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第10章曲线曲面设计 学习目标 曲线曲面造型广泛应用在电子产品外形设计行业 航空航天领域以及汽车零部件等行业 曲面是一种可用来生成实体特征的几何体 本章主要学习生成曲线 基本曲面 高级曲面设计工具以及编辑曲面工具 全面掌握曲线曲面的相关知识和绘图技能 2 知识要点 3 10 1生成曲线 曲线造型是曲面造型的基础 在此先介绍几种常用的生成曲线的方法 包括投影曲线 组合曲线 螺旋和涡状线 样条曲线与分割线等 10 1 1分割线分割线工具将实体 草图 实体 曲面 面 基准面 曲面样条曲线 投影到表面 曲面或平面 它将所选面分割成多个单独面 可以使用一个命令分割多个实体上的曲线 1 参数详解以通过下述工具来生成分割线 分割类型 草图 通过在其上映射草图分割表面 可使用现有草图或单击 创建草图 创建新草图 待分割的草图和面必须属于相同的实体 交点 分割接触的两个实体之间的接触面 两个实体必须有接触的边或面 单击 曲线 工具栏上的 分割线 命令按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 分割线 命令 弹出 组合曲线 对话框 并在对话框中显示出轮廓 投影 交叉点3种分割类型 如图10 1所示 4 10 1生成曲线 对3种分割类型介绍如下 投影 将草图投影到曲面上 您可形成以投影曲线创建的分割线特征 侧影轮廓线 在一个圆柱形零件上生成一条分割线 交叉 以交叉实体 曲面 面 基准面 或曲面样条曲线分割面 2 操作步骤下面将对3种分割类型实例进行详解 1 生成轮廓分割线 5 10 1生成曲线 01创建待分割的实体或曲面 并用草图绘制工具绘制一条要投影为分割线的曲线段 02单击 曲线 工具栏上的 分割线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 分割线 命令 弹出 分割线 对话框 如图10 所示 03在弹出 分割线 对话框中 拔模方向 选择基准面1 在 要分割面 选择实体零件面 勾选复选框 使拔模方向与实体相交 生成轮廓分割线 如图10 2所示 6 10 1生成曲线 2 生成投影分割线01创建待分割的实体或曲面 并绘制投影为分割草图 02单击 曲线 工具栏上的 分割线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 分割线 命令 弹出 分割线 对话框 如图10 3所示 03在弹出 分割线 对话框中 要投影的草图 选择椭圆形草图 在 要分割面 选择实体零件面 生成轮廓分割线 如图10 3所示 7 10 1生成曲线 3 生成交叉分割线01创建待分割的实体或曲面 02单击 曲线 工具栏上的 分割线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 分割线 命令 弹出 分割线 对话框 如图10 4所示 03在弹出 分割线 对话框中 分割类型 选项选择交叉点类型 在 分割实体 面 基准面 中选择零件侧边的各面 要分割面 实体 中选择地面 选择 生成轮廓分割线 如图10 4所示 8 10 1生成曲线 对 曲面分割 选项说明如下 分割所有 即分割穿越曲面上的所有可能区域 自然 即分割遵循曲面的形状 线性 即分割遵循线性方向 04若勾选 则将完成所有的分割 如图10 5所示 9 10 1生成曲线 10 1 2投影曲线将绘制的曲线投影到曲面上 可以生成一个三维曲线 SolidWorks生成投影曲线有以下两种方式 利用两个相交基准面上的曲线草图抽影而成曲线 草图到草图 是将图曲线设影到模型面上得到曲线 草图到面 单击 曲线 工具栏上的 投影曲线 