UGNX10中文版曲面设计从入门到精通.pdf

UG NX 10中文版曲面设计 从入门到精通 麓山文化 编著 机 械 工 业 出 版 社 Unigraphics（简称 UGS）软件由美国麦道飞机公司开发，于 1991 年 11 月并入世界上最大的软件公司EDS （电子资讯系统有限公司） ， 该公司通过实施虚拟产品开发 （VPD）的理念提供多极化的、集成的、企业级的软件产品与服务的完整解决方案。2007 年 5 月 4日，西门子公司旗下全球领先的产品生命周期管理（PLM）软件和服务提供商收购了 UGS公司。UGS 公司从此更名为“UGS PLM 软件公司” （UGS PLM Software） ，并作为西门子自动化与驱动集团（Siemens A&D）的一个全球分支机构展开运作。 UG 从第 19 版开始改名为 UG NX 1，此后又相继发布了 NX 2、NX 3、NX 4、NX 5、NX 6、NX 7、NX 8、NX 9，当前最新版本为 UG NX 10。这些版本均为多语言版本，在安装时可以选择所使用的语言（UG NX 10 全面支持中文） 。并且 UG NX 的每个新版本均是前一版本的更新，在功能上有所增强。而各个版本在操作上没有大的改变，因而本书可以适用于 UG NX 各个版本的学习。 1、 内容介绍 本书共分 12 章，依次介绍 UG NX 10 曲面设计基础、构造和编辑曲线、由曲线创建曲面、由曲面创建曲面、自由曲面、曲面编辑、曲面分析、逆向工程造型、创意塑型以及综合应用实例等。具体内容如下。 第 1 章：UG NX 10 曲面设计基础：从工业设计和计算机辅助设计的角度，介绍 UG NX 10 曲面设计的基础知识，并从数学的角度介绍了曲线和曲面的结构特征和连续性，此外还介绍曲面设计的主要思路和构建曲面的方法和技巧。 第 2 章：构造和编辑曲线：介绍在 UG NX 10 建模环境中构造和编辑曲线的方法，以及创建常用空间曲线的方法和技巧，为复杂曲面和自由曲面的创建打好坚实基础。并结合电锤手柄、弯头管道和手机上壳曲面 3 个实例，讲解构造和编辑曲线具体操作和技巧。 第 3 章：由曲线创建曲面：重点介绍曲线创建曲面的几种主要建模方法，包括曲线生成曲面、直纹面、通过曲线组、通过曲线网格、扫掠曲面和剖切曲面。并通过具体实例照相机外壳和轿车车身曲面的制作，讲解由曲线创建曲面具体操作和技巧。 第 4 章：由曲面创建曲面：重点介绍曲面操作功能，包括桥接曲面、N 边曲面、过渡曲面、延伸曲面、规律延伸、修剪曲面、轮廓线弯边、抽取曲面、偏置曲面、大致偏置曲面。并结合 MP3 耳机外壳和手柄套管外壳实例，详细介绍曲面创建曲面的操作技巧。 第 5 章：自由曲面：介绍自由曲面设计的基本知识，包括曲面上的曲线、四点曲面、整体突变、艺术曲面、曲面变形、样式圆角、样式拐角、样式扫掠。并通过具体实例钓竿支架和鼠标外壳的制作，详细介绍自由曲面的具体操作和技巧。 第 6 章：曲面编辑：本章主要介绍曲面的编辑功能，包括修剪的片体、修剪和延伸、X 成形、扩大曲面、片体边界、更改阶次、更改刚度、更改边等功能。并结合空气过滤罩和轿车方向盘实例，讲解曲面编辑的具体操作和技巧。 第 7 章：曲面分析：介绍了曲面建模过程中常用的分析方法，包括曲线分析、距离测前 言 中文版曲面设计从入门到精通 量、角度测量、检测几何体、偏差测量、截面分析、高亮线分析、曲面连续性分析、曲面半径分析、曲面反射分析、曲面斜率分析等。并结合触摸手机上壳和旋盖手机上壳实例，详细讲解曲面分析的具体操作和技巧。 第 8 章：逆向工程造型：介绍由点、点云构建曲面的方法，概述逆向工程造型的一般方法，并通过具体实例电吹风逆向造型的制作，详细介绍逆向造型的基本方法。 第 9 章：创意塑型：创意塑型是 UG NX 10 新增加的造型功能，主要用来创建一些外观不规则、或是很难通过常规曲面建模来产生的模型。本命令的添加丰富了 UG 建模的种类，也有助于提高设计人员所能设计的外形的能力。本章介绍由框架线、框架面构建自由曲面的方法，并通过具体实例机油壶的制作，详细介绍创意塑型的基本操作。 第 10 章：QQ 玩具造型。本章通过一个 QQ 玩具造型的设计，着重训练网格曲面，以及投影曲线、 曲面上的曲线、 组合投影等工具的操作， 并总结了该实例创建的难点和要点。 第 11 章：汽车机油壶造型。本章以汽车机油壶造型设计为例，讲解艺术样条、网格曲面、扫掠、偏置曲面、修剪的片体、缝合等工具的运用，通过该实例可以更加熟练曲线绘制和曲面编辑工具的运用。 