MasterCAM：第04章.ppt

MasterCAM第4章 曲 面 的 构 建,4.1 曲面构建环境 4.2 三维线框模型 4.3 构 建 曲 面 4.4 曲 面 编 辑 4.5 曲 面 曲 线 4.6 曲面构建综合实例,4.1 曲面构建环境,4.1.1 MasterCAM的坐标系统 MasterCAM的作图环境有两种坐标系，即系统坐标系和工作坐标系。系统坐标系是Mastercam中固定不变的的坐标系，满足右手法则，如图4-1所示。工作坐标系（Work Coordinate System）是用户在设置构图平面时所建立的坐标系。,为使工作方便，MasterCAM中在不同的场合使用了特定的坐标显示系统，而这些坐标显示系统有什么不同，均必须有一个基准的坐标系来描述，或者说供参照用，这个坐标系就是工作坐标系（WCS）。不同的情况，工作坐标系的显示不一样。在顶面观察（俯视）时如图4-2，Z轴的正方向垂直屏幕指向用户。,点击“WCS坐标：T”，会弹出 “视角管理”对话框。对话框中目前所列出的是系统已定义了的各个视角，序号是1、2到8，以后你自己可以新建视角并命名，命名的视角也可以在对话框中显示出来。,4.1.2 构图平面和图形视角 在MasterCAM中引入构图平面的概念是为了将复杂的三维绘图简化为简单的二维绘图。构图平面是用户当前要使用的绘图平面，与工作坐标系平行。设置好构图平面后，则所绘制的图形都在构图平面上，如构图平面设置为俯视图，则所绘制的图形就产生在平行于俯视图的构图面上。,图形视角的设置是用来观察三维图形在某一视角的投影视图，图形视角表示的是当前屏幕上图形的观察角度，但用户所绘制的图形不受当前视角的影响，而是由构图平面与工作深度来确定。,4.1.3 工作深度 工作深度是用户绘制出的图形所处的三维深度，是用户设置的工作坐标系中的Z轴坐标。通过工作深度的设置可使用户在二维图形中绘制出具备三维Z轴深度的图形。,设置方法：点击次功能表中“Z”，直接从键盘输入数值或从屏幕上选取已存在的点来设定工作深度。 Z轴深度指的是第三轴的深度，如构图面为前视图时，Z轴深度是指Y轴的深度。,4.2 三维线框模型,三维线框模型是以物体的边界来定义物体， 其体现的是物体的轮廓特征或物体的横断面特征。三维线框模型不能直接用于产生三维曲面刀具路径。MasterCAM的曲面造型通常需要事先绘制好三维线框模型，然后在此模型的基础上构建出曲面。,三维线框模型是物体的抽象表示，它的构建是MasterCAM进行曲面和实体造型的基础，没有一个事先构建好的线框模型就不能很好地进行曲面和实体的构建。 在三维线框模型的构建中要灵活地运用构图平面、工作深度和图形视角的设置，并且还要在三维空间中比较好的应用图形的转换。下面通过几个实例进行说明。,一、直纹曲面三维线框模型的构建实例 二昆氏曲面三维线框模型的构建实例 三线框图形的三维空间转换,1准备好图411所示三维线框模型 本例将对其进行镜像、旋转、平移等操作。 2设置图层名字,图418 图层管理员对话框,3镜像操作,图420 镜像后的结果,图421 前视图构图面中的X、Y轴的指向,图422 在前视图构图面中选取Y轴进行镜像的结果,4旋转操作,图423 旋转前图形,图424 旋转对话框,图425 旋转后的结果,图426 侧视图构图面以P2 点旋转后的结果,图427 前视图构图面以P1点 旋转后的结果,5平移操作,图428 平移设置对话框,图429 平移后结果,4.3 构 建 曲 面,4.3.1 曲面的基本概念和分类 曲面是用数学方程式来定义物体表面的形状表现，一个曲面包含有多个段面（sections）或缀面（patches），它们熔接在一起而形成一个图素。