命令按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 投影曲线 命令 弹出 组合曲线 对话框 如图10 6所示 10 10 1生成曲线 1 草图到面下面首先来介绍利用两个相交基准面上的曲线投影得到曲线 01在实体零件底面上绘制一个样条曲线的草图 如图10 7所示 11 10 1生成曲线 02单击 曲线 工具栏上的 投影曲线 命令按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 投影曲线 命令 在 投影曲线 对话框中的显示框中显示 要投影的草图 选择 同时在图形区域中显示所得到的设影曲线 如图10 8所示 12 10 1生成曲线 03绘制切除轮廓草图 将投影成功的草图用作扫描路径的投影曲线 对实体零件进行扫描切除 如图10 9所示 13 10 1生成曲线 2 草图到草图使用选项 选择两个相交基准面交叉点的曲线生成代新的投影曲线草图 其操作步骤如下 01新建零件文件 分别以前视基准面 上视基准面作为各绘图平面绘制一条样条曲线 如图10 10所示 14 10 1生成曲线 02单击 曲线 工具栏上的 投影曲线 命令按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 投影曲线 命令 在 投影曲线 对话框中投影类型选择 在 要投影的一些草图 中选择上一步中所绘制的2个草图 同时在图形区域中显示所得到的设影曲线 单击 确定 按钮 完成 草图上草图 投影曲线的生成 如图10 11所示 15 10 1生成曲线 10 1 3组合曲线组合曲线就是指将所绘制的曲线 模型边线或者草图进行组合 使之成为单一的曲线 组合曲线可以作为生成放样或扫描的引导曲线 生成组合曲线的步骤如下 01新建零件文件并创建六棱柱实体 如图10 12所示 16 10 1生成曲线 02分别以六棱柱的不相邻两个面作为绘图平面 绘制2副草图 如图10 13所示 03在弹出的 组合曲线 对话框中 要连接的草图 边线以及曲线 选择上一步中绘制的2副草图及它们之间的交点连成的那条棱边 单击 确定 按钮 完成组合曲线段的生成 如图10 14所示 17 10 1生成曲线 10 1 4通过XYZ点的曲线样条曲线是由一组逼近控制多边形的光滑参数曲线段构成 这些曲线段就是样条曲线段 在数学上 样条曲线是指一条连续 可导而且光滑的曲线 既可以是二维的也可以是三维的 利用三维样条曲线可以生成任何形状的曲线 SolidWorks2015中三维样条曲线的生成方式十分丰富 自定义样条曲线通过已知坐标X Y Z值的点 指定模型中的点作为样条曲线通过的点 利用点坐标文件生成样条曲线 连接已知坐标点的样条曲线常在逆向工程的曲线生成上应用广泛 逆向工程通常是先有实体零部件 通过三维向量床CMM或以激光扫描仪取得点的资料 每个点包含三个数值 分别代表它的空间坐标 X Y Z 然后将这些点连接起来构成曲线段 自定义通过点生成样条曲线 操作如下 18 10 1生成曲线 01单击 曲线 工具栏上的 通过XYZ点的曲线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 通过XYZ点的曲线 命令 02在弹出如图10 15所示的 曲线文件 对话框中 输入自由点空间坐标 同时在图形区域中可以预览生成的样条曲线 19 10 1生成曲线 03当在最后一行的单元格中双击时 系统会自动增加一行 如果要在一行的上面再插入新的一行 只需单击该行 然后单击 插入 按钮即可 04如果要保存曲线文件 单击 保存 或 另存为 按钮 然后指定文件的名称 扩展名为 sldcrv 再确认即可保存到制定文件位置 05单击 确定 按钮 即可按输入的坐标位置生成三维样条曲线 如图10 16所示 除了在 曲线文件 对话框中输入坐标来定义曲线外 