可变剖面扫描,变剖面混合4.0版本.doc

5.6 螺旋扫描特征
5.6.1 螺旋扫描特征概述
螺旋扫描特征可以看作是普通扫描特征的特征。如图5-117所示，螺旋扫描也是将草绘剖面沿着特征的轨迹进行扫描，最后生成实体模型，只是其中的扫描轨迹为固定的螺旋线而已。

图5-117 螺旋扫描示例
在实际工程中，由于大量使用到螺钉、弹簧等零件，所以在三维实体建模中，螺旋扫描的应用也非常多。在Pro/ENGINEER中，螺旋扫描工具中专门针对螺旋线扫描轨迹设计了特征创建方法。与普通扫描相比，螺旋扫描的使用方便、步骤简便，可以较大地提高设计效率。
5.6.2 螺旋扫描的分类
螺旋扫描的分类方式多种多样，但在工程中，一般有以下两种分类方式：
（1）依据螺旋方向分类
螺旋可以分为两种，分别是右手螺旋和左手螺旋，同样，依据扫描螺旋线轨迹的旋向不同，螺旋扫描特征也可以分为右旋和左旋两种，如图5-118所示。
（2）依据螺距变化分类
依据螺旋中螺距的变化情况，也可以将螺旋扫描特征分为两种。若螺距值不变，则为恒定螺旋扫描特征；若螺距值变化，则为可变螺旋扫描特征。

图5-118 “左旋”和“右旋”

图5-119 “恒定”和“可变”螺距
5.6.3 螺旋扫描工具
在主菜单中，单击【插入】→【螺旋扫描】，系统会显示图5-120所示的菜单。无论是实体伸出项、薄板伸出项还是曲面、切口等，都可以用前面所述的分类方法加以分类。下面以螺旋实体伸出项特征为例，介绍螺旋扫描工具的使用方法。另外的螺旋扫描薄板伸出项、螺旋扫描切口等特征的创建工具与此类似，不再赘述，读者可以自行研究。
在主菜单中，单击【插入】→【螺旋扫描】→【伸出项】后，系统弹出图5-121所示的“螺旋扫描”对话框。由“螺旋扫描”对话框可以看出，一个完整的螺旋扫描特征，需要定义四种元素，分别为：属性、扫引轨迹、螺距、截面。下面一一介绍这些元素的定义方法。
 1．螺旋扫描属性设置
创建螺旋扫描特征过程中，当弹出“螺旋扫描”对话框时，系统也会同时弹出图5-122所示的“属性”菜单。“属性”菜单用于设置所创建的螺旋扫描特征的属性，在该菜单中，有几个选项：
              【常数】：使用该选项后，所创建的螺旋扫描特征的螺距值为常数。
              【可变的】：使用该选项后，所创建的螺旋扫描特征的螺距值可变，可以使用特定方法控制螺旋扫描特征螺距的变化规律。
              【穿过轴】：使用该选项后，扫描平面垂直于旋转轴；
              【轨迹法向】：使用该选项后，扫描平面垂直于扫描轨迹；
              【右手定则】：使用该选项后，螺旋扫描特征为右旋；
              【左手定则】：使用该选项后，螺旋扫描特征为左旋。
完成螺旋扫描特征属性设置后，单击【完成】，系统自动进入下一步，设置扫引轨迹。

图5-120 使用螺旋扫描特征

图5-121 “螺旋扫描”对话框

图5-122 “属性”菜单
 2．扫引轨迹设置
此处所讲的扫引轨迹和前面扫描特征中的扫描轨迹相似，但不相同。由于螺扫描特征的特殊性，其扫描轨迹都是螺旋线，因此专门设计了其扫描轨迹的定义方法，就是使用扫引轨迹和螺旋一起定义扫描轨迹。
完成螺旋扫描特征的属性定义后，系统自动开始进入扫引轨迹定义步骤。螺旋扫描特征中使用的扫引轨迹是用草绘方法创建的。在使用和前面扫描、混合等特征相同的草绘平面设置步骤后，就可以进入草绘环境，创建扫引轨迹。
如图5-123所示，扫引轨迹可以包括两部分：旋转轴和扫引曲线。旋转轴也就是整个螺旋扫描特征的旋转轴，扫描截面绕旋转轴旋转，生成螺旋扫描规律；扫引曲线用于定义螺旋扫描特征的外轮廓，这包括了扫描截面的起始位置和终止位置，以及扫描截面与旋转轴距离的变化情况。扫引曲线是一条有向曲线，起点处有一个箭头沿其切线方向指向终点。
对于扫引曲线，有着几点要求：
              所有的扫引曲线，只能位于旋转轴的同一侧；
              扫引曲线不能封闭；
              扫引曲线上任何一点的切线方向都不能垂直于旋转轴。
几种错误的扫引轨迹如图5-124所示，设计者在设计过程中，应该避免这几种轨迹。

