masterCAM-曲面与曲线的构建.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Mastercam,应用教程,2005.5,河南机电高等专科学校,机电教研室,主 讲 聂 广 华,数控机床自动编程,mastercam,系统及应用,第5讲,曲面与曲线的构建,5.1 三维造型概述,5.2 设置构图面、视角及构图深度,5.3 线架模型,5.4 构建举升曲面和直纹曲面,5.5 构建昆氏曲面,5.6 构建旋转曲面,5.7 构建扫描曲面,5.8 构建牵引曲面,5.1 三维造型概述,Mastercom,9,中的三维造型可以分为线架造型、曲面造型以及实体造型三种，这三种造型生成的模型从不同角度来描述一个物体。它们各有侧重，各具特色。,图,a,为线架模型，图,b,为曲面模型，图,c,为实体模型。,a)b)c),三维造型示例,5.2 设置构图面、视角及构图深度,进行三维造型时，需要对,Cplane,（,构图面）、,Gview,（,视角）及“,Z,”（,构图深度）进行设置后，才能准确地绘制和观察三维图形，这三个选项均可在辅助菜单中选择,。,5.2.1,设置构图面,5.2.2,设置视角,5.2.3,设置构图深度,5.2.1,设置构图面,1.3,D,三维空间构图,在子菜单中选择该选项或在工具栏中单击按钮，可以将构图面设置为三维构图面，可以在三维空间内绘制图形，并允许在三维空间创建实体。这时选取点，可以同时确定该点的,X,、,Y,、,Z,坐标值。,2.,Top,俯（顶）视构图平面,在子菜单中选择该选项或在工具栏中单击按钮，可以将构图面设置为俯视平面图。这时选取点时，仅能确定该点的,X,、,Y,坐标值，,Z,坐标为设置后的构图深度值。,3.,Front,前视构图平面,在子菜单中选择该选项或在工具栏中单击按钮，可以将构图面设置为前视平面。这时选取点时，仅能确定该点的,X,、,Z,坐标值，,Y,坐标为设置的构图深度值。,4.,Side,右（侧）视构图平面,在子菜单中选择或在工具栏中单击按钮，可以将构图面设置为右视平面。这时选取点，仅能确定该点的,Y,、,Z,坐标值，,X,坐标为设置的构图深度值。,5.,Number,构图面号码,选择该选项，可以在提示区输入定义平面的编号，系统将该编号对应的构图面作为当前构图面，其中,1,8,是系统默认的构图面号码：,1,Top,（,俯视平面）；,2,Front,（,前视平面）；,3,Back,（,后视平面）；,4,Bottom,（,仰视平面）；,5,Right Side,（,右视平面）；,6,Left Side,（,左视平面）；,7,Isometric,（,等轴测平面）；,8,Axonometric,（,轴测平面），当设置了,8,号以外的构图时，系统会自动地顺序分配一个对应的数字。,“构图面号码”输入框,6.,Named,构图面名称,选择该选项，系统将打开“,View Manager,”（,查看）对话框。“查看”对话框在“,View list,”,列表框中列出了当前对象的所有构图面编号和名称，直接选取构图面的编号或名称，单击“,OK,”,按钮，即可将该构图面置为当前构图面。,7.,Entity,选取对象定面,选择该选项，可以通过绘图区已存在的几何对象来设置新的构图面。可以选择实体的一个面或几个面的几何对象来定义构图面，也可以选取相交（或延伸相交）的两条直线或,3,个点来定义构图面。,5.2.2,设置视角,1.自动旋转,在选择辅助菜单中的,Gview,选项后，按下键盘上的,End,键，绘图区中的几何图形和三维坐标轴将自动转动，直至按下,Esc,键，转动才会停止，系统将此时的视角设置为当前视角。,2.,Top,俯视图,在子菜单中选择该选项或单击工具栏中的按钮，系统将当前视角设置为俯视图。,3.,Front,前视图,在子菜单中选择该选项或单击工具栏中的按钮，系统将当前视角设置为前视图。,4.,Side,侧视图,在子菜单中选择该选项或单击工具栏中的按钮，系统将当前视角设置为侧视图。,5.,Isometric,等角视图,在子菜单中选择该选项或单击工具栏中的按钮，系统将当前视角设置为等角视图。,6.,Dynamic,动态视角,在子菜单中选择该选项或单击工具栏中的按钮，可以动态改变当前视角。操作步骤如下：,(1),从辅助菜单中选取,Gview,Dynamic,（,视角动态）命令。,(2),主菜单区显示“点输入”菜单，输入要旋转的图形中心点。,(3),采取下列方法之一，动态视角有四种方法来观察图形：,分别键入,Z,、,P,、,D,后，移动鼠标，图形将缩小、平移、自由旋转。