SolidWorks还可以将在文本编辑器 Excel等应用程序中生成的坐标文件 后缀名为 sldxrv或 txt 然后将其导入到系统 以此生成样条曲线 坐标文件应该为X Y Z三列清单 并用制表符 Tab 或空格分隔 20 10 1生成曲线 10 1 5通过参考点的曲线SolidWorks还可以指定模型中的点 作为样条曲线通过的点来生成曲线 采用该种方法时 其操作步骤如下所述 01上视基准面作为绘图平面 绘制包含多个点的草图 并关闭草图 如图10 17所示 21 10 1生成曲线 02单击 曲线 工具栏上的 通过参考点的曲线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 通过参考点的曲线 命令 在弹出的 通过参考点的曲线 面板中单击下方区域 然后在图形区域按照要生成曲线的次序来选择通过的模型点 此时模型点在该显示框中显示 同时图形区域中预览出曲线段 如图10 18所示 22 10 1生成曲线 03若有必要将曲线封闭 选择 闭环曲线 复选框 将生成曲线封闭 如图10 19所示 23 10 1生成曲线 10 1 6螺旋线和涡状线螺旋线和涡状线常用作绘制螺纹 弹簧 蚊香和发条等零部件的路径或引导线 用于生成空间的螺旋线或者涡状线的草图有且只有一个圆 该圆的直径将控制螺旋线的直径和涡旋线的起始位置 1 生成螺旋线生成螺旋线的操作步骤如下 01在零件文件中新建一副草图 在草图中只绘制一个圆 标注其直径为控制螺旋线的直径 在此标注其直径为100 如图10 20所示 24 10 1生成曲线 02单击 曲线 工具栏上的 螺旋线 涡状线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 螺旋线 涡状线 命令 在弹出的 螺旋线 涡状线 面板中选择 螺距和圈数 定义方式 并保持选择系统默认的恒定螺距参数 输入螺距为50mm 圈数为2 25 并输入起始角度为0 保持默认的顺时针方向 完成螺旋线的创建 如图10 21所示 25 10 1生成曲线 SolidWorks2015软件不仅在草图中提供了 镜像 命令用作镜像草图图元 在实体中也有 镜像 命令用作镜像实体特征 甚至装配体中也有 镜像 命令用作镜像零部件 4 1 1镜像操作步骤在 特征 工具栏中单击 镜像 命令按钮 弹出 镜像 属性面板 在 镜像 属性面板中选择待复制的特征和镜像点后 单击确认即可完成特征的镜像 如图4 1所示 26 10 1生成曲线 螺旋线定义的3种方式介绍如下 螺距和圈数 指定螺距和圈数 高度和圈数 指定螺旋线的总高度和圈数 高度和螺距 指定螺旋线的总高度和螺距 02若要生成锥度螺纹 勾选复选框 并在下方的 锥形角度 文本框中输入角度值20 若输入超过范围 系统会出现提示框 若要生成锥度外张的螺旋线 则勾选复选框 生成锥度螺旋线 如图10 22所示 27 10 1生成曲线 03若要生成可变螺距螺旋线 在参数选项卡中勾选 并在下方的 区域参数 文本框中输入螺距20 圈数5 螺距70 圈数10和螺距20 圈数15 生成变螺距螺旋线 如图10 23所示 28 10 1生成曲线 2 生成涡状线生成涡状线的操作步骤如下 01在零件文件中新建一副草图 在草图中只绘制一个圆 标注其直径为控制涡状线的直径 在此标注其直径为100 如图10 24所示 29 10 1生成曲线 02单击 曲线 工具栏上的 螺旋线 涡状线 按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲线 螺旋线 涡状线 命令 在弹出的 螺旋线 涡状线 面板中选择 涡状线 定义方式 并输入螺距为50mm 圈数为10 并输入起始角度为0 保持默认的顺时针方向 完成螺旋线的创建 如图10 25所示 30 10 2基本曲面 在SolidWorks中建立曲面 