生成直纹面。

　　曲线+曲线

　　曲线+曲线是指在两条自由曲线之间生成直纹面。

图2-15

（1）选择“曲线＋曲线”方式。

（2）拾取第一条空间曲线。

　　（3）拾取第二条空间曲线，拾取完毕立即生成直纹面。

　　点+曲线

　　点+曲线是指在一个点和一条曲线之间生成直纹面。

图2-16

（1）选择“点＋曲线”方式。

　　（3）拾取空间点。

　　（4）拾取空间曲线，拾取完毕立即生成直纹面。

　　曲线+曲面

　　曲线+曲面是指在一条曲线和一个曲面之间生成直纹面。

图2-17

　　曲线+曲面方式生成直纹面时，曲线沿着一个方向向曲面投影，同时曲线与这个方向垂直的平面内上以一定的锥度扩张或收缩，生成另外一条曲线，在这两条曲线之间生成直纹面。

（1）选择“曲线＋曲面”方式。

（2）填写角度和精度。

　　（3）拾取曲面。

　　（4）拾取空间曲线。

　　（5）输入投影方向。

单击空格键弹出矢量工具，选择投影方向。

　　（6）选择锥度方向。

单击箭头方向即可。

　　（7）生成直纹面。

　　角度：

是指锥体母线与中心线的夹角；

注意:

（1）生成方式为“曲线+曲线”时，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。

（2）生成方式为“曲线+曲线”时，如系统提示“拾取失败”，可能是由于拾取设置中没有这种类型的曲线。

解决方法是点取“设置”菜单中的“拾取过滤设置”，在“拾取过滤设置对话框”的“图形元素的类型”中选择“选中所有类型”。

　　（3）生成方式为“曲线+曲面”时，输入方向时可利用矢量工具菜单。

在需要这些工具菜单时，按空格键或鼠标中键即可弹出工具菜单。

　　（4）生成方式为“曲线+曲面”时，当曲线沿指定方向，以一定的锥度向曲面投影作直纹面时，如曲线的投影不能全部落在曲面内时，直纹面将无法作出。

　　旋转面

　　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。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“旋转面”，或者单击

按钮。

（2）输入起始角和终止角角度值。

　　（3）拾取空间直线为旋转轴，并选择方向。

　　（4）拾取空间曲线为母线，拾取完毕即可生成旋转面。

图2-18

　　起始角：

是指生成曲面的起始位置与母线和旋转轴构成平面的夹角。

　　终止角：

是指生成曲面的终止位置与母线和旋转轴构成平面的夹角。

　　下图起始角为60度，终止角为270度的情况。

图2-19

注意：

　　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。

　　扫描面

　　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。

图2-20

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“扫描面”，或者单击

按钮。

（2）填入起始距离、扫描距离、扫描角度和精度等参数。

　　（3）按空格键弹出矢量工具，选择扫描方向。

　　（4）拾取空间曲线。

　　（5）若扫描角度不为零，选择扫描夹角方向，扫描面生成。

　　起始距离：

是指生成曲面的起始位置与曲线平面沿扫描方向上的间距；

　　扫描距离：

是指生成曲面的起始位置与终止位置沿扫描方向上的间距；

　　扫描角度：

是指生成的曲面母线与扫描方向的夹角；

　　下图为扫描初始距离不为零的情况。

图2-21

注意：

　　扫描方向不同的选择可以产生不同的效果。

　　导动面

　　让特征截面线沿着特征轨迹线的某一方向扫动生成曲面。

导动面生成有六种方式：

平行导动、固接导动、导动线&平面、导动线&边界线、双导动线和管道曲面。

　　生成导动曲面的基本思想：

选取截面曲线或轮廓线沿着另外一条轨迹线扫动生成曲面。

　　为了满足不同形状的要求，可以在扫动过程中，对截面线和轨迹线施加不同的几何约束，让截面线和轨迹线之间保持不同的位置关系，就可以生成形状变化多样的导动曲面。

如截面线沿轨迹线运动过程中，我们可以让截面线绕自身旋转，也可以绕轨迹线扭转，还可以进行变形处理，这样就产生各种方式的导动曲面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“导动面”，或者直接单击