图5-123 扫引轨迹示意

           图5-124 错误扫引轨迹示意
 3．螺距设置
螺距，就是在旋转轴方向上，螺旋的相邻两节间的距离。前面已经提到，根据螺距的变化规律不同，可以将螺旋扫描特征分为两类，下面分别介绍这两类螺旋的设置情况。
（1）固定螺距
固定螺距的设置非常简单。完成扫引轨迹设置后，系统自动在消息区自动弹出如图5-125所示的文本框，输入螺距值后，单击按钮即可。

图5-125 定义固定螺距
（2）可变螺距
可变螺距的设置比较复杂。当使用可变螺距时，完成了扫引轨迹定义后，系统弹出如图5-126和图5-127所示的对话框，用于设置起始点和终止点的螺距值。

图5-126 输入起始点螺距

图5-127 输入终止点螺距
完成起始点和终止点的螺距定义后，系统自动弹出图5-128所示的窗口和图5-129所示的“控制曲线”菜单，窗口的黑色曲线表示从起始点到终止的螺距值变化关系，而“控制曲线”菜单用于控制螺距变化曲线。

图5-128 螺距变化曲线

图5-129 “控制曲线”菜单
在“控制曲线”菜单中，单击【定义】选项，系统弹出“定义控制曲线”对话框，其中包括以下几项：
              【添加点】：向螺距变化曲线中添加控制点；
              【删除】：删除螺距变化曲线中的控制点；
              【改变值】：改变控制点处的螺距值。
              【完成/返回】：完成螺距变化曲线的定义。
在“定义控制曲线”对话框中，单击【添加点】选项后，在主窗口中选择一个控制点，系统弹出对话框中输入螺距值，如图5-130所示，则在图5-128中的曲线上会动态增加控制点。而如果单击【删除】选项后，在主窗口中选择一个控制点，则该控制点会从螺距控制曲线被删除。
完成螺距定义后，在“控制曲线”菜单中单击【完成】，结束螺距定义。

图5-130 定义控制点处螺距值
所有的螺距控制点都位于主窗口中显示的扫引轨迹上，图5-128所示的窗口中只能显示整个扫引曲线上，螺距的变化关系，并没有编辑功能。所有的螺距控制点必须在扫引轨迹上预先定义；起始点和终止点也是螺距控制点，但它们不能被删除。
 4．扫描截面设置
完成螺距设置后，系统自动入扫描截面设置步骤。螺旋扫描特征的扫描截面是草绘所得，其草绘平面也是用于创建扫引轨迹的草绘平面。
进入草绘环境草绘扫描截面后，为方便用户，系统自动在扫引曲线的起始点处增加两条临时基准直线，分别平行或者垂直于旋转轴，如图5-131所示。

图5-131 扫描截面中的临时基准
一般情况下，所创建的扫描截面应该遵循以下规则：
              扫描截面在旋转轴方向上的最大高度应小于最小螺距值；扫描截面应位于旋转轴的一侧。
5.6.4 创建螺旋扫描
由图5-120所示的“螺旋扫描”对话框中可知，螺旋扫描的创建过程，就是逐次定义螺旋扫描的各项元素：属性、扫引轨迹、螺距及扫描截面的过程。因此，创建螺旋扫描特征可以分为以下几步：
              定义螺旋扫描属性。
              定义螺旋扫描的扫引轨迹。
              定义螺旋扫描的螺距。
              定义螺旋扫描的扫描截面。
各个元素的定义方法在前面已经详细地介绍过了，在此不再赘述。只要顺序完成各项元素的定义，就可以创建出完整的螺旋扫描特征。
5.6.5 螺旋扫描特征示例
图5-132所示的特征是使用螺旋扫描特征所创建，下面详细介绍其创建过程。