有多种方式对其进行编辑 既可将其延伸到某个已有曲面 与其缝合或延伸到指定的实体表面 也可以输入固定的延伸长度 或者直接拖动红色箭头手柄 实时地将边界拖到新的位置 利用SolidWorks可以对曲面进行修剪 可以用实体修剪 也可以用另一个复杂的曲面进行修剪 此外还可以将两个曲面或一个曲面一个实体进行弯曲操作 SolidWorks可以使用下列方法生成多种类型的曲面 从一组闭环边线插入一个平面 该闭环边线位于草图或者基准面上 由草图拉伸 旋转 扫描或放样生成曲面 从现有的面或曲面等距生成曲面 导入其它软件转换格式的曲面文件 由多个曲面组合而成曲面 曲面实体用来描述相连的零厚度的几何体 如单一曲面 圆角曲面等 一个零件中可以有多个曲面实体 在菜单栏中依次执行 视图 工具栏 曲面 命令 打开SolidWorks 曲面 工具栏中 如图10 26所示 31 10 2基本曲面 10 2 1平面区域平面是一种特殊的曲面 可从通过以下方式生成平面区域 非相交闭合草图 一组闭合边线 多条共有平面分型线1 从一组闭环边线生成一个平面从一组闭环边线生成一个平面操作步骤如下 01单击曲面工具栏中的 平面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 平面 命令 打开 曲面 基准面 对话框 021在打开 曲面 基准面 对话框中 为 边界实体 在零件中选择一组闭合边线 组中所有边线必须位于同一基准面上 如图10 27所示 03若要编辑平面 右键单击平面 然后选择编辑特征 32 10 2基本曲面 2 从草图中生成有边界的平面从草图中生成有边界的平面区域操作步骤如下 01生成一个非相交 单一轮廓的闭环草图 02单击曲面工具栏中的 平面 命令按钮 或依次执行 插入 曲面 平面 命令 打开 曲面 基准面 对话框 03在 曲面 基准面 对话框中 为边界实体在图形区域中选择草图 单击 确定 04欲编辑该平面 请编辑草图 如图10 28所示 33 10 2基本曲面 10 2 2拉伸曲面拉伸曲面的与特征中的实体拉伸相似 不同点在于曲线拉伸操作的草图可以是开环也可以闭环 生成的是曲面是没有厚度的 1 开环草图拉伸曲面开环草图拉伸曲面的操作步骤如下 01绘制拉伸曲面的草图 以前视基准面作为绘图平面 绘制样条曲线 如图10 29所示 34 10 2基本曲面 02单击曲面工具栏中的 拉伸曲面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 拉伸曲面 命令 在弹出的 曲面 拉伸 对话框中选择 两侧对称 方式 并输入深度值为70mm 完成开环草图曲面拉伸 如图10 30所示 35 10 2基本曲面 2 闭环草图拉伸曲面01绘制拉伸曲面的草图 以前视基准面作为绘图平面 绘制正六边形 如图10 31所示 02单击曲面工具栏中的 拉伸曲面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 拉伸曲面 命令 在弹出的 曲面 拉伸 对话框中保持默认的 给定深度 方式 并输入深度值为30mm 完成闭环草图曲面拉伸 如图10 32所示 36 10 2基本曲面 03若要封闭拉伸曲面的底部 勾选 曲面 拉伸 对话框中 生成闭环草图曲面拉伸并封底 如图10 33所示 37 10 2基本曲面 10 2 3旋转曲面旋转曲面的与特征中的旋转操作方法相似 参数也相似 生成旋转曲面操作步骤如下 01绘制旋转曲面的草图 以前视基准面作为绘图平面 绘制正六边形 如图10 34所示 38 10 2基本曲面 02单击曲面工具栏中的 拉伸曲面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 拉伸曲面 命令 在弹出的 曲面 拉伸 对话框中保持默认的 给定深度 方式 