第 12 章：剃须刀曲面造型。本章以剃须刀曲面造型为例，讲解如何灵活运用特征建模工具和自由曲面建模工具，简化建模步骤的技巧。 2、 主要特色 图解式的操作精讲，看图便会操作 本书针对每个实例的每个操作，均用流程图表达其具体的操作技巧。对各个步骤每个小步操作（比如下拉列表框选项选择，按钮的单击，文本的输入等）均标注顺序号。这样使得本书中的每个实例，作者甚至不用看步骤的文字说明，依次按照图解即可创建出本书的每个实例，可以提高学习效率，在短时间内掌握本书的全部内容。 高清视频教程，提高学习兴趣和效率 本书提供配套光盘，光盘中提供了所有实例配套的模型文件、全部实例操作均为高清视频文件。结合本书内容，通过实例操作与视频辅助，可以让读者轻松掌握 UG NX 10 的使用方法。 3、 创作团队 本书由麓山文化编著，具体参加编写的有：陈志民、江凡、张洁、马梅桂、戴京京、骆天、胡丹、陈运炳、申玉秀、李红萍、李红艺、李红术、陈云香、陈文香、陈军云、彭斌全、林小群、刘清平、钟睦、刘里锋、朱海涛、廖博、喻文明、易盛、陈晶、张绍华、黄柯、何凯、黄华、陈文轶、杨少波、杨芳、刘有良、刘珊、赵祖欣、齐慧明、梅文、彭蔓、毛琼健、江涛、袁圣超等。 由于编者水平有限，书中错误、疏漏之处在所难免。在感谢您选择本书的同时，也希望您能够把对本书的意见和建议告诉我们。 编者邮箱： 读者 QQ 群：327209040 麓山文化 前言 第 1 章 UG NX 10 曲面设计基础 1 1.1 UG NX 10 曲面设计概述 21.1.1 曲面造型的发展概况 2 1.1.2 UG NX 10 曲面常用术语 3 1.1.3 曲面的分类 51.2 UG NX 10 新增曲面功能 71.2.1 UG NX 10 常规新增功能 71.2.2 UG NX 10 曲面新增功能 91.3 曲面的数学模型 101.3.1 曲线-曲面的结构特征 101.3.2 线的数学模型 141.3.3 曲面的数学模型 151.4 曲线-曲面的连续性 161.4.1 曲线的连续性 161.4.2 曲面的连续性 171.5 曲面造型设计思路 181.5.1 曲面造型的学习方法 191.5.2 曲面设计的基本步骤 191.5.3 曲面造型设计的基本技巧 201.6 UG NX 10 曲面设计方法和特点 211.6.1 UG NX 10 自由曲面功能介绍 211.6.2 UG NX 10 曲面造型方法 251.6.3 UG NX 10 曲面造型的特点 27第 2 章 构造和编辑曲线 29 2.1 绘制基本曲线 302.1.1 点和点集 302.1.2 直线 33目 录 VI 中文版曲面设计从入门到精通 2.1.3 圆弧 362.1.4 圆 382.1.5 矩形 412.1.6 多边形 412.1.7 二次曲线 432.1.8 样条曲线 472.1.9 螺旋曲线 502.1.10 文本曲线 532.2 高级曲线操作 552.2.1 截面曲线 552.2.2 镜像曲线 562.2.3 相交曲线 562.2.4 桥接曲线 572.2.5 连结曲线 592.2.6 偏置曲线 592.2.7 面中的偏置曲线 622.2.8 投影曲线 622.2.9 组合投影曲线 632.2.10 缠绕/展开曲线 632.3 编辑曲线 642.3.1 编辑曲线参数 642.3.2 修剪曲线 672.3.3 修剪拐角 682.3.4 分割曲线 692.3.5 编辑曲线长度 712.3.6 拉长曲线 722.4 案例实战创建电锤手柄曲面 722.4.1 设计流程图 732.4.2 具体设计步骤 732.5 案例实战创建弯头管道曲面 822.5.1 设计流程图 822.5.2 具体设计步骤 832.6 案例实战创建手机上壳曲面 862.6.1 设计流程图 872.6.2 具体设计步骤 87第 3 章 由曲线创建曲面 93 3.1 曲线生成平面 943.1.1 曲线成片体 94 VII 目 录 3.1.2 有界平面 943.2 直纹曲面 953.2.1 参数 953.2.2 根据点 963.3 通过曲线组 963.3.1 连续性 963.3.2 输出曲面选项 963.3.3 公差 973.3.4 对齐 973.4 通过网格曲线 983.4.1 指定主曲线 983.4.2 指定交叉曲线 983.4.3 着重 993.4.4 重新构建 1003.5 扫掠曲面 