,(4),当得到需要的视角后，单击鼠标左键，图形将静止不动。,7.,Mouse,鼠标,该选项的功能与,Dynamic,选项功能相同。所不同的是选,Dynamic,选项时，在动态改变视角的过程中，图形也动态改变其显示；而选,Mouse,选项时，在动态改变视角的过程中，只是一个三维坐标轴随视角变化而改变其显示。,8.=,Cplane,等于构图面,选择该选项，系统将当前构图平面设置为当前的视角。,5.2.3,设置构图深度,选择辅助菜单中的“,Z,”,选项，可用来改变当前的构图深度。单击辅助菜单“,Z,”,选项后，提示栏显示“,Select point for new construction depth,”（,选取一个点设置新的构图深度）。这时在主菜单区显示出“,Point Entry,”（,点输入）菜单，在绘图区选取一点，系统利用该点来定义当前的构图深度，即当前的构图面为平行于原构图面且通过该点的平面。,选择辅助菜单中的“,Z,”,选项后，也可以使用键盘直接输入数值来定义构图深度，这时当前构图面与过原点的构图面的距离为输入值。,5.3 线架模型,通常构建曲面时，先要绘制线架模型，线架模型是构建曲面模型的基础。下面将通过几个练习说明线架模型的绘制方法：,练习一：绘制如图,a,所示的线架模型图，图,b,为此线架模型构建的举升曲面。,b),线架模型练习一,操作步骤如下：,(1),绘制矩形，在主菜单中选取,File,New,（,文件新文件）命令。其设置如下：,Gview,（,视角）：,Top,（,俯视图）；,Cplane,（,构面图）自动设置为,Top,（,俯视图）；构图深度,Z,：,0,。,(2),在主菜单中选择,Create,Rectangle,1Point,（,绘图矩形一点法）命令。然后键盘输入：,Width,（,矩形宽度）：,80,；,Height,（,矩形高度）：,66,；选取矩形中心点：,0,0,。,(3),绘制三个圆。在主菜单区依次选择,Create,are,Circ pt+,dia,（,绘图圆弧中心直径圆）命令。,绘制圆,C1,：,深度,Z,为,25,；圆心为,0,0,；直径为,60,。,绘制圆,C2,：,深度,Z,为,15,；圆心为,0,0,；直径为,40,。,绘制圆,C3,：,深度,Z,为,40,；圆心为,0,0,；直径为,30,。,(4),系统绘制出图形。,练习二：绘制如图,a,所示的线架模型图，图,b,为此线架模型构建的曲面模型。,a)b),线架模型练习二,(1),绘制两矩形，在主菜单中选取,File,New,（,文件新文件）命令，其设置：视角为俯视图；构图面为俯视图；构图深度“,Z,”,为,25,。,(2),在主菜单中选取,Create,Rectangle,1Point,（,绘图矩形一点法）命令。打开“矩形一点法”对话框，设置如下：,绘制矩形,P1,：,矩形中心点为,0,0,；,Width,（,宽度）为,100,；,Height,（,高度）为,150,。,绘制矩形,P2,：,构图深度为,-25,；矩形中心点为,0,0,；宽度为,100,；高度为,150,。,(3),绘制四棱柱。设置,Plane,（,构图面）为,3,D,（,三维构图平面），在主菜单中选择,Create,Line,Endpoints,（,绘图直线端点）命令，捕捉绘图区中的,P1,，,P2,点，连接这两个端点，使用同样方法连接其他对应端点。,(4),绘制左侧面小圆弧。设置,Cplane,（,构图面）为,Side,（,侧视图）。选择构图深度“,Z,”,选项，然后单击,P4,点，构图深度“,Z,”,应为,-50,。将构图平面设置在与当前构图平面平行，且通过,P1,点的平面上。在主菜单中选取,Create,Arc,Endpoints,（,绘图圆弧端点）命令，然后单击,P3,和,P4,点（其中,P3,是,P2P4,线段的中点），并输入半径,65,，选取所需要的圆弧。用同样方法绘制出,P2P3,段圆弧。,(5),绘制右侧面大圆弧。单击构图深度“,Z,”,选项，然后单击,P5,点，此时构图深度“,Z,”,为,50,，在主菜单中选取,Create,Arc,Endpoint,命令，分别捕捉绘图区中,P5,，,P6,点，并输入半径,130,，选取所需要的圆弧部分。,(6),绘制前面圆弧。改变构图平面，将,Cplane,（,构图平面）设置为,Front,（,前视图）选择构图深度“,Z,”，,单击,P7,点（直线,P1P6,的中点），“,Z,”,值显示为,75,。在主菜单中选取,Create,Line,Endpoints,命令，绘制出直线,P7P8,。,然后在主菜单中选取,Create,Arc,Endpoint,命令。