AutodeskInventor曲面造型中放样特征的研究

摘  要：Autodesk Inventor软件具有强大的三维造型能力，该软件为设计者提供了一个自由的环境，使得二维设计能够顺畅地转为三维设计环境，其中，曲面造型在工业产品设计行业的地位越来越重要。文章以电吹风的轮廓绘制方法为例，对放样特征在曲面造型中的作用进行了分析和探究，进一步对放样特征进行了说明，减少设计过程中的重复工作，从而有效提高了曲面造型的绘图效率。

关键词：Inventor软件;曲面造型;三维曲线;放样

中图分类号：TP391.9         文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）24-0138-04

Abstract： Autodesk Inventor software has powerful 3D modeling capability， which provides a free environment for designers， so that 2D design can smoothly turn into 3D design environment， among which， curved surface modeling is becoming more and more important in the industrial product design industry. Taking the contour drawing method of hairdryer as an example， this paper analyzes and explores the role of lofting features in curved surface modeling， further explains the lofting features， reduces the repeated work in the design process， and thus effectively improve the drawing efficiency of curved surface modeling.

Keywords： Inventor software; curved surface modeling; 3D curve; lofting

0  引  言

Autodesk Inventor是美国Autodesk公司推出的一款可视化三维实体设计软件，它的功能涵盖了从产品的草图设计、零件设计、零件装配、视图表达、模具设计、工程图设计等全过程，它为设计者提供了一个自由的环境，使得二维设计能够顺畅地转为三维设计环境。Inventor支持自顶向下和自顶向上的设计思想，其建模核心、钣金设计、产品数据管理等功能遥遥领先于同类软件，已经成功应用于机械、电子等行业。该软件近年来也一直是全国职业院校技能大赛工业产品设计与实践的指定软件（注：文中所有引用数值单位均为毫米）。

1  实例阐述

本文以电吹风的轮廓绘制方法为例来对Inventor曲面造型进行分析。电吹风是一个非常经典的案例，绘制过程中通过学习能够全面掌握放样功能和曲面功能，能够加强对曲面造型的认识。绘图前要认真分析图纸，如图1所示，明确它的轮廓是由复杂的曲面表面组成，常规的实体建模是难以将其绘制出来的。

2  电吹风的绘制过程

2.1  绘图流程

根据图纸提供的信息，选择出适合这个图形建模的做法，如图2所示。

具体内容有：

（1）草图。在Inventor中，绘制草图是创建零件的第一步。草图是截面轮廓特征和创建特征所需的几何图元，我们可以在草图中建立各种基本曲线，对曲线建立几何约束和尺寸约束，然后对二维草图进行拉伸，旋转等操作，创建实体与草图关联的实体模型。修改草图时，与之关联的实体模型也会自动更新。

（2）三维曲线。二维草图是基于平面的曲线，只能在平面上绘制;三维草图是空间曲线，可以在空间当中任意绘制。

（3）曲面。曲面是一种泛称，片体和实体的自由表面都可以称为曲面，其中片体是由一个或多个厚度为0的表面组成。使用常规造型技术很难创建形状不断变化的零件，因此，利用曲面造型可以让设计出来的产品在视觉上更具吸引力。

（4）放样。放样是将两个或两个以上具有不同形状或尺寸的截面轮廓均匀过渡，从而形成特征实体或曲面，用户可以选择多个轮廓或轨道来控制曲面，常用于具有复杂形状的零件。

（5）灌注。根据选定的曲面几何图元，从实体模型或曲面特征添加或删除材料，可以选择单独的曲面或工作平面作为灌注操作的边界几何图元。

（6）抽壳。抽壳特征是指从零件的内部去除材料，创建一个具有指定厚度的空腔零件，属于参数化特征，常用于模具和铸造方面的造型。

2.2  绘图步骤

繪图步骤具体内容有：

（1）绘制风筒二维草图。新建零件文件，分析风筒零件图纸，如图3所示，它是从不同方位进行构图。首先绘制截面，选取前视面XY面为草图平面，绘制60×45的椭圆截面，接着以XY面为基准面向后平移120创建新的工作平面，并绘制直径为80的圆截面;其次，选取右视面YZ面为草图平面，绘制风筒上下轨道;最后选取上视面XZ面为草图平面，绘制风筒左右轨道。图形中共有四条和截面轮廓相接的轨道，又可称为引导线，这四条线两两在一个平面上，交接于同一个连接点，绘图时每一条轨道必须单独在一个草图里，这是放样特征中轨道的基本条件。

（2）绘制风筒实体。选择图中两个截面和轨道连接点放样实体，放样时有时会出现选不到点的情况，此时我们可以右键调出快捷菜单，选择其他选项，就可以在列表中找到需要的点。放样前要先保存图形，放样中可能会出现软件崩溃的情况，放样过程中，选择截面时一定要按顺序从前往后或从后向前依次选择，否则将无法实现放样特征。

（3）绘制出风口草图。分析出风口两个截面轮廓，第一个截面是风筒椭圆截面，第二个截面从前视图面XY面看是一个22×58的椭圆;从右视图面YZ面看是一条端点不垂直长度为58的圆弧，如图4所示。直接使用二维草图是无法绘制出这样不同平面呈现不同图形的曲线的，那么，就要使用Inventor中三维草图将两个相交的二维图元创建成三维曲线，类似于两个曲面通过拉伸后在空间中相交部分的边缘。首先，YZ面58的圆弧只能画出上下轨道后才能确定出具体位置，两个轨道及圆弧必须在三个草图中，其次，在XY面投影出轨道及风筒图元位置，利用约束条件绘制出22×58的椭圆。再次，创建三维草图，将两个二维图元执行相交曲线命令，得出图5中三维曲线1。最后，退出三维草图环境。

