基于Siemens NX 的曲面图样及其加工应用

2014-12-02谢国明

机械工程师 2014年8期

谢国明

（深圳职业技术学院机电工程学院，广东深圳 518055）

0 引言

在机械零件的曲面上加工阳纹或阴纹的文字、标记、图案等图样时，首先需要在零件的三维模型表面上建立图样的几何特征。零件的三维建模过程中，在平面上作图没有难度；但是，在曲面上作图中，使其符合曲面的形状。保持正常的视觉效果，则是一个需要研究的符合生产实际需求的技术问题。本文从实际应用出发，分析基于NX的“等弧长投影曲线”功能的原理，探讨其在曲面上创建图样的原理，为在复杂曲面上加工复杂图样提供具有参考价值的三维建模方法。

1 等弧长投影曲线创建曲面图样的原理

直接在复杂曲面上绘制符合视觉需要的曲线图样是困难的，因此需要先绘制平面图样，然后将其投射在曲面上。投射的方式有许多种，一般的投射方式在非解析曲面上无法生成符合正常视觉效果的图样，而Siemens NX 的“等弧长投影”功能（Equal Arclength）可以有效地解决这个问题。

我们通过图1 表现Siemens NX 的等弧长投影原理。首先Siemens NX 在平面图样所在的平面内由用户建立一个笛卡儿坐标系，Z 轴指向将要投射到的目标曲面，或者说Z 轴方向就是投射方向。三维设计软件所建立的曲面都是由相互交叉的两组参数曲线所定义，反过来说，凡是曲面必然具有相互交叉的两组参数曲线，目标曲面上相互交叉的参数曲线分别定义为U 和V 方向的曲线，这可以看作是一个位于曲面上的“曲面坐标系”，为了便于描述，笔者称之为“UV 坐标系”，U 和V 是其“坐标轴”。为了便于控制投射后的图样方位，平面内的笛卡尔坐标系的X 和Y 轴的方向分别与目标曲面的U 和V“坐标轴”方向一致，NX 认定笛卡尔坐标系的Z 轴与被投射曲面的交点是“UV 坐标系”的原点，从这个原点出发沿着曲面的U 和V 参数曲线形成曲面的“UV 坐标系”。由此可见“UV坐标系”的U轴和V 轴其实是曲面上的参数曲线，而非直线，坐标面不是平面而是投射目标曲面本身，因此可理解为一种“曲面坐标系”，至于图1 中用箭头表示的U 轴和V 轴只是代表U 轴和V 轴的正方向。按照XY 坐标与“UV 坐标”对应的关系，NX 将笛卡尔坐标内的平面图样的线性坐标值以弧长相等的原则投射成曲面上“UV 坐标系”的弧长值，平面图样上某点的线性坐标值转化成了“UV 坐标系”的弧长，这样才能保证平面上的图样在投射到曲面上之后其尺寸和比例保持不变。例如平面内的直线，投射到曲面后是一条曲线，但是二者的长度相等，这就像将平面图样“转印”到了曲面上。可见，即使是复杂的非解析曲面，Siemens NX 的“等弧长投影曲线”功能也可以确保平面图样投射到曲面后保持理想的视觉效果，不会发生畸变。

图1

2 等弧长投影功能的应用

使用Siemens NX 的“等弧长投影曲线”功能能够将图2 的ABC 三个平面曲线字母“转印”在图2 下方的球体模型表面上，获得视觉效果良好的曲面图样，如同平面地图和地球仪上的地图之间的关系一样精确。

具体操作方法是合理放置ABC 字母和球面模型的相对空间方位，然后安排平面图样上的笛卡尔坐标系的方位，笛卡尔坐标系的Z 轴指向旋转体表面。由这些条件，系统自动确定X-Y 坐标和“U-V 坐标轴”，系统按照X 坐标对应U 坐标，Y 坐标对应V 坐标，以及坐标值以弧长相等的原则投射后获得图3所示曲面图样。