在圓柱（圓錐）面上寫字
時(shí)間:2011-05-14 12:59:44 來源:未知
Pro/E自美國參數(shù)技術(shù)公司(Parametric Technology Gorporation)于1988年推出以來，憑借著強(qiáng)大的功能，已成為最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、自行車、航天、家電、玩具等行業(yè)。Pro/E軟件的功能很多，其中最常用、強(qiáng)大的是造型功能。在造型過程中，會(huì)經(jīng)常遇到一些特殊的復(fù)雜曲面，而這些曲面往往不能通過實(shí)體造型這種方法得到，這時(shí)就要用到曲面造型功能。Pro/E中的曲面功能非常強(qiáng)大，一些實(shí)體中所不能解決的問題往往都要通過它去解決。因此，掌握曲面造型功能，是解決機(jī)械設(shè)計(jì)中復(fù)雜圖形及模具曲面造型的關(guān)鍵。
1 曲面造型的特點(diǎn)及與實(shí)體造型的區(qū)別
Pro/E中，最基本的造型模式是實(shí)體造型。一個(gè)較規(guī)則的三維圖形用實(shí)體來做，往往比較方便而迅速。如圖1所示的階梯軸，就是用實(shí)體方法來做的。
曲面僅僅描述了物體表面的幾何形狀，它沒有厚度和質(zhì)量。Pro/E將其稱為Quilt(曲面片)，以區(qū)別實(shí)體特征的外表面。 Pro/E 中，曲面造型首先是建立曲面模型。一般先由非常彈性化的方式來建立單一曲面，然后將許多單一曲面集成為完整且沒有間隙的曲面模型。曲面特征的建立除了與實(shí)體相同的一些方式外，也可由點(diǎn)建立成曲線，再由曲線建立成曲面。此外，曲面相互之間也有很高的操作性。如圖2所示，這就是單一曲面集成曲面模型的例子。 曲面模型描述了零件的表面，但不描述零件的質(zhì)量和體積。而實(shí)體的模型不僅描述了零件的輪廓線和表面，還描述其體積。可以說，實(shí)體模型包含了曲面的信息。可是，在某些場(chǎng)合，有時(shí)就僅僅需要這種表面模型，如產(chǎn)生NC代碼的應(yīng)用程序。而在那些需要實(shí)體的情況時(shí)，曲面模型也能很方便的轉(zhuǎn)化為實(shí)體。 曲面模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型的方法是：以所建成的曲面為基準(zhǔn)，用Use quilt在模型中加減材料就能得到所需要的形狀。這種方法與實(shí)體的根本區(qū)別在于：當(dāng)邊界存在著交涉的情況時(shí)，往往用實(shí)體的方法無法生成所需要的形狀。而用曲面建模這種方法可以避開這種情形的制約。 實(shí)際造型過程中往往需要這兩種方法混合使用。對(duì)于較為復(fù)雜的零件，其中絕大部分是比較簡(jiǎn)單的圖形，用實(shí)體造型這種方法就可以解決。到了形狀特別復(fù)雜的部分，僅由實(shí)體造型很難生成，這時(shí)再用曲面造型方法來生成。通過這兩種方法的混合使用，既能大大地提高造型效率，又能成功建立復(fù)雜模型。
2 曲面建模工作中一般技巧
在曲面的建模過程中，由于所要生成圖形的多樣性、復(fù)雜性以及本身的特殊性，所采用的方法和思路也是千變?nèi)f化的。即使是一個(gè)模型，往往也有許多解決方法和思路。但是，現(xiàn)實(shí)的工作中，對(duì)于Pro/E里的一些共性的東西有必要加以歸納和總結(jié)。這樣，可以大大提高建模的效率和成功率。
- 建模時(shí)要先建立3個(gè)默認(rèn)的基準(zhǔn)面。這種方式是以默認(rèn)的基準(zhǔn)面為參考依據(jù)，可以避免不必要的父子關(guān)系，提高建立模型與修正模型的成功率。
- 正如CAD中一樣，建模時(shí)要首先確定好層的概念。比如說，把模型中的面，線，點(diǎn)等等都分類歸結(jié)成一層。這樣的建模過程中既可以根據(jù)需要把它們顯現(xiàn)出來，又可以把它們隱藏起來，以簡(jiǎn)化圖層。
- 建模過程中要適當(dāng)使用臨時(shí)基準(zhǔn)面。因?yàn)榻⑴R時(shí)基準(zhǔn)面所用的參數(shù)變?yōu)樘卣鞯膮?shù)，在特征的修改和刪除時(shí)能避免不必要的父子關(guān)系，簡(jiǎn)化操作。
- 要有效使用剖面繪制中的一些命令。比如說，Align：可以避免一些不必要的尺寸標(biāo)注。Use Edge：使用已完成特征的Edge作為現(xiàn)有剖面圖素等等。
- )要善于使用Reorder、Redefine、Reroute這些操作。在建模過程中，由于父子關(guān)系的存在，刪除、修改等一系列的操作不便進(jìn)行，有時(shí)甚至是無法進(jìn)行。這時(shí)可以利用這些命令進(jìn)行操作，解決這些由父子關(guān)系所產(chǎn)生的問題。
- 建模過程中適當(dāng)使用Suppress。這個(gè)命令可以將復(fù)雜特征暫時(shí)刪去，以節(jié)省重新生成圖形時(shí)間，提高建模效率。在圖形相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單的時(shí)候也許效果不明顯，但是當(dāng)圖形特別復(fù)雜的時(shí)候，這種方法的優(yōu)越性就會(huì)體現(xiàn)出來了。