并输入深度值为30mm 完成闭环草图曲面拉伸 如图10 35所示 39 10 2基本曲面 10 2 4扫描曲面扫描曲面的方法同扫描特征的生成方法十分类似 也可以通过引导线扫描 在扫描曲面中最重要的一点 就是引导线的端点必须贯穿轮廓图元 生成扫描曲面的操作步骤如下 01绘制曲面扫描轮廓草图 以前视基准面作为绘图平面 绘制椭圆 并标注其长边25mm 短边15mm 然后删掉尺寸 如图10 36所示 40 10 2基本曲面 02绘制曲面扫描路径和引导线草图 以右视基准面作为绘图平面 一条直线段 标注其长度为35mm 添加它的左端点与轮廓草图 穿透 与椭圆边线 重合 的几何关系 如图10 37所示 03绘制曲面扫描路径和引导线草图 以右视基准面作为绘图平面 一条直线段 标注其长度为35mm 添加它的左端点与轮廓草图 穿透 与椭圆边线 重合 的几何关系 如图10 38所示 41 10 2基本曲面 04单击曲面工具栏中的 扫描曲面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 扫描曲面 命令 在弹出的 曲面 扫描 对话框中选择轮廓草图 路径草图和引导线草图 完成曲面扫描 如图10 39所示 42 10 2基本曲面 10 2 5放样曲面放样曲面的造型方法和特征造型中的对应方法相似 放样曲面是通过曲线之间进行过渡而生成曲面的方法 生成放样曲面的操作步骤如下 01选择上视基准面绘制样条曲线草图 建立上视平行的基准面绘制样条曲线草图 并分别以右视 前视基准面为绘图平面 绘制4副草图 如图10 40所示 43 10 2基本曲面 02单击曲面工具栏中的 放样曲面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 放样曲面 命令 在弹出的 曲面 放样 对话框中选择2副轮廓草图 2副路径草图 完成曲面扫描 如图10 41所示 44 10 2基本曲面 10 2 6边界曲面生成放样曲面的操作步骤如下 01拉伸曲面 分别前视基准面和有事基准面作为绘图平面 拉伸出2个相互垂直的曲面 如图10 42所示 45 10 2基本曲面 02单击曲面工具栏中的 边界曲面 命令按钮 或在菜单栏依次执行 插入 曲面 边界曲面 命令 在弹出的 曲面 边界 对话框中选择2个曲面的边界线 完成边界曲面的生成 如图10 43所示 46 10 3高级曲面设计工具 高级曲面设计工具包括圆角曲面 等距曲面 延伸曲面 填充曲面 10 3 1圆角曲面曲面圆角与实体相似 生成曲面圆角操作为 打开待圆角的曲面零件 单击曲面工具栏中的 圆角 命令按钮 在弹出的 圆角 对话框中输入圆角半径值 并在图形区选择待圆角的曲面边线 即可创建曲面圆角 如图10 44所示 47 10 3高级曲面设计工具 10 3 2等距曲面等距曲面的造型方法和特征造型中的对应方法相似 对于已经存在的曲面 不论是模型的轮廓面还是生成的曲面 都可以像等距曲线一样生成等距曲面 如果要生成等距曲面 其操作步骤如下 01单击 曲面 工具栏上的 等距曲面 命令按钮 或在菜单栏中依次执行 插入 曲面 等距曲面 命令 在弹出的 等距曲面 对话框单击图标右侧的显示框 然后在右侧的图形区域选择在等距的模型面或生成的曲面 02在 等距参数 栏中的微调框中指定等距曲面之间的距离 此时在右侧的图形区域中预览出等距曲面效果 04若等距面的方向有必要反向 单击 反向等距 按钮 反转等距方向 然后单击 确定 按钮 完成等距曲面的生成 如图10 45所示 48 10 3高级曲面设计工具 10 3 3延伸曲面延伸曲面是指通过选择面的一条或多条边线沿所选平面方向延伸实体或曲面的边线来生成曲面 延伸曲面在拆模时最常用 通常 延伸曲面有如下4种方法 按照给定的距离值延伸区面 延伸曲面到给定的曲面或模型表面 延伸曲面到给定模型的顶点 