使用曲面造型可以很好地表达和描述物体的形状，曲面造型已广泛地运用于汽车、轮船和飞机机身以及各种模具和模型的设计和造型中。,曲面可分为三大类型，即几何图形曲面、自由型式曲面和编辑过的曲面。 几何图形曲面具有固定的几何形状，是用直线、圆弧、平滑曲线等图素所产生的，例如：球体、圆锥、圆柱、以及牵引曲面、旋转曲面和实体曲面等。,自由型式的曲面不是特定的几何图形，通常根据直线和曲线来决定其形状。这些曲面需要复杂而难度高的曲面技术，如昆氏曲面、直纹曲面、举升曲面、扫描曲面等。 编辑过的曲面是由编辑已有的曲面而产生的，如补正曲面、修整延伸曲面、曲面倒圆角、曲面熔接等。 MasterCAM的曲面类型如表4-1所示。,4.3.2 直纹、举升曲面 直纹、举升曲面是有两个或两个以上的外形以熔接的方式而形成的一个曲面，其中直纹曲面以直线的方式熔接，而举升曲面以抛物线的方式熔接。 一、两个外形的直纹曲面构建实例 二、三个及三个以上外形的举升曲面的构建 1 1. 绘制线架模型,注意： 本例中如果构建三个外形的直纹曲面其结果如图4-39所示，其与举升曲面的区别是直纹曲面以直线形式连接各个外形，而举升曲面以抛物线形式进行连接。 在构建曲面时请注意外形的选取次序，如果选取圆1，再选圆3，最后是矩形2，则举升曲面的构建结果如图4-40。, 为了保证曲面连接的正确，需要对某些外形图素进行打断处理。图4-41所示曲面产生了扭曲，是因为没有对矩形进行打断处理。 外形要光滑，要避免尖角，否则会出现曲线的锐角部分将被忽略，请按【Enter】键继续。,图4-39 构建出的直纹曲面,图4-40 外形选取次序对曲面结果的影响,图4-41 曲面产生了扭曲,4.3.3 昆氏曲面 昆氏曲面是用四条边界曲线定义，由许多缀面组合而形成的一张曲面。如图4-42所示。 昆氏曲面的构建有两种方法，即自动选取和手动选取。自动选取可能因为分歧点太多，以至于不能顺利地构建昆氏曲面，故在实际操作中一般选择手动选取的方法。,图4-42 昆氏曲面,在建立昆氏曲面之前，首先要明确切削方向、截断方向和缀面数的设置。 当设置好一个方向为切削方向后，则另一 个方向为截断方向。在一个开放的模式中，切削方向和截断方向可以任意替换；但在一个闭合的模式中，切削方向只能为闭合的环绕方向，于之相交的方向才为截断方向。 一、开放模式昆氏曲面的构建 二、闭合模式昆氏曲面的构建,4.3.4 旋转曲面 旋转曲面是把几何图素绕着某一轴或某一直线旋转而产生的曲面。 旋转曲面可用多个图素串联而进行旋转，所得到的曲面数目就等于所有串联之图素的数目。,旋转角度由用户选取旋转轴时的那一端点来进行确定，不能使用负值，但能通过选择旋转轴的另一端来确定相反的旋转角度。旋转的方向永远是沿着选取旋转轴的端点向另一端观看的顺时针方向，满足右手螺旋法则。,4.3.5 扫描曲面 扫描曲面是将物体的断面外形沿着一个或两个轨迹曲线移动，或是把两个断面外形沿着一个轨迹曲线移动而得到的曲面。 MasterCAM提供了三种形式的扫描曲面，以下分别以实例的形式加以说明。,一、一个截断方向外形和一个切削方向外形 说明： 1） 如果选取R平移/旋转为T（平移方式），则扫描曲面构建如图4-56所示。,2） 扫描曲线的外形要求光滑，不能有尖角。假如图4-53所示外形没有倒圆角，则在构建扫描曲面时，需要确定“曲面的锐角部分将被忽略，请按【Enter】键继续”，扫描出的效果端部放大如图4-57所示。 二、一个截断方向外形和两个切削方向外形 三、两个截断方向外形和一个切削方向外形,4.3.6 牵引曲面 牵引曲面是将物体的断面外形或基本曲线笔直地沿着一特定的方位拉伸而形成的曲面。