1003.5.1 截面线 1003.5.2 引导线 1013.5.3 脊线 1023.5.4 截面位置 1023.5.5 对齐 1033.5.6 定位方法 1033.5.7 缩放方法 1073.6 剖切曲面 1103.6.1 剖切曲面基本概念 1103.6.2 生成方式 1123.7 案例实战创建照相机外壳模型 1233.7.1 设计流程图 1243.7.2 具体设计步骤 1243.8 案例实战创建轿车外壳曲面 1353.8.1 设计流程图 1353.8.2 具体设计步骤 136第 4 章 由曲面创建曲面 145 4.1 桥接曲面 1464.2 倒圆曲面 1464.2.1 圆角曲面 1474.2.2 面倒圆角 1474.2.3 软倒圆角 1494.3 延伸曲面 150 VIII 中文版曲面设计从入门到精通 4.3.1 相切 1504.3.2 圆形 1514.4 规律延伸 1514.5 缝合曲面 1524.5.1 片体 1524.5.2 实体 1534.6 修剪曲面 1534.6.1 修剪体 1534.6.2 修剪片体 1544.7 过渡曲面 1554.8 N 边曲面 1554.8.1 已修剪 1554.8.2 三角形 1564.9 轮廓线弯边 1574.9.1 基本型 1574.9.2 绝对差型 1574.9.3 视觉差型 1584.10 抽取曲面 1594.10.1 单个面 1594.10.2 相邻面 1604.10.3 体的面 1604.10.4 面链 1614.11 偏置曲面 1614.12 大致偏置曲面 1624.13 案例实战创建 MP3 耳机外壳 1624.13.1 设计流程图 1634.13.2 具体设计步骤 1634.14 案例实战创建手柄套管外壳 1764.14.1 设计流程图 1764.14.2 具体设计步骤 177第 5 章 自由曲面 186 5.1 曲面上的曲线 1875.2 四点曲面 1875.3 整体突变 1875.4 变换曲面 1885.5 艺术曲面 1905.6 曲面变形 1905.7 样式圆角 191 IX 目 录 5.8 样式拐角 1925.9 样式扫掠 1925.10 案例实战创建钓鱼竿支架模型 1935.10.1 设计流程图 1935.10.2 具体设计步骤 1945.11 案例实战创建鼠标外壳模型 2045.11.1 设计流程图 2045.11.2 具体设计步骤 205第 6 章 曲面编辑 222 6.1 修剪片体 2236.2 修剪和延伸 2236.3 X 成形 2256.3.1 移动 2266.3.2 旋转 2266.3.3 比例 2266.3.4 平面化 2276.4 扩大曲面 2276.5 片体边界 2286.6 更改阶次 2286.7 更改刚度 2296.8 更改边 2296.9 案例实战创建空气过滤罩模型 2306.9.1 设计流程图 2316.9.2 具体设计步骤 2316.10 案例实战创建轿车转向盘模型 2456.10.1 设计流程图 2456.10.2 具体设计步骤 246第 7 章 曲面分析 260 7.1 曲线分析 2617.2 距离测量 2627.3 角度测量 2637.4 检测几何体 2647.5 偏差测量 2657.6 截面分析 266 X 中文版曲面设计从入门到精通 7.7 高亮线分析 2677.8 曲面连续性分析 2687.9 曲面半径分析 2697.10 曲面反射分析 2717.11 曲面斜率分析 2727.12 案例实战创建触摸手机上壳及截面分析 2737.12.1 设计流程图 2737.12.2 具体设计步骤 2747.13 案例实战创建旋盖手机上壳及曲面分析 2827.13.1 设计流程图 2827.13.2 具体设计步骤 283第 8 章 逆向工程造型 289 8.1 逆向工程简介 2908.1.1 逆向工程概述 2908.1.2 三坐标测量仪采集数据 2918.1.3 数据采集规划 2918.1.4 UG 逆向工程造型一般流程 2928.2 由点创建曲面 2928.3 由极点创建曲面 2948.4 由点云创建曲面 2958.5 案例实战电吹风外壳逆向造型 2968.5.1 设计流程图 2968.5.2 具体设计步骤 297第 9 章 创意塑型 328 9.1 创意塑型概述 3299.2 创意塑型的创建 3309.2.1 体素形状 3309.2.2 构造工具 3329.2.3 拉伸框架 3349.2.4 