（4）绘制出风口曲面。选择三维曲线1和风筒截面依照上下两条轨道，放样曲面，如图5所示。

（5）绘制出风口实体。把58的圆弧草图可见性打开，使用拉伸曲面特征，用拉出的曲面封闭住出风口，再进行灌注，完成风口实体绘制。

（6）绘制手柄曲面。以XZ面为基准面向下平移52、56、52新建三个工作面，分别在三个工作面上根据图3绘制出轮廓A、轮廓B、轮廓C、轮廓D的截面图形。其中，轮廓A是二维图形直径52的圆投影到风筒底部所形成的三维曲线，画法是将圆绘制于离风筒实体最近的工作平面上，新建三维草图，单击投影到曲面命令，该命令的作用是将二维图元投影到一个或多个曲面上，以创建相互关联的曲线。通过此命令，选择圆和风筒底部表面，则可绘出轮廓A。这时，要注意的是当无引导线时，直接放样，两个曲线之间是由直线连接，但图例中轮廓A和B之间是由圆弧连接，因此，就要设置条件参数，把轮廓B设置为方向条件，角度默认为90度，完成后，放样生成的曲面线条与工作面成90度，呈现出比较平滑的外形。

其对比如图6所示，从放样预览即可分辨出是否设置了选择条件。由于图例中还要求轮廓B与上下面都相切，所以轮廓B和D之间的放样除了要把最下方的轮廓D设置为方向条件外还要把它的条件参数设置为相切，放样出的曲面才和效果图中一致，如图7所示。

（7）完成电吹风外轮廓绘制。选择全部手柄曲面和手柄底部工作面，点击灌注特征后手柄生成的实体直接和风筒、出风口结合为一个外轮廓实体。接着，选择手柄底部为倒圆角对象，半径值为5。最后，绘制出滑动键槽后，通过抽壳，将出风口设置为开口面，壁厚1.6完成电吹风外轮廓绘制。

电吹风外轮廓模型绘制完成后利用Inventor自带的模块渲染后，就可呈现如图1所示效果。

3  放样特征设置

电吹风轮廓的绘制应用了放样特征中实体放样和曲面放样，不难看出，大部分曲面造型都离不开它，放样特征的可控性为创建更为复杂的曲面提供了可行性但其知识面相对更加复杂，我们通过下文来更进一步了解放样。

3.1  截面轮廓

截面轮廓可以是草图中的曲线、模型边、点或面回路。从放样的概念中可以发现，截面轮廓的创建是放样特征的基础也是关键要素。放样时可选择实体和曲面，什么时候放样实体，什么时候放样曲面和截面也是息息相关。若截面形状是三维曲线，可以是封闭或不封闭的曲线，且在图形中没有任何实体存在的情况下，只能生成曲面特征。若截面形状是封闭的曲线，或是零件面的闭合面回路，则可生成实体特征或曲面特征。

3.2  放样类型

根据添加的轨道和中心线控制等约束条件不同，可將放样分为四种类型：一般放样、轨道放样、中心线放样和面积放样。具体内容有：

（1）一般放样：指只使用多个截面轮廓进行放样。

（2）轨道放样：对选择的多个截面轮廓施加单个或多个轨道控制。轨道是在截面之上或之外终止的二维或三维直线、圆弧、样条曲线，它的作用是加强对放样形状的控制。轨道必须与每个截面相交，必须连续相切是平滑的，不能在起始截面和终止截面内结束。若放样图元中有多条轨道，则每条轨道必须单独在一个草图中。

（3）中心线放样：让选择的多个截面轮廓按某条中心线变化，这样能使选定的放样截面之间相交的区域过渡更平滑。

（4）面积放样是对放样过程中的指定截面的面积进行控制，可以设计比较复杂的液体管道系统。

3.3  闭合回路

此选项为可选项，用于连接放样的第一个和最后一个截面以构成封闭回路。

3.4  合并相切面

此选项为可选项，用于自动缝合相切放样面，这样，特征的切面之间将不创建边。

3.5  选择条件

此选项用来指定截面轮廓的边界条件，以控制放样体末端的形状。放样有以下三种边界条件：

（1）无条件：对图形末端形状不应用任何边界条件。

（2）方向条件：用以指定相对于截面或轨道平面测量的角度，仅当曲线是二维草图时可用。

（3）相切条件：用以创建与相邻面相切的放样，当截面或轨道与曲面或实体相邻，或选择面回路时可用，不适应于草图轮廓。

当选择方向条件和相切条件时，需要指定角度和权值。角度：表示截面或轨道平面与放样创建的面之间的过渡段包角。90°的默认值可提供垂直过渡。180°的值可提供平面过渡。范围从0到180°。

（4）权值：一种用于控制放样外观的无量纲系数。确定截面形状在过渡到下一个形状前延伸的距离。

3.6  过渡

过渡是定义一个截面的各段如何映射到其前后截面中，包含点集、映射位置三个设置。

4  结  论

曲面造型是现代计算机辅助产品设计中的重要环节。Autodesk Inventor软件提供的放样功能有效提高了曲面建模的效率和质量。文章以电吹风的轮廓为例，对放样特征进行了探究，对其它案例的曲面造型有借鉴意义。

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作者简介：赵珊（1984—），女，哈尼族，云南普洱人，讲师，本科，研究方向：计算机及应用。