单击,P2,和,P9,点（其中,P9,是直线,P7P8,的中点），并输入半径,50,，选取所需要的圆弧。,(7),同样方法绘制,P9,、,P6,段圆弧。,(8),删除图中的辅助线。,练习三：绘制图,b,中牵引曲面的线架模型，如图,a,所示。,线架模型练习四,操作步骤如下：,(1),设置：视角为侧视图、构图面自动设置为侧视图。,(2),在主菜单中选取,Create,Line,Polar,（,绘图直线极坐标）命令。选择原点为直线的一个端点，角度为,10,，长度为,50,，系统绘制出直线,L1,。,(3),选取直线,L1,端点,P1,为端点，指定角度为,75,，长度为,50,，系统绘制出直线,L2,。,(4),选取直线,L2,端点,P2,为端点，指定角度为,15,，长度为,50,，系统绘制出直线,L3,。,按,Esc,键返回“,Line,”,子菜单。,(5),在主菜单中选取,Modify,Fillet,（,修整倒圆角）命令，半径值设置为,10,。,(6),分别选取直线,L1,和,L2,，,L2,和,L3,后，绘出倒圆角。,练习四：绘制图,b,中扫描曲面的线架模型，如图,a,所示。,a)b),线架模型练习四,曲面基本概念,曲面：在空间凹凸不平的面，也可指不规则形状的（平）面,1,、曲面的边界轮廓,我们将每一个曲面都视为由4个边界轮廓所围成，但每一个边界包含许多段，也可以只是一个点.,2,、缀面,曲面是由许多缀面构成，比如足球是一个球面，但同时又是由很多小皮缝合起来的，这些小碎皮就是,“缀面”,Patch。,缀面是构建曲面的基本单元，换个角度看，缀面本身也是曲面。问：五边形的四个边界轮廓怎么分？,3、,缀面线素的定义,标准的四条边的轮廓，,Along,：,沿着（轨迹线）,Across,：,穿越（截面线）,对应切削加工，可以理解成发生线：,Along,导线进给方向,Across,母线切削方向,Along,Across,4、,曲面公差,由线框模型（边界轮廓）获得曲面的过程，中间包含了数学处理的拟合过程，拟合的结果是会存在误差的，只要在合理的范围，此误差不影响产品质量，这个范围就是曲面公差,公差越小，精度越高，但同时数据量就越大，计算花费的时间越多,主要包含3大类构造方式：,几何图形曲面：牵引、旋转、扫描,自由曲面：昆氏、举升、直纹,编辑、补正曲面：倒圆、融接、修整延伸等,曲面属性(三种)：,Nurbs,Parametric Curve-generated,曲面的主要构造方式,5.4 构建举升曲面和直纹曲面,举升曲面是通过提供一组横段面曲线作为线型框架，然后沿纵向利用参数化最小光滑溶接方式形成的一个平滑曲面。举升曲面至少需要多于两个截面外形才能显示出它的特殊效果，如果外形数为,2,，则得到的举升曲面和直纹曲面是一样的。当外形数目超过,2,时则产生一个“抛物式”的顺接曲面，而直纹曲面则产生一个“线性式”的顺接曲面，因此举升曲面比直纹曲面更加光滑。,5.4.1,构建举升曲面,在主菜单中选取,Create,Surface,Loft,（,绘图曲面举升曲面）命令，可以构建举升曲面。主菜单区显示“,Loft,”,子菜单。,a)b),举升曲面的线架模型,5.4.2,构建直纹曲面,在主菜单中选取,Create,Surface,Ruled,（,绘图曲面直纹曲面）命令，可以构建直纹曲面。,构建直纹曲面的方法与构建举升曲面的方法相似，两个操作的不同之处是系统在熔接外形时所采用的方式不同。,在构建直纹曲面或举升曲面时均应注意：,(1),所有曲线串连的起始点都应对齐，否则生成扭曲曲面。,(2),曲线串连的方向应相同，否则也生成扭曲曲面。,(3),串连的选取次序不同，形成的曲面也不相同。,5.5 构建昆氏曲面,在主菜单中选取,Create,Surface,Coons,（,绘图曲面昆氏曲面）命令，可以构建昆氏曲面。,昆氏曲面是由一些曲面片按照边界条件平滑连接而构建的不规则的曲面，曲面片是由四条封闭的曲线构成。,选取昆氏曲面片的边界曲线串连有两种方法：自动串连和手动串连。,5.5.1,自动串连,构建昆氏曲面操作步骤如下：,(1),在主菜单中选取,Create,Surface,Coons,（,绘图曲面昆氏曲面）命令。,(2),系统打开“,Coons,”,对话框。单击“,Yes,”,按钮。,(3),根据系统提示分别选取左上角,P1,、,P2,点和右下角,P3,点，如图,a,所示。系统在主菜单显示“,Coons,”,子菜单。,(4),设置各参数后，选择“,Do it,”,选项，系统绘制出如图,b,所示的昆氏曲面,。