按钮。

（2）选择导动方式。

　　（3）根据不同的导动方式下的提示，完成操作。

　　平行导动

　　平行导动是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。

图2-22

（1）激活导动面功能，并选择“平行导动”方式。

（2）拾取导动线，并选择方向。

　　（3）拾取截面曲线，即可生成导动面。

　　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，如图2-23。

单截面线                 双截面线

图2-23

（1）选择“固接导动”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

　　（3）拾取导动线，并选择导动方向。

　　（4）拾取截面线。

如果是双截面线导动，应拾取两条截面线。

　　（5）生成导动面。

　　导动线＆平面

　　截面线按以下规则沿一条平面或空间导动线（脊线）扫动生成曲面。

规则：

（1）、截面线平面的方向与导动线上每一点的切矢方向之间相对夹角始终保持不变；

（2）、截面线的平面方向与所定义的平面法矢的方向始终保持不变。

这种导动方式尤其适用于导动线是空间曲线的情形，截面线可以是一条或两条。

单截面线

双截面线

图2-24

（1）选择“导动线＆平面”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

　　（3）输入平面法矢方向。

按空格键，弹出矢量工具，选择方向。

　　（4）拾取导动线，并选择导动方向。

　　（5）拾取截面线。

如果是双截面线导动，应拾取两条截面线。

　　（6）生成导动面。

　　导动线＆边界线

　　截面线按以下规则沿一条导动线扫动生成曲面，规则：

（1）运动过程中截面线平面始终与导动线垂直。

（2）运动过程中截面线平面与两边界线需要有两个交点。

（3）对截面线进行放缩，将截面线横跨于两个交点上。

截面线沿导动线如此运动时，就与两条边界线一起扫动生成曲面。

（1）在导动过程中，截面线始终在垂直于导动线的平面内摆放，并求得截面线平面与边界线的两个交点。

在两截面线之间进行混合变形，并对混合截面进行放缩变换，使截面线正好横跨在两个边界线的交点上。

（2）若对截面线进行放缩变换时，仅变化截面线的长度，而保持截面线的高度不变，称为等高导动。

图2-25为单截面线变高导动。

图2-25

　　（3）若对截面线，不仅变化截面线的长度，同时等比例地变化截面线的高度，称为变高导动，图2-26为双截面线等高导动。

图2-26

（1）选择“导动线＆边界线”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

　　（3）选择等高或者变高。

　　（4）拾取导动线，并选择导动方向。

　　（5）拾取第一条边界曲线。

　　（6）拾取第二条边界曲线。

　　（7）拾取截面曲线。

如果是双截面线导动，拾取两条截面线（在第一条边界线附近）。

　　（8）生成导动面。

　　双导动线

　　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。

　　双导动线导动支持等高导动和变高导动，如图2-27。

（a）单截面线等高导动

（b）双截面线变高导动

图2-27

（1）选择“双导动线”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

　　（3）选择等高或者变高。

　　（4）拾取第一条导动线，并选择方向。

　　（6）拾取第二条导动线，并选择方向。

　　（7）拾取截面曲线（在第一条导动线附近）。

如果是双截面线导动，拾取两条截面线（在第一条导动线附近）。

　　（8）生成导动面。

　　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。

（1）截面线为一整圆，截面线在导动过程中，其圆心总是位于导动线上，且圆所在平面总是与导动线垂直。

（2）圆形截面可以是两个，由起始半径和终止半径分别决定，生成变半径的管道面。

如图2-28所示。

图2-28

（1）选择“管道曲面”方式。

（2）填入起始半径、终止半径和精度。

　　（3）拾取导动线，并选择方向。

　　（4）生成导动面。

　　起始半径是指管道曲面导动开始的圆的半径。

　　终止半径是指管道曲面导动终止时的半径。

注意：

（1）导动曲线、截面曲线应当是光滑曲线。

（2）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。

　　（3）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。

　　等距面

　　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）。

这个命令类似曲线中的“等距线”命令，不同的是“线”改成了“面”。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“等距面”，或者单击

按钮。

（2）填入等距距离。

　　（3）拾取平面，选择等距方向。

　　（4）生成等距面。

图2-29

　　等距距离：

是指生成平面在所选的方向上的离开已知平面的距离。

注意：

　　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。

　　平面

　　利用多种方式生成所需平面。

　　平面与基准面的比较：

基准面是在绘制草图时的参考面，而平面则是一个实际存在的面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“平面”，或者单击

按钮。

（2）选择裁剪平面或者工具平面。

　　（3）按状态栏提示完成操作。

　　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。

封闭内轮廓可以有多个。

图2-30

（1）拾取平面外轮廓线，并确定链搜索方向，选择箭头方向即可。

（2）拾取内轮廓线，并确定链搜索方向，每拾取一个内轮廓线确定一次链搜索方向。

　　（3）拾取完毕，单击鼠标右键，完成操作。

　　工具平面

　　包括XOY平面、YOZ平面、ZOX平面、三点平面、矢量平面、曲线平面和平行平面等7种方式。

　　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。

图2-31

　　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。

（a）法平面                   （b）包络面

图2-32

　　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）。

图2-33

（1）选择工具面类型。

（2）选择对应类型的相关方式。

　　（3）填写角度，长度和宽度等数值。

　　（4）根据状态栏提示完成操作。

　　角度：

是指生成平面绕旋转轴旋转，与参考平面所夹的锐角。

　　长度：

是指要生成平面的长度尺寸值。

　　宽度：

是指要生成平面的宽度尺寸值。

注意：

（1）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。

（2）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），可以再对其使用等距面或平行平面。

　　边界面

　　在由已知曲线围成的边界区域上生成曲面。

　　边界面有两种类型：

四边面和三边面。

所谓四边面是指通过四条空间曲线生成平面；三边面是指通过三条空间曲线生成平面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“边界面”，或者单击