图5-132 螺旋扫描特征示例

图5-133 扫引轨迹
步骤1，创建新文件
    单击“文件”工具栏中的按钮，或者单击【文件】→【新建】，系统弹出“新建”对话框，在“名称”文本框中输入所需要的文件名“helix_scan_example_1”，取消“使用缺省模板”选择框后，单击【确定】，系统自动弹出“新文件选项”对话框，在“模板”列表中选择“mmns_part_solid”选项后，单击【确定】，系统自动进入零件环境。
步骤2，定义螺旋扫描属性
    在主菜单中单击【插入→【螺旋扫描】→【伸出项】后，在弹出的“属性”菜单中选中【可变的】、【穿过轴】、【右手定则】后，单击【完成】。系统弹出“螺旋扫描”对话框。“属性”菜单中的定义表明，所创建的螺旋扫描特征的螺距可变，其扫描截面垂直于旋转轴且为右手螺旋。
步骤3，定义螺旋扫描的扫引轨迹
    使用TOP平面为草绘平面，在草绘平面中创建如图5-133所示的扫引轨迹。在扫引曲线上使用按钮添加4个点，作为螺距控制点，供后面使用。
步骤4，定义螺距
    （1）在“定义控制曲线”菜单中单击【增加点】选项后，依次选中扫引曲线上所绘制的四个点。这四个点中，外侧的两个点处螺旋设置为5，内侧的螺旋设置为10，如图5-134所示，相应的螺距控制曲线如图5-135所示。
    （2）螺距设置完成后，单击“控制曲线”菜单中的【完成】选项。

图5-134 螺距设置说明

图5-135 螺距控制曲线
步骤5，定义扫描截面
    绘制图5-136所示的扫描截面，一个圆心位于扫引曲线起始点处，直径为5的圆。
步骤6，生成螺旋扫描特征
    所有元素定义完成后，在“螺旋扫描”对话框中单击【确定】，生成螺旋扫描实体伸出项，如图5-137所示。

图5-136 扫描截面

图5-137 螺旋扫描实体伸出项

5.7 可变剖面扫描特征
前面已经介绍过，扫描特征是沿着一定的轨迹对扫描截面进行扫描，生成三维实体的过程，而混合特征则是由一组剖面按照一定的顺序连接而成，两者各有优缺点。扫描特征的扫描轨迹变化多样，非常灵活，但其扫描截面却是固定的；而混合特征虽然截面可以灵活变化，但是剖面间的连接方式要么太过简单（平行混合、旋转混合），要么太过复杂（一般混合），很难灵活地将各个截面连接起来。
而可变剖面扫描特征则可以看作是扫描特征和混合特征的综合，它兼具了扫描特征和混合特征的长处，使用灵活，功能强大。
5.7.1 可变剖面扫描特征概述
使用可变剖面扫描特征可创建实体或曲面特征，在沿一个或多个选定轨迹扫描剖面时通过控制剖面的方向、旋转和几何来添加或移除材料。使用可变剖面扫描特征时，可使用恒定截面或可变截面创建扫描。
              可变截面：将草绘图元约束到其它轨迹（中心平面或现有几何），或使用由“trajpar”参数设置的截面关系来使草绘可变。草绘所约束到的参照可改变截面形状。另外，以控制曲线或关系式（使用trajpar）定义标注形式也能使草绘可变。
              恒定截面：在沿轨迹扫描的过程中，草绘的形状不变，仅截面所在框架的方向发生变化。
可变截面扫描工具的主要元素是截面轨迹。草绘剖面定位于附加至原始轨迹的框架上，并沿轨迹长度方向移动以创建几何。原始轨迹以及其它轨迹和其它参照定义截面沿扫描的方向。
框架实质上是沿着原始轨迹滑动并且自身带有要被扫描截面的坐标系。坐标系的轴由辅助轨迹和其它参照定义。“框架”非常重要，因为它决定着草绘沿原始轨迹移动时的方向。
Pro/ENGINEER将草绘截面相对于这些参照放置到某个方向，并将其附加到沿原始轨迹和扫描截面移动的坐标系中。
5.7.2 创建可变剖面扫描特征
创建可变剖面扫描特征的一般步骤为：
              选取原始轨迹。
              打开“可变截面扫描”工具。
              根据需要添加轨迹。
              指定截面以及水平和垂直方向控制。
              草绘截面进行扫描。
              预览几何并完成特征。
可变剖面扫描特征的创建过程在此处就不再讲，有兴趣的读者可以自己研究。下面通过一个可变剖面扫描的实例，实际介绍可变剖面扫描的过程。
5.7.3 可变剖面扫描特征实例
图5-138所示为苹果的实体模型，它是用可变剖面扫描特征所创建的。下面介绍其详细的创建过程。
步骤1，建立新文件
单击“文件”工具栏中的按钮，或者单击【文件】→【新建】，系统弹出“新建”对话框，输入所需要的文件名“variablesection_sweep_example_1”，取消“使用缺省模板”选择框后，单击【确定】，系统自动弹出“新文件选项”对话框，在“模板”列表中选择“mmns_part_solid”选项，单击【确定】，系统自动进入零件环境。