,线架模型,昆氏曲面绘制示例,5.5.2,手动串联,Number of Patches in the along direction,（,切削方向的缀面数）：截面外形数-1=2,Number of Patches in the across direction,（,截面方向的缀面数）：切削外形数-1=2,Number of Patches in the along direction,（,切削方向的缀面数）：截面外形数-1=1,Number of Patches in the across direction,（,截面方向的缀面数）：切削外形数=8,构建昆氏曲面的操作步骤如下：。,(1),在主菜单中选取,Create,Surface,Coons,（,绘图曲面昆氏曲面）命令。,(2),系统打开“,Coons,”,对话框，单击“,NO,”,按钮。,(3),设置曲面片数，如图所示：,Number of Patches in the along direction,（,切削方向的缀面数）：,Number of Patches in the across direction,（,截面方向的缀面数）：,(4),系统提示选取边界串连，选择,Single,（,单体）串连方式，依次选取曲面片边界。,(5),主菜单中显示“,Coons,”,子菜单，设置如下：,Tolerance,（,允许误差）：,0.01,或默认值。,Type,（,曲面类型）：,N,（,NURBS,曲面）。,Blending,（,熔接方式）：,L,（,线性熔接）。,选择“,Do it,”,选项后，系统绘制出昆氏曲面。,5.6 构建旋转曲面,旋转曲面是根据一条母线围绕轴线旋转而成的曲面。操作步骤如下：,步骤一：,绘制线架模型。,(1)在主菜单中选取,FileNew（,文件新文件）命令。,(2)设置视角和构图面均为俯视图。,(3)在主菜单中选取,CreateLineVertical,命令，绘制一条垂直轴线。如图,a,所示。,(4)在主菜单中选取,Create,Spline,Manual,命令。任意单击,P1、P2、P3、P4、P5,点，绘制线架模型如图,a,所示。,步骤二：,绘制旋转曲面。,(1),在主菜单中选取,Create,Surface,Revolve,（,绘图曲面旋转曲面）命令。,(2),系统提示“,Select the profile entities1,”，,选取样条曲线下方点,P1,，,如图,b,所示，单击,Done,选项。,(3),系统提示“,Select the axis of rotation,”，,选择旋转轴下端，单击,Do it,选项。,a)b)c),旋转曲面绘制示例,步骤三：,设置,Revolve,参数，绘制旋转曲面。在主菜单显示子菜单。,设置参数后，单击“,Do it,”,选项。系统完成旋转曲面如图,c,所示。,旋转曲面的等角视图,5.7 构建扫描曲面,扫描曲面是将物体的截面曲线沿着一条或两条引导曲线平移而形成的曲面。,Mastercam,提供了三种绘制扫描曲面形式。第一种为一个截面外形，沿着一条引导曲线移动的扫描曲面；第二种为一个截面外形沿着二条引导曲线移动的扫描曲面；第三种为两个截面外形沿着一条引导曲线移动的扫描曲面（如下图）。,a)b)c),构建扫描曲面操作步骤如下：,(1),在主菜单中选取,Create,Surface,Sweep,（,绘图曲面扫描曲面）命令。,(2),选择,Single,（,单体）选项，选取圆弧后，选择“,Done,”,选项。,(3),选择,Chain,（,串连）选项，选取直线后，选择“,Done,”,选项。,(4),设置参数后，选择“,Do it,”,选项，系统完成扫描曲面，如右图所示。,5.8 构建牵引曲面,牵引曲面是将一条外形线沿着一条直线和一个角度构建出一个曲面，或者认为是将外形线垂直拉出一个高度，再输入高度值和角度来定义曲面，此类曲面常用于有斜度的零件。构建牵引曲面操作步骤如下：,(1)在主菜单中选,CreateSurfaceDraft（,绘图曲面牵引曲面）命令。,(2)根据提示：选取曲线串连，串连方向如图,a,所示，单击“,Done”,选项，图中一个带尾线的箭头表示默认的牵引方向和距离，如图,b,所示。,(3),显示“,Draft,”,设置子菜单：,设置长度为,100,，角度为,0,，选择“,View,”,选项后，在“,Select view,”,子菜单中选择,Side,选项，在绘图区有一个带尾线的箭头显示出牵引方向和距离，如图,c,所示。,(4),单击“,Do it,”,选项，结果如图所示。,a)b)c),绘制牵引曲面的牵引方向和距离示例,牵引曲面示例,