牵引曲面受牵引方向、牵引长度和牵引角度的影响。 牵引曲面可以串联多个图素来产生，其曲面的数目等于所串联图素的数目。,4.4 曲 面 编 辑,4.4.1 曲面倒圆角 曲面倒圆角可以把所选取的两组曲面通过圆角进行过渡，其主要用于将两组相交曲面平滑过渡及把物体的端部倒圆角处理的情况。曲面倒圆角有平面/曲面倒圆角、曲线/曲面倒圆角、曲面/曲面倒圆角三种方式，其中曲面/曲面倒圆角是使用最多的一种。,一、平面/曲面倒圆角 二、曲线/曲面倒圆角,图4-75 原始曲面和曲线,图4-77 曲面倒圆角结果,三、曲面/曲面倒圆角,C2 C1,图4-78 曲面/曲面倒圆角原始曲面,图4-79 设置曲面的方向,图4-80 曲面/曲面倒圆角后结果,注意： 曲面和曲面倒圆角时要注意检查两组曲面的法线方向，要求两组曲面的法线方向都要指向倒圆角曲面的圆心。如图4-82a所示两张曲面，当曲面法线如图4-82b所示时，倒圆角后如4-82b图所示；当曲面法向如图4-82c所示时，倒圆角后如图4-82c所示。 两曲面倒圆角时，要考虑圆角半径不要设置得太大，以至于在两曲面中容纳不下倒圆角曲面。,图4-81 曲面对曲面倒圆角对话框,图4-82 曲面法向对倒圆角的影响,a b c,四、变化半径倒圆角,4.4.2 曲面偏移 曲面偏移可以按指定的偏移距离把所选取的曲面沿着曲面的法线方向偏距而产生另一张曲面。偏移距离如果为负值则偏距的方向为曲面法线的相反方向，可以更改曲面的法线方向来改变曲面的偏移方向。编辑过的曲面不可用于曲面的偏移。,4.4.3 曲面修剪延伸 曲面的修剪、延伸可以把已有的曲面修剪或延伸为修剪后的曲面。要使用修剪功能必须有一个已存在的曲面和至少一个作为修剪的边界，可以使用曲线、曲面、平面作为边界来操作。其修剪、延伸方法见下面的实例。,一、修剪至曲线实例 二、修剪至平面 三、修剪至曲面 四、平面修整 平面修整是指通过指定的边界构建一个平的曲面,五、曲面分割 曲面分割操作可以把原始曲面在指定的方向分割成两个曲面 六、曲面延伸 曲面延伸操作可以将一个曲面沿其某一边界延伸。延伸出的曲面在边界处与原始曲面相切，并且曲面的种类、精度与原始曲面相同。,4.4.4 曲面熔接 曲面熔接是指把两个已存在的曲面通过光滑曲面连接，并且所熔接的曲面与两个已存在曲面相切。 熔接曲面的构建方式有三种：两曲面熔接、三曲面熔接、三圆角曲面等。 一、两曲面熔接 二、三曲面熔接、圆角熔接,4.5 曲 面 曲 线,曲面曲线是指通过已有的曲面或平面来绘制曲线。一般都可以既生成曲线又生成曲面曲线，而曲面曲线只用于曲面休整的情况。 有以下几种方法构建曲面曲线：,4.5.1 指定位置 用于在曲面的指定位置上生成曲线或曲面曲线。 4.5.2 缀面边线 缀面边线可以在参数式曲面上构建出网格状曲线。,4.5.3 曲面流线 准备原始曲面（可以是参数式，也可以是NURBS曲面）； 4.5.4 动态绘线 动态绘线是指用鼠标在曲面上任意取点，而绘制出曲线或曲面曲线。,4.5.5 剖切线 剖切线是指用平行且等距的平面对曲面进行剖切而得到的多条曲线或曲面曲线。 4.5.6 交线 交线用于在两组相交曲面间构建曲面的交线。,4.5.7 投影线 投影线是外形轮廓投影到曲面而得到投影曲线或投影曲面曲线。,投影线的构建方法有两种：以垂直于构图平面的的法线方向进行投影和垂直于曲面的法线方向的投影，两种方法得到的投影曲线有很大区别。垂直于构图平面的的法线方向进行投影与用户当前设置的构图平面有直接关系；而垂直于曲面的法线方向的投影与外形曲面的距离有直接关系，一般此种投影用于曲面与外形相距比较小的情况。,4.5.8