旋转框架 3349.2.5 放样框架 3359.2.6 扫掠框架 3359.2.7 管道框架 3369.3 创意塑型的修改 336 9.3.1 变换框架 3369.3.2 拆分面 339 XI 目 录 9.3.3 细分面 3419.3.4 合并面 3419.3.5 删除框架 3419.3.6 填充 3429.3.7 桥接面 3429.4 创意塑型的首选项 3429.5 案例实战创建机油壶模型 345第 10 章 综合实例QQ 玩具造型设计 349 10.1 设计流程图 35010.2 具体设计步骤 35110.2.1 创建身子和嘴巴 35110.2.2 创建手臂 35610.2.3 创建脚丫 35910.2.4 创建围巾 36610.2.5 创建眼睛和肚皮 37110.2.6 创建小花 37210.3 设计感悟 376第 11 章 综合实例汽车机油壶造型设计 377 11.1 设计流程图 37811.2 具体设计步骤 37911.2.1 创建壳体曲面 37911.2.2 创建提手曲面 38611.2.3 创建出油口曲面 39811.2.4 创建旋钮 39911.2.5 创建按钮 40111.2.6 创建推钮 40611.3 设计感悟 408第 12 章 综合实例剃须刀曲面造型设计 409 12.1 设计流程图 41012.2 具体设计步骤 41112.2.1 创建主壳体曲面 411 12.2.2 创建推钮部位 419 12.2.3 创建刀片固定盖 423 12.2.4 创建刀片罩 428 12.3 设计感悟 433 第1章 UG NX 曲面设计基础 UG NX 10曲面设计基础第 1 章 UG NX 10 曲面设计概述 UG NX 10 新增曲面功能 曲面的数学模型 曲线-曲面的连续性 曲面造型设计思路 UG NX 10 曲面设计方法和特点 学习目标： 2 中文版曲面设计从入门到精通 流畅的曲面外形已经成为现代产品设计发展的趋势。利用 UG 软件完成曲线式流畅造型设计，是现代产品设计迫在眉睫的市场需要，也是本书的核心内容和写作目的。 工业产品的设计水平，是一个国家科学技术、文化素质水平的标志。要在工业产品设计中立于不败之地，必须具备适应产品变革的设计理念，并有效利用设计软件快速将理念转换为模拟产品，然后将其加工制造成真实的产品。在现代 CAD 应用软件中，对 3D 曲面建模的精确描述和灵活操作能力已经是评定三维CAD辅助设计功能是否强大的重要标志。UG 作为当今世界最为流行的 CAD/CAM/CAE 软件之一，由于其功能强大，可对产品进行建模、加工、分析设计，能够快速、准确地获得工业造型设计方案。特别是使用 UG 建模功能，不仅能进行实体模型创建，对于形状复杂的曲面产品设计也得心应手，充分体现了在产品设计方面的极大优越性。 本章主要介绍 UG NX 10 曲面造型的基础知识，并从数学的角度介绍曲线和曲面的结构特征和连续性，此外还介绍了曲面设计的主要思路和构建曲面的方法和技巧。 1.1 UG NX 10 曲面设计概述 在现代工业设计环境中，三维 CAD 软件已经随着社会发展的步伐一步一步地革新和转变，特别是在曲面造型技术的发展和突变中，更是取得了日新月异的飞跃。小至一款简单的日用小饰品，大到电器以及汽车等工业品的发展，都体现了这方面的变化和发展。 在这些工业设计中，强大的三维软件 UG、Pro/E 等是用来创建此类曲面的主要应用软件，使不同的产品能够更快速准确地解决自由曲面造型的问题。这些工程三维软件共同的特点是能够提供工业设计师进行概念设计、创意建模和渲染出不同的真实效果。它们不仅能够完成工业设计的要求，而且具有功能强大的结构建模能力，对于整个工程的制造生产更是提供了强大的支持。 1.1.1 曲面造型的发展概况 随着计算机图形显示对真实性、实时性和交互性要求的日益增强，几何设计对象向着多样性、特殊性和拓扑结构复杂性靠拢这一趋势日益明显，以及图形工业和制造工业迈向一体化、集体化和网络化步伐的日益加快，曲面造型技术近几年得到了长足的发展，主要表现在研究领域的急剧扩展。 从研究领域来看，曲面造型技术已从传统的研究曲面表示、曲面求交和曲面拼接、扩展到曲面变形、曲面重建、曲面简化、曲面转换和曲面等距性。 1. 曲面变形 传统的约束曲面模型仅允许调整控制顶点或权因子来局部改变曲面形状，至多利用层次化模型在曲面特定点进行直接操作； 一些简单的基于参数曲线的曲面设计方法， 如扫描、旋转法和拉伸法也仅允许调整生成曲线来改变曲面形状。