- 曲面模型都是由單一曲面集成的完整、沒有間隙的曲面。曲面模型的最終建成，沒有間隙這個(gè)因素占了很大的成分。所以在建模的過程中，要特別注意這方面原因。當(dāng)曲面模型因?yàn)槟撤N原因無法生成的時(shí)候，要首先考慮這個(gè)因素。另外，曲面在集成的過程中，單一曲面的集成方向也尤為重要，常常影響曲面模型的最終建成。
3 Pro/E在工程中的應(yīng)用
由于Pro/E本身強(qiáng)大的功能，在機(jī)械工程的應(yīng)用越來越廣泛。Pro/E可以應(yīng)用于如三維建模、有限元分析、模具開發(fā)、NC加工、逆向工程、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、機(jī)構(gòu)仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等場(chǎng)合。
法蘭叉頭是無螺栓萬向聯(lián)軸節(jié)的主要零件，用于傳遞力矩。從結(jié)構(gòu)上來說，叉頭本身因空間的限制，尺寸不能過大，傳遞的力矩較大，所以對(duì)于叉頭本身的結(jié)構(gòu)要求很高。一般來說，工作應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在叉形槽與軸承底座的根部圓角處的里端，沿軸線方向，由里向外應(yīng)力值逐漸下降。另外，在軸承孔內(nèi)表面的上方較薄處和承載側(cè)下方也有較高水平的應(yīng)力區(qū)：從裝配上來說，叉頭在裝上十字軸后還要扣另一個(gè)叉頭，要保證無干涉：從工作情形來說，要保證叉頭與中間軸的相對(duì)轉(zhuǎn)角不小于10°。所有這些特性就造成了叉頭在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出許多復(fù)雜曲面，給建模工作增加了難度。下面就是通過Pro/E來完成這個(gè)模型的建立。
在造型的過程中，要在法蘭叉頭的中間內(nèi)側(cè)的頂部做一個(gè)10°的拔模斜度，然后過渡到中間內(nèi)側(cè)的分界面，變?yōu)?5°的拔模斜度。現(xiàn)在只知道一條軌跡線，即通過最左邊的輪廓線平移得到的一條軌跡線。 如果依照前面提到的實(shí)體造型來做，使用混合掃描和高級(jí)sweep，可是現(xiàn)在通過這兩種方法來做，往往由于圖形學(xué)上的問題，無法生成理想的要求。比如已知一條軌跡線和3個(gè)已做的截面，通過混合掃描來做，圖形是生成了，可是在圖形的頂部卻有一個(gè)三角形的截面，如圖1中的A面，這個(gè)截面存在于圖形上，而且無論用什么方法都無法將其切除。 這個(gè)問題中要涉及到圖形學(xué)中的一些問題。目前，非均勻，樣條(NURBS)以豐富的表達(dá)內(nèi)涵和靈活的設(shè)計(jì)特征，廣泛應(yīng)用于工業(yè)建模中。Pro/E也是基于NURBS的基礎(chǔ)之上。NURBS曲面由下式定義
| P(u,w)= |
n |
m |
Bi,k(u)Bj,l(w)Wi,jVi,j |
| ∑ |
∑ |
| i=0 |
j=0 |
| |
| n |
m |
Bi,k(u)Bj,l (w)Wi,j |
| ∑ |
∑ |
| i=0 |
j=0 |
式中：Vi,j為控制頂點(diǎn)：Wi,j為權(quán)因子：Bi,k(u)Bj,l(w)為沿u向的k次和沿w向的l次B樣條基函數(shù)。 這種NURBS方法有很多優(yōu)點(diǎn)：可以用一個(gè)統(tǒng)一的表達(dá)式同時(shí)表示標(biāo)準(zhǔn)的解析形體和自由曲面：修改曲面的形狀，既可以借助調(diào)整控制頂點(diǎn)，又可利用權(quán)因子，有較大的靈活性：它的計(jì)算也是穩(wěn)定的。這時(shí)可以通過曲面造型的方法來做。先用曲面生成所需的邊界，然后將曲面外的部分切去，就可解決用實(shí)體來做而產(chǎn)生的這種異常情形。 具體作法是：在圖形中找出3個(gè)截面上的頂點(diǎn)，即是3個(gè)截面于原來圖形的6個(gè)接觸點(diǎn)。然后通過boundaries命令將前面的6個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)曲面。由于這個(gè)曲面不是封閉的，所以要構(gòu)成我們所需要的圖形還要構(gòu)造兩個(gè)flat即是兩個(gè)45°的截面。現(xiàn)在通過這兩個(gè)flat和曲面用merge將這3個(gè)面集合到一起，這樣所需要的曲面就建成了。最后通過Usequilt命令將曲面以外的部分切除掉，最終得到我們所需要模型。 法蘭叉頭中這樣的例子有許多，都是通過曲面造型來做的，如圖4所示，法蘭叉頭中的B、C和D都要求與交界面處的分界面根部相切。這些部分都可以通過曲面造型這種方法來生成，生成后的法蘭叉頭如圖4所示，它真實(shí)的反映了零件的形狀。