图5-138 可变剖面扫描特征实例——苹果

图5-139 草绘扫描轨迹
步骤2，创建扫描轨迹
   （1）单击“基准”工具栏中的按钮，使用草绘工具创建扫描轨迹。
   （2）选择TOP平面为草绘平面，绘制图5-139所示的半径为40的圆作为扫描轨迹。完成后，单击按钮完成草绘。

图5-140 可变剖面扫描特征工具操控板

图5-141 “参照”上滑面板
步骤3，创建可变剖面扫描特征
   （1）单击“基础特征”工具栏中的按钮，或者单击【插入】→【可变剖面扫描】后，系统进行可变剖面扫描特征工具操控板，如图5-140所示。可变剖面扫描特征工具操控板和其它基础特征工具的操控相似，包括3个部分，各部分的具体功能略过。
   （2）单击【参照】，打开“参照”上滑面板，单击【选取项目】（图5-141）后，在图形窗口中选取前一步中创建的草绘圆作为扫描轨迹。

图5-142 扫描截面

图5-143 扫描截面的参数关系
   （3）绘制扫描截面。单击按钮，开始绘制扫描截面。进行草绘截面后，绘制图5-142所示的扫描截面。
   （4）添加尺寸关系。在草绘环境中，从主菜单中单击【工具】→【关系】，系统弹出如图5-144示的“关系”对话框，同时主窗口中的扫描截面草绘的尺寸值将以符号形式显示，在“关系”对话框中，为尺寸sd18添加关系式，完成后，单击【确定】按钮。
   由于绘图步骤及环境的不同，图中sd18所代表尺寸的符号可能不同，不必过分拘泥，直接使用相对应的符号即可。
   （5）单击按钮，完成可变截面特征的创建过程。

图5-144 “关系”对话框
步骤4，隐藏扫描轨迹曲线
   （1）在导航区中，单击【显示】按钮，在弹出的菜单中单击【层树】，则导航区中显示当前模型的层树结构。
   （2）在层树结构中，选中“03___PRT_ALL_CURVES”后右击，在弹出的快捷菜单中单击【隐藏】，则该层将被隐藏。
   （3）草绘的扫描轨迹也在“03___PRT_ALL_CURVES”层中，当然也一起隐藏。

图5-145 显示“层树”

图5-146 隐藏层

5.8 扫描混合特征
5.8.1 扫描混合特征概述
前面已经介绍过，可变剖面扫描特征可以看作是扫描特征和混合特征的综合，它可以像扫描特征一样，自定义扫描轨迹，而且扫描截面也是可变的。但可变剖面扫描特征的剖面变化是不完全的，它只能按照一定规律，使扫描截面发生较少的变化（例如某个驱动尺寸值大小的变化）。可以认为，可变剖面扫描特征中，扫描特征的比例更大些。
本节中介绍的扫描混合特征，也可以看作是扫描特征和混合特征的综合。如果说可变剖面扫描特征仍然较倾向于扫描特征的话，那么扫描混合特征可以说是两者兼顾。它可以自由选择扫描轨迹，也可以自由地使用扫描截面。
扫描混合特征功能非常强大，使用也比较复杂，在此仅介绍其基本应用。
1．扫描混合特征轨迹
扫描混合特征可以具有两种轨迹：原点轨迹（必需）和第二轨迹（可选）。每个轨迹特征必须至少有两个剖面，且可在这两个剖面间添加剖面。要定义扫描混合特征的轨迹，可选取一条草绘曲线，基准曲线或边的链。每次只有一个轨迹是活动的。
2．扫描混合特征截面
在“原始轨迹”中指定段的顶点或基准点处，草绘要混合的截面。要确定截面的方向，需要指定草绘平面的方向（Z轴）以及该平面的水平/垂直方向（X或Y轴）
对于混合截面，有以下要求：
              对于闭合轨迹轮廓，在起始点和其它位置必须至少各有一个截面。
              轨迹的链起点和终点处的截面参照是动态的，并且在修剪轨迹时会更新。
              截面位置可以参照模型几何（例如一条曲线），但修改轨迹会使参照无效。在此情况下，扫描混合特征会失败。
              所有截面必须包含相同的顶点数。
5.8.2 创建扫描混合特征
创建扫描混合特征的步骤与创建可变剖面扫描特征的一般步骤相似：
              打开“可变截面扫描”工具。
              选取原始轨迹。
              根据需要添加轨迹。
              指定截面以及水平和垂直方向控制。
              选取或者草绘截面进行扫描。
              定义扫描混合的端点和相邻模型几何间的相切关系。
              设置扫描混合面积和周长控制选项。
              预览几何并完成特征。
扫描混合特征的创建过程在此处就不再讲，有兴趣的读者可以自己研究。下面通过一个扫描混合特征的实例，实际介绍扫描混合的过程。
5.8.3 扫描混合应用实例
图5-147所示的环状实体模型是使用扫描混合特征所创建的，下面详细介绍其创建过程。