计算机动画和实体造型业迫切需要发展与曲面表示方式无关的变形方法或形状调配方法，于是产生了自由变形法、基于弹 第1章 UG NX 10曲面设计基础3 性变形或热弹性力学等物理模型的变形法、基于求解约束的变形法、基于几何约束的变形法等曲面变形技术、以及基于多面体对应关系的曲面形状调配技术。 2. 曲面重建 在精致的轿车车身设计或人脸类雕塑曲面的动画制作中，通常利用油泥制模，再进行三维型值点采样。在医学图像可视化中，也常用 CT 扫描来得到人体脏器表面的三维数据点。 从曲面上的部分采样信息来恢复原始曲面的几何模型，称为曲面重建。采样工具为激光测距扫描器、医学成像仪、接触探测数字转换器、雷达或地震探测仪器等。根据重建曲面的形式，它可分为函数型曲面重建和离散型曲面重建。前者的代表如离散点集拟合法，后者的常用方法是建立离散点集的平面片逼近模型。 3. 曲面简化 与曲面重建一样，曲面简化这一研究领域目前也是国际热点之一。其基本思想是从三维重建后的离散曲面或造型软件的输出结构（主要是三角网络）中去除冗余信息，同时又保证模型的准确度，以利于图形显示的实时性、数据存储的经济性和数据传输的快速性。对于多分辨率曲面模型而言，这一技术还有利于建立曲面的层次逼近模型，进行曲面的分层显示、传输和编辑。具体的曲面简化方法有网格顶点剔除法、网格边界删除法、最大平面逼近多边形法以及参数化重新采样法。 4. 曲面转换 同一张曲面可以表示为不同的数学形式，这一思想不仅具有理论意义，而且具有工业应用的现实意义。例如，NURBS 曲面设计系统与多项式曲面设计系统之间的数据传递和无纸化生产工艺。 5. 曲面等距性 曲面等距性在计算机图形及加工中有着广泛的应用，因而成为这几年的热门课题之一。 例如， 数控机床的刀具路径设计就要研究曲线的等距性。 但从数学表达式中容易看出，一般而言，一条平面参数曲线的等距曲线是有理曲线，这就超越了通用 NURBS 系统的使用范围，造成了软件设计的复杂性和数值计算的不稳定性。 此外，曲面造型在表示方法上也进行了极大地革新，以网格细分为特征的离散造型与传统的连续造型相比，大有后来居上的创新之势，这种曲面造型方法能够创建出生动逼真的特征动画和雕塑曲面。 1.1.2 UG NX 10 曲面常用术语 在创建曲面的过程中，许多操作都会出现专业性概念及术语，为了能够更准确地理解创建规则曲面和自由曲面的设计过程，了解常用曲面的术语及功能是非常必要的。 1. 曲面和片体 在 UG NX 10 中，片体是常用的术语，主要是指厚度为 0 的实体，即只有表面，没有 4 中文版曲面设计从入门到精通 重量和体积。片体是相对于实体而言的，一个曲面可以包含一个或多个片体，并且每一个片体都是独立的几何体，可以包含一个特征，也可以包含多个特征。在 UG NX 10 中任何片体、 片体的组合以及实体上的所有表面都是曲面， 实体与片体如 图 1-1 所示。 曲面从数学上可分为基本曲面（平面、圆柱面、圆锥面、球面、环面等） 、贝塞尔曲面、B 样条曲面等。贝塞尔曲面与 B 样条曲面通常用来描述各种不规则曲面，目前在工业设计过程中非均匀有理 B 样条曲面已作为工业标准。 2. 曲面的行与列 在 UG NX 10 中， 很多曲面都是由不同方向的点或曲线来定义。 通常把 U 方向称为行，V 方向称为列。曲面也因此可以看作 U 方向为轨迹引导线对很多 V 方向的截面线做的一个扫描。可以通过网格显示来查看 UV 方向曲面的走向，如 图 1-2 所示。 图 1-1 实体与片体 图 1-2 曲面的行与列 3. 曲面的阶次 阶次属于一个数学概念，它类似于曲线的阶次。由于曲面具有 U、V 两个方向，所以每个曲面片体均包含 U、V 两个方向的阶次。 在常规的三维软件中，阶次必须介于 124 之间，但最好采用 3 次，因为曲线的阶次用于判断曲线的复杂程度，而不是精确程度。简单一点说，曲线的阶次越高，曲线就越复杂，计算量就越大。一般来讲，最好使用低阶次多项式的曲线。 4. 曲面片体类型 实体的外曲面一般都是由曲面片体构成的，根据曲面片体的数量可分为单片和多片两种类型。其中单片是指所建立的曲面指包含一个单一的曲面实体；而曲面片是由一系列的单补片组成的。曲面片越多，越能在更小的范围内控制曲面片体的曲率半径等，但一般情况下，尽量减少曲面片体的数量，这样可以使所创建的曲面更加光滑完整。 5. 栅格线 栅格线仅仅是一组显示特征，对曲面特征没有影响。