按钮。

（2）选择四边面或三边面。

　　（3）拾取空间曲线，完成操作。

图2-34

注意：

　　拾取的四条曲线必须首尾相连成封闭环，才能作出四边面；并且拾取的曲线应当是光滑曲线。

　　放样面

　　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。

有截面曲线和曲面边界两种类型。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“放样面”，或者单击

按钮。

（2）选择截面曲线或者曲面边界。

　　（3）按状态栏提示，完成操作。

　　截面曲线

　　通过一组空间曲线作为截面来生成曲面。

（1）选择界面曲线方式。

（2）拾取空间曲线为截面曲线，拾取完毕后按鼠标右键确定，完成操作。

图2-35

　　曲面边界

　　以曲面的边界线和截面曲线来生成曲面。

（1）选择曲面边界方式。

（2）拾取空间曲线为截面曲线，拾取完毕后按鼠标右键确定，完成操作。

　　（3）在第一条曲面边界线上拾取其所在平面。

　　（4）拾取截面曲线，单击鼠标右键确定。

　　（5）在第二条曲面边界线上拾取其所在平面，完成操作。

图2-36

注意：

（1）拾取的一组特征曲线互不相交，方向一致，形状相似，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。

　　网格面

　　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。

（1）网格面的生成思路：

首先构造曲面的特征网格线确定曲面的初始骨架形状。

然后用自由曲面插值特征网格线生成曲面。

（2）特征网格线可以是曲面边界线或曲面截面线等等。

由于一组截面线只能反应一个方向的变化趋势，还可以引入另一组截面线来限定另一个方向的变化，这形成一个网格骨架，控制住两方向（U和V两个方向）的变化趋势如图2-37，使特征网格线基本上反映出设计者想要的曲面形状，在此基础上插值网格骨架生成的曲面必然将满足设计者的要求。

图2-37

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“网格面”，或者单击

按钮。

（2）拾取空间曲线为U向截面线，单击鼠标右键结束。

　　（3）拾取空间曲线为V向截面线，单击鼠标右键结束，完成操作。

图2-38

注意：

（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。

曲线的方向放样面功能中一样，由拾取点的位置来确定曲线的起点。

（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）对特征网格线有以下要求：

网格曲线组成网状四边形网格，规则四边网格与不规则四边网格均可。

插值区域是四条边界曲线围成的（如图2-39a、b），不允许有三边域、五边域和多边域（如图2-39c）。

（a）规则四边网格       （b）不规则四边网格     （c）不规则网格

图2-39

　　实体表面

　　把通过特征生成的实体表面剥离出来而形成一个独立的面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“实体表面”。

（2）按提示拾取实体表面。

图2-40

　　曲面编辑

　　曲面编辑主要讲述有关曲面的常用编辑命令及操作方法，它是CAXA制造工程师的重要功能。

　　曲面编辑包括曲面裁剪、曲面过渡、曲面缝合、曲面拼接和曲面延伸五种功能。

　　曲面裁剪

　　曲面裁剪对生成的曲面进行修剪，去掉不需要的部分。

　　在曲面裁剪功能中，用户可以选用各种元素，包括各种曲线和曲面来修理和剪裁曲面，获得用户所需要的曲面形态。

也可以将被裁剪了的曲面恢复到原来的样子。

　　曲面裁剪有五种方式：

投影线裁剪、等参数线裁剪、线裁剪、面裁剪和裁剪恢复。

　　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。

（1）单击主菜单“应用”，指向“线面编辑”，单击“曲面裁剪”，或者直接单击

按钮。

（2）在立即菜单中选择曲面裁剪的方式。

　　（3）根据状态栏提示完成操作。

　　下面对曲面裁剪的四种方式依次进行介绍。

　　投影线裁剪

　　投影线裁剪是将空间曲线沿给定的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。

（a）裁剪前               （b）裁剪后

图2-41

（1）在立即菜单上选择“投影线裁剪”和“裁剪”方式。

（2）拾取被裁剪的曲面（选取需保留的部分）。

　　（3）输入投影方向。

按空格键，弹出矢量工具菜单，选择投影方向。

　　（4）拾取剪刀线。

拾取曲线，曲线变红，裁剪完成。

注意：

　　剪刀线与曲面边界线重合或部分重合以及相切时，可能得不到正确的裁剪结果。

　　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，则系统将其延长到曲面边界后实行裁