图5-147 扫描混合特征实例

图5-148 草绘扫描轨迹
步骤1，创建新文件
    单击“文件”工具栏中的按钮，或者单击【文件】→【新建】，系统弹出“新建”对话框，输入所需要的文件名“scan_blend_example_1”，取消“使用缺省模板”选择框后，单击【确定】，系统自动弹出“新文件选项”对话框，在“模板”列表中选择“mmns_part_solid”选项，单击【确定】，系统自动进入零件环境。
步骤2，创建扫描轨迹
    （1）单击“基准”工具栏中的按钮，使用草绘工具创建扫描轨迹。
    （2）选择TOP平面为草绘平面，绘制图5-148中所示的半径为100的圆作为扫描轨迹。完成后，单击按钮完成草绘。

图5-149 混合截面1

图5-150 混合截面2
步骤3，创建混合截面
    （1）单击“基准”工具栏中的按钮，使用草绘工具创建扫描轨迹。
    （2）选择FRONT平面为草绘平面，绘制混合截面如图5-149所示。完成后，单击按钮完成草绘。注意，图中使用工具在圆上等距离添加了4个截断点。
    （3）单击“基准”工具栏中的按钮，选择RIGHT平面为草绘平面，绘制混合截面如图5-150所示。完成后，单击按钮完成草绘。
    （4）单击“基准”工具栏中的按钮，选择TOP平面为草绘平面，绘制混合截面，该截面与截面1关于RIGHT平面对称。完成后，单击按钮完成草绘。
    （5）单击“基准”工具栏中的按钮，选择RIGHT平面为草绘平面，绘制混合截面，该截面与截面2关于TOP平面对称。完成后，单击按钮完成草绘。
    （6）草绘完成的扫描轨迹与截面如图5-151所示。

图5-151 扫描轨迹与截面

图5-152 扫描混合工具操控板
步骤4，创建扫描混合特征
（1）在主菜单中单击【插入】→【混合扫描】后，系统进行扫描混合工具操控板，如图5-152所示。扫描混合工具操控板与可变剖面扫描工具操控板非常相似。

图5-153 “参照”上滑面板

图5-154 扫描轨迹及其方向
    （2）单击【参照】，进入“参照”上滑面板，如图5-153所示。单击【选取项目】后，在图形窗口中选择所绘制的扫描轨迹线，图形窗口中，加亮显示所选择的轨迹线，并用箭头指明扫描方向，如图5-154所示。
    （3）单击【剖面】，进入“剖面”上滑面板，如图5-155所示。在“截面”列表框中选择【所选截面】选项后，单击【插入】，逐次选中前面所创建的四个截面，完成后的“剖面”上滑面板如图5-156所示。

图5-155 “剖面”上滑面板

图5-156 “剖面”上滑面板
     （4）插入混合截面后，系统会自动在图形窗口中显示所要创建实体的几何预览，如图5-157所示。

图5-157 几何预览

图5-158 扫描混合特征
    （5）和混合特征一样，扫描混合特征中的截面中也有起始点，并且起始点的位置和方向影响着所创建特征的几何。如图5-157所示，可以在图形窗口中修改截面的起始点位置和起始方向。用鼠标选中起始点后，按住左键拖动，就可以将起始点移动到拖动方向上的下一个顶点；同样，用鼠标选中起始方向后，按住左键拖动，就可以修改起始方向。
    （6）在扫描混合工具操控板中，按下按钮，确保生成实体特征。
    （7）完成后，单击按钮，完成特征创建。