通过延伸相切曲线延伸曲面 延伸曲面的操作方法为 单击曲面工具栏中的 边界曲面 命令按钮 在弹出的 延伸曲面 对话框中选择要延伸的曲面 并在中输入延伸的距离 完成延伸曲面的生成 如图10 46所示 49 10 3高级曲面设计工具 10 3 4填充曲面填充特征在现有模型边线 草图 或曲线 包括组合曲线 定义的边界内构成带任何边数的曲面修补 可以用它来建造填充模型中带有缝隙的曲面 填充曲面使用情形 纠正没有正确输入到SolidWorks 有丢失的面 的零件 填充用于型心和型腔造型的零件中的孔 构建用于工业设计应用的曲面 生成实体 包括作为独立实体的特征或合并那些特征 生成填充曲面的方法为 分别在3个系统基准面上绘制草图 单击曲面工具栏中的 填充曲面 命令按钮 在弹出的 填充曲面 对话框中选择构成填充区域的3副草图曲面 完成填充曲面的生成 如图10 47所示 50 10 4编辑曲面工具 曲面是一种可以用来生成实体特征的几何体 可以用很多方式对曲面进行修改 比如可以将曲面延伸到某个己有的曲面 也可以缝合或延伸到指定的实体表面 也可以输入固定的延伸长度 或者直接拖动其红色箭头手柄 实时地将边界拖到新的位置等等 值得一提的是 SolidWorks在对曲面的编辑修改 需要注意保持其相关性 如果其中一个曲面发生改变时 另一个也会同时相应改变 对曲面的控制包括延伸曲面 圆角曲面 缝合曲面 中面 填充曲面 剪裁曲面 移动 复制实体 移动面 删除面 删除孔 替换面等 这里通过介绍一些常用的功能如延伸曲面等 在掌握其基本操作过程后 读者对于其它修改功能也能灵活运用 51 10 4编辑曲面工具 10 4 1剪裁曲面剪裁曲面是指采用布尔运算的方法在一个曲面与另一个曲面 基准面或草图交叉处修剪曲面 或者将曲面与其他曲面联合使用作为相互修剪的工具 剪裁曲面主要有两种方式 第一种是将两个曲面互相剪裁 第二种是以线性图元修剪曲面 剪裁曲面的操作方法为 单击曲面工具栏中的 裁剪曲面 命令按钮 在弹出的 裁剪曲面 对话框中分别选择剪裁工具曲面和保留部分 其它选项保持系统默认 生成曲面剪裁 如图10 48所示 52 10 4编辑曲面工具 10 4 2解除剪裁曲面若要对剪裁曲面进行还原 使用解除裁剪曲面功能可以实现 剪裁曲面的操作方法为 单击曲面工具栏中的 解除裁剪曲面 命令按钮 在弹出的 解除裁剪曲面 对话框中选择被剪裁过的曲面 其它选项保持系统默认 解除曲面剪裁 如图10 49所示 53 10 4编辑曲面工具 10 4 3缝合曲面缝合曲面是将两个或多个面和曲面组合成一个曲面 缝合后的曲面不吸收用于生成他们的曲面 空间曲面经过剪裁 拉伸和圆角等操作后 可以自动缝合 而不需要进行缝合曲面操作 缝合之后就相当于把之前散件焊在一起了 内部也填充满了 成了一个实体 缝合曲面有关的注意事项 曲面的边线必须相邻并且不重叠 曲面不必处于同一基准面上 选择整个曲面实体或选择一个或多个相邻曲面实体 缝合曲面会吸收用于生成它们的曲面实体 在缝合曲面形成一闭合体积或保留为曲面实体时生成一实体 选定合并实体将面与相同的内在几何体进行合并 选定缝隙控制查看缝隙或修改缝合公差 54 10 4编辑曲面工具 缝合曲面最为实用的场合就是在CAM系统中 建立三维侧面铣削刀具路径 由于缝合曲面可以将两个或多个曲面组合成一个 刀具路径容易最佳化 减少多余的提刀动作 要缝合的曲面的边线必须相邻并且不重叠 如果要将多个曲面缝合为一个曲面 执行 曲面缝合 命令 如图10 50所示 55 10 4编辑曲面工具 10 4 4删除面从实体删除面以便生成曲面 或者从曲面实体删除面 使用时可以从曲面实体中删除一个面 并能对实体中听面进行删除和自动修补 删除面有下面3种功能 从曲面实体删除面 从曲面实体或实体中删除一个面并自动对其进行修补 从实体中删除一个或者多个面以便生成曲面 要从 曲面 工具栏上的