基于UG的复杂曲面建模方法探索

2018-12-22刘婧

电脑知识与技术 2018年32期

刘婧

摘要：UG建模广泛应用于模具设计中，通过曲线网格可以创建复杂曲面，掌握其创建技巧可以大大提高设计效率。该文通过水壶曲面创建的实例介绍网格曲面的创建技巧。

关键词：UG曲面建模；曲线网格

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）32-0243-02

随着生活节奏的不断加快，人们对产品的安全性和便捷性要求越来越高，随之模具中尖角也要求越来越少。模具设计常用的三维软件主要有UG、SOLIDWORKS、Pro/ENGINEER（PRO/E）、CATIA。而UG作为常用的三维设计软件之一，其在曲面造型方面有很大优势：在设计建模过程中，三维模型可以清晰直观地呈现在设计人员面前，发现问题可以随时更改模型，重新设计，极大地提高了设计效率；操作简单快捷；曲面创建方法多样化。这些优势给设计人员带来了极大的便利，因此UG软件在工业生产中应用非常广泛。

UG中创建曲面的方法有很多：拉伸、回转、扫掠、网格曲面等。而“网格曲面”中的“通过曲线网格”工具是利用两组近似正交的线串创建片体或实体。这种创建曲面的方法定义了两个方向的控制曲线，可以在很小范围内控制曲面形状的变化，因此常用于复杂曲面的创建。这两个方向的线串分别是“主线串”和“交叉线串”，其中同一方向的截面线串称为主线串，另一方向的线串称为交叉线串。这两组线串可以运用草图中的曲线功能或建模界面的空间曲线来绘制。然后通过UG软件中的“通过曲线网格”功能利用U、V参数方程创建曲面。参数方程含有U、V两个参数变量，相应地曲面也用U、V两个方向来表达。通常曲面的引导现方向是U方向，曲面的截面方向是V方向。下面以水壶壶身曲面设计为例，详细的讲解如何运用“通过曲线网格”功能创建复杂曲面。灵活运用该方法可以极大地提高曲面造型的设计效率。

1 主曲线的创建

主曲线指截面方向的曲线。利用基本曲线功能，绘制主曲线。选择菜单栏[插入]下拉菜单中的 [曲线]下的[圆弧/圆]，在弹出的对话框中[类型]选择[从中心开始的圆弧/圆]，[中心点]选择坐标原点，[通过点]选择[半径]控制，[大小]中输入半径[76]，[支持平面]选择[ZC平面]，勾选[整圆]，单击确定创建圆1，如图1所示。采用同样的构建方法构建圆心为（0，0，100）半径为100的圆、圆心为（0，0，200）半径为80的圆、圆心为（0，0，300）半径为90的圆和圆心为（106，0，100）半径为16的圆。利用基本曲线中的倒圆角命令，给半径90的圆与半径16的圆之间倒圆角，圆角半径为R15，如图2所示。利用编辑曲线功能中的修剪命令，将上图中不需要的线段修剪掉。利用编辑曲线中的分割命令，将直径32的圆弧等分成2段，完成主曲线的创建如图3所示。也可以选用草图中的曲线功能创建主曲线：先创建与XC-YC平面距离为0、100、200、300的辅助基准平面；然后在XC-YC-0面创建草图（圆心为（0，0）半径为76的圆），在XC-YC-100面创建草图（圆心为（0，0）半径为100的圆），在XC-YC-200面创建草图（圆心为（0，0）半径为80的圆），在XC-YC-0面创建草图（圆心为（0，0）半径为90的圆，圆心在X轴上半径为16的与半径为90的圆相外切的圆，给这两个圆做R15的圆角），修剪多余线段。

2 交叉曲线的创建

交叉曲线指的是引导线方向的曲线。用艺术样条命令绘制交叉曲线。艺术样条命令可以用交互方式创建关联的或者非关联的样条曲线。通常情况下，构造自由形状的边界曲线应尽可能简单，选用曲线阶数小于等于3；当需要曲率连续时考虑使用5阶曲线，尽可能避免使用高阶自由形状特征。

选择菜单栏[插入]下拉菜单中的 [曲线]下的[艺术样条]，弹出对话框后阶次选择5，选中捕捉器中的中点和象限点，选择半径为16的圆弧的中点和半径80、半径100、半径76的圆上的象限点绘制一条交叉曲线，如图4所示。选择半径90、半径80、半径100、半径76的圆上的象限点绘制另一条交叉曲线，如图5所示。

3 曲面的创建

利用“网格曲面”中的“通过曲线网格”功能创建水壶曲面片体。

主曲线为环状封闭曲线时，重复选择第一条交叉曲线作为最后一条交叉曲线会形成封闭实体，因此需要把“建模”的“体类型”改为片体。选择[首选项]将[建模首选项]对话框中的体类型设置成[图纸页]，防止由于闭合的主曲线生成实体模型，然后选用“通过曲线网格”功能创建曲面片体。

选取菜单栏[插入]下拉菜单中的[网格曲面]下的[通过曲线网络]命令，弹出“通过曲线网络”对话框。操作步骤如下：

选择主曲线（如图6所示）：选择水平方向的曲线1；点击 “添加新集”，单击水平方向曲线2，通过“反向”按钮选择与曲线1一致走向方向；点击 “添加新集”，单击水平方向曲线3，通过“反向”按钮选择与曲线1一致走向方向；点击 “添加新集”，单击水平方向曲线4，通过“反向”按钮选择与曲线1一致走向方向完成主曲線选择。注意选择过程中还需要保证主曲线的原点方向一致。如需对曲线更改可以打开“添加新集”下方的列表选中需要曲线做更改。

选择交叉曲线（如图7所示）：点击“交叉曲线”下的“选择曲线”，依次选取如图4中竖直方向的曲线1；点击 “添加新集”，单击竖直方向曲线2，通过“反向”按钮选择与曲线1一致走向方向；点击 “添加新集”，单击竖直方向曲线3，通过“反向”按钮选择与曲线1一致走向方向（曲线3和曲线1为同一曲线）。注意选择过程中在选择第一条交叉曲线时，必须要对应主曲线的第一条，且交叉曲线原点方向要一致。如需对曲线更改可以打开“添加新集”下方的列表选中需要曲线做更改。

其余参数默认。点击确定按钮生成如图8所示曲面。在使用“通过曲线网络”命令时，一定要注意主曲线、交叉曲线的方向，防止曲面扭曲。

4 结论

在UG软件中利用“通过曲线网格”功能实现了复杂曲面的创建，具体讲解了创建过程中的注意事项：

1）包含两个线串集：主线串和交叉线串。

2）每个集中的线串必须互相大致平行，并且不相交；主线串大致垂直于交叉线串。

3）每个线串集中的曲线必须通过添加新集逐一添加；

4）每个线串集中的曲线走向需保持一致且要保证主线串中曲线原点方向一致；

5）线串的添加顺序需按某一方向逐一添加（顺时针、逆时针或者从上到下、从下到上）。

参考文献：

[1] 应华.基于UG 软件实现产品三维建模的方法[J].山东科技大学学报（自然科学版），2002（4）：79-80.

[2] 王乐文.UG的参数化建模方法[J].中小企业管理与科技，2016（4）：207.

[3] 朱定见.项目教学法在UG 课程教学中的实践[J].科技资讯，2013（17）：179.