在“静态线框”显示模式下，曲面形状难以观察，因此栅格线主要用于曲面的显示，如图 1-3 所示。 片体 片体加厚形成实体 第1章 UG NX 10曲面设计基础5 1.1.3 曲面的分类 在工程设计软件中，曲面概念是一个广义的范畴，包含曲面体、曲面片以及实体表面和其他自由曲面等，这里不再细致介绍此类名称上面的一些分类方法，而是根据工艺属性和构造特点来分类并介绍曲面的类型。 1. 根据曲面的构造方法分类 在计算机辅助绘图过程中，曲面是通过指定内部和外部边界曲线进行创建的，而曲线的创建又是通过单个或多个点作为作为参照来完成。 因此可以说曲面是由点、 线和面构成，分别介绍如下。 点表示曲面 点构造方法生成的曲面是非参数的，即生成的曲面与构造点没有关联性。当构造点进行编辑、修改后，曲面将不会产生关联性的更新，所以这种方法一般情况下不多用。例如在设计时最常见的极点和点云，如图 1-4 所示。 图 1-3 栅格显示效果 图 1-4 汽车外壳点云 线生成曲面 曲线构造方法与点不同，通过曲线可生成全参数化的曲面特征，即对构造曲面的曲线进行编辑、修改后，曲面会自动更新，这种方法是最常用的曲面构造方法。例如有界平面、拉伸曲面、网格曲面、曲面扫描，如图 1-5 所示。 已有曲面生成曲面 这种方法又叫派生曲面构造方法，是指通过对已有的曲面进行桥接、延伸、偏置等来创建新的曲面。对于特别复杂的曲面，仅仅利用曲线的构造方法有时很难完成，此时借助于该方法非常有用。 另外， 这种方法创建的曲面基本都是参数化的， 当参考曲面被编辑时，生成曲面会自动更新。例如汽车车身的曲面设计，如图 1-6 所示。 6 中文版曲面设计从入门到精通 图 1-5 轿车外壳曲线 图 1-6 跑车外壳曲面片体 2. 根据工艺属性分类 随着现代社会的不断发展，UG、Pro/E、CATIA 和 SolidWorks 等三维软件广泛应用于工业产品的设计领域。随着美学和舒适性要求的日益提高，对各个工业性产品，如汽车外壳等提出了 A 级曲面的概念，对比 A 级曲面从而衍生出 B 级曲面和 C 级曲面等不同的品质要求。 A 级曲面 A 级曲面并非是曲面质量的度量，而重视产品表面曲面的品质，其标准通常起源于客户工程的需求及要求。A 级曲面不只是一般意义上的曲面质量的等级，也是伴随工业设计的发展而产生的一种通称。 A 级曲面最重要的一个特性就是光顺， 即避免在光滑表面上出现突然的凸起、 凹陷等。除了局部细节需要曲率逐渐变化的过渡曲面，这样的设计足以使产品外形摆脱机械产品生硬的过渡连接。另一个特性是除了细节特征，一般来讲趋向于采用大的曲率半径和一致的曲率变化，即无多余的拐点，体现完美柔和的曲面效果。例如，轿车、汽车或其他电动设备外壳曲面对光顺度、美学要求比较高、属于特优质的曲面特征。该类曲面采用曲率逐渐过渡，从而避免了突然的凸起、凹陷等缺陷，如图 1-7 所示。 B 级曲面 一般汽车内部钣金件、结构件大部分都是初等解析几何面构成，这部分曲面与 A 级曲面设计立足点完全不同，它注重性能和工艺要求，而不必过于考虑人性化的设计。在满足性能及工艺要求后就可以认为达到要求，这一类曲面通常称为 B 级曲面。 对于一个产品来说，从外观上看不到的地方都可做成 B 级别曲面，例如底板等大型不可见的曲面零部件，如图 1-8 所示。这样无论对于结构性能，还是加工成本来说，都是有益的。 C 级曲面或要求更低的曲面 这种曲面在 CAD 工程中比较少用，例如用于汽车内部结构支撑件，如内部支架等。一般是使用者或客户不能直视的部分。大多情况下用在雕塑和快速成型等方法创建而成的曲面，在 CAD 工程中一般做成 B 级曲面。 第1章 UG NX 10曲面设计基础7 图 1-7 A 级曲面创建轿车壳体 图 1-8 B 级曲面创建越野车底盘 1.2 UG NX 10 新增曲面功能 UG NX 10 在 UG NX 9 的基础上新增了许多功能，也对现有的一些命令进行了改进。本书由于篇幅所限，只介绍新增的常规命令和曲面命令。 1.2.1 UG NX 10 常规新增功能 UG NX 10 以全新的 Ribbon 界面代替了之前版本的菜单栏和工具条界面， 使功能区更紧凑，工具按钮的位置更清晰，提高了设计效率。除了界面的变化，UG NX 10 在功能方面也有多项革新，的常规新增功能简单介绍如下： 1. 操作界面更新 UG NX 10 的操作界面是用户对文件进行操作的基础， 如图 1-9 所示为选择了新建 “模型”文件后 UG NX 10 的初始工作界面，工作界面主要由选项卡、功能区、上边框条、菜单按钮、导航区、工作区（绘图区）及状态栏等部分组成。在绘图区中已经预设了三个基准面和位于三个基准面交点的原点，这是建立零件最基本的参考。 图 1-9 UG NX 10 操作界面 8 中文版曲面设计从入门到精通 可以发现 UG NX 10 的界面风格与之前版本的不一样，是类似于 Windows 的浅绿色轻量级风格。 如果要转换为以前的经典黑色操作界面的话， 可以在菜单按钮中选择 “首选项” “用户界面” 选项， 打开 “用户界面首选项” 对话框 （也可以通过快捷键 Ctrl+2 来打开） ，然后在其中的“NX 主题”下拉列表中选择“经典”选项，即可将 UG NX 的界面转换为以前的风格，如图 1-10 所示。 图 1-10 设置 UG 界面主题 考虑到读者在接触 UG NX 10 之前使用的是低版本的 UG，所以本书插图一律采用经典模式的界面，以符合读者的使用和观看习惯。 2. UG NX 10 全面支持中文 相比于之前的 UG 版本，UG NX 10 最大也最为直观的改进就是对于文件、文件路径中文名的支持。以前版本的 UG 文件名只能由字母、符号和数字组成，而 UG NX 10 可以直接指定中文名称，路径中的文件夹也可以包含中文，不需要做任何参数上的更改。如图1-11 所示。 图 1-11 UG NX 10 支持中文 2. 文 件 名支持中文 1.文件路径支持中文 3.成功生成模型的预览 第1章 UG NX 10曲面设计基础9 3. 新增“极点”捕捉 在上边框条的捕捉区域中，新增加了“极点”捕捉，如图 1-12 所示。可以对曲面和曲线的极点进行捕捉。 图 1-12 新增“极点”捕捉 1.2.2 UG NX 10 曲面新增功能 UG NX 10 的曲面造型功能更为强大，也更易掌握。在 UG NX 9 的曲面模块上进行修整和完善，新增了“创意塑型”功能，对部分命令也进行了调整。 1. 新增“创意塑型”功能 创意塑型是 UG NX 9 新增加的测试用可选功能， 而 UG NX 10 在此基础之上进行了补充和完善，并正式加入到 UG 的命令组中。创意塑型是一种快速建模，类似于 3Ds max 中的建模方式，不依靠数据，而是依靠体素元素进行建模，建模过程相当于捏橡皮泥。相较于传统的建模方式，具有快速、灵活的特点，是未来建模的趋势，也是 UG NX 的重点发展方向。 创意塑型的建模可以直接从体素形状开始，操控周围的“箱子”以根据需要使形状变形。可以将箱子的各个面细分成所需数量，以更好地进行控制。使用创意塑型功能可轻松创建平滑过渡，并且有许多选项可用于创建形状。最终产品为高质量的 B 曲面，可作为编辑性很好的 NX 特征，并且所需时间不到以前方法的一半。这样，您就可以快速实现理念概念化而无需专业知识。创意塑型可以与其他造面和设计工具结合（或一起）使用。 在菜单按钮中选择“插入”“创意塑型”选项，即可以进入“创意塑型”模块，功能区界面变更如图 1-13 所示。 图 1-13 “创意塑型”模块 在“创意建模”的“创建”选项卡中，包含有“体素形状” “拉伸框架” “放样框架”“扫掠框架” “管道框架”等主要创建方法。每一种命令的操作方法都与“建模”模块下的大体相同，只不过截面“草图”需要转换为“折线” ，所创建出来的模型也包含“框架顶点” ，如图 1-14 所示。 通过编辑“框架顶点” ，对其进行拖移，便可以得到任意的模型，如图 1-15 所示。 新增“极点”捕捉 10 中文版曲面设计从入门到精通 图 1-14 “拉伸框架”对话框 图 1-15 对“框架顶点”进行拖移建模 2. “修剪和延伸”命令的调整 “修剪与延伸”分为两个独立命令。以前版本在使用“修剪与延伸”命令时，只能对模型进行简单的延伸与剪切式修剪，而新版本中新增“延伸片体”命令，且能在“偏置”文本框中输入负值，对曲面进行缩短。该命令在第 6 章有详细介绍。 1.3 曲面的数学模型 曲面是空间具有两个自由度的点的轨迹，常见的有平面、旋转面和二次曲面。二次曲面指任何 N 维的超曲面，其定义为多元二次方程的解的轨迹。 1.3.1 曲线-曲面的结构特征 在工程设计时，造型曲线是创建曲面的基础，曲线创建得越平滑，曲率越均匀，则获得曲面的效果将越好。此外使用不同类型的曲线作为参照，可创建各种样式的曲面效果，例如使用规则曲线创建规则曲面，而使用不规则曲线将获得不同的自由曲面效果。 1. 曲线的结构特征 曲线可看作是一个点在空间连续运动的轨迹。按点的运动轨迹是否在同一平面，曲线可分为平面曲线和空间曲线；按点的运动有无一定规律，曲线又可分为规则曲线和不规则曲线。 因为曲线是点的集合，所以画出曲线上的一系列点的投影，并将各点的同面投影依次光滑连接，得到该曲线的投影，这是绘制曲线投影的一般方法。若能画出曲线上一些特殊的点，如最高点、最低点、最左点、最右点、最前点及最后点等，则可更确切地表示曲线。 曲线的投影性质 曲线的投影一般仍为曲线，如图 1-16 所示曲线 L，当它向投影面进行投影时，形成一通过拖移框架顶点创建任意模型 第1章 UG NX 10曲面设计基础11 个投射柱面，该柱面与投影平面的交线必为一曲线，故曲线的投影仍为曲线。属于曲线的点，它的投影属于该曲线在同一投影面上的投影。如图 1-16 所示点 D 属于曲线 L，则它的投影点 d 必属于曲线的投影 I；属于曲线某点的切线，它的投影与该曲线在同一投影面的投影仍相切于切点的投影。 曲线的阶次 由不同幂指数变量组成的表达式称为多项式。多项式中最大指数称为多项式的阶次，例如：6X3+3X3-8X=10（阶次为 3 阶），5X4+6X3-7X=10（阶次为 4 阶） 。 曲线的阶次用于判断曲线的复杂程度，而不是精确程度。简单一点说，曲线的阶次越高，曲线就越复杂，计算量就越大。而使用低阶曲线更加灵活，更加靠近它们的极点，使得后续操作（显示、加工、分析等）运行速度更快，也便于与其他 CAD 系统进行数据交换，因为许多 CAD 只接受 3 次曲线。 图 1-16 曲线投影到指定平面上 使用高阶曲线常常会带来如下弊端：灵活性差，可能引起不可预知的曲率波动，造成与其他 CAD 系统数据交换时的信息掉失，使得后续操作（显示、加工、分析等）运行速度变慢。一般来讲，最好使用低阶多项式，这就是为什么在 UG、Pro/E 等 CAD 软件中默认的阶次都为低阶的原因。 规则曲线 规则曲线就是按照一定规律分布的曲线特征。规则曲线根据结构分布特点可分为平面和空间规律曲线，分别介绍如下： 平面规则曲线：平面规则曲线：凡曲线上所有的点都属于同一平面，则该曲线称为平面曲线。常见的圆、椭圆、抛物线和双曲线等可以用二次方程描述。平面曲线除具有上节所述的投影性质外， 还有下列投影性质： 平面曲线所在的平面平行于某一投影面时， 则在该投影面的投影，反映曲线的实形，如图 1-17 所示；平面曲线所在的平面垂直于某一投影面时，则在该投影面的投影， 积聚成一条直线； 平面曲线上某些奇异点的投影保持原有性质， 即曲线的拐点、尖点及两重点投影后仍为曲线投影的拐点、尖点及两重点。此外，抛物线、双曲线、椭圆的投影为椭圆。 源曲线 投影曲线 12 中文版曲面设计从入门到精通 图 1-17 创建平面规则曲线 空间规则曲线：空间规则曲线：凡是曲线上有任意四个连续的点不属于同一平面，则称该曲线为空间曲线。常见的空间规律曲线有圆柱螺旋线和球面螺旋线，如图 1-18 所示。 图 1-18 圆柱和球面螺旋曲线 不规则曲线又称自由曲线，是指形状比较复杂、不能用二次方程准确描述的曲线。自由曲线广泛用于汽车、飞机、轮船的计算机辅助设计中。其涉及的问题有两个方面：一是对已知自由曲线，通过交互方式加以修改，使其满足设计者的要求；二是由已知的离散点确定曲线。使用平面离散点获得曲线特征，则必须首先通过拟合方式形成光滑的曲线。离散点确定了曲线的大致形状，拟合就是强制曲线沿着这些点绘制出样条曲线，通常情况下为创建更加光滑的曲线，可将几个曲线段彼此首尾相连拼接，这就要求曲线连接处有连续的一阶和二阶导数， 从而保证各曲线段的光滑连接。 拟合曲线可以通过下面两种方法获得。 插值拟合：插值拟合：该方法要求构造的曲线依次通过一组离散点（称为型值点）并满足光滑性要求，称作插值样条曲线。在设计的最初阶段，型值点的确定往往是不精确地，需要修改，而插值曲线不能直接通过修改离散点的坐标控制和修改曲线的形状， 如图 1-19 所示。 以插值方法构造的自由曲线，一般用于绘图或动画设计。 逼近拟合逼近拟合：要求构造的曲线最逼近所给定的数值点（称为控制点） ，称作逼近样条曲线。将控制点用直线段连接起来，称为曲线的控制图（或称为控制多边形） ，如图 1-20 所示。包含一组控制点的凸多边形边界称为“凸包” ，每个控制点均在凸包之内或凸包边界线连接处有拐点 线连接处有两重点 侧向投影具有积聚性 曲线投影与源曲线相同 连接处 有尖点 第1章