CAXA实体设计教学教案

2024-07-31

CAXA实体设计教学教案（通用5篇）

1.CAXA实体设计教学教案篇一

叶轮是泵类产品中比较核心的零件，其中叶片部分是一个比较复杂的曲面结构，如何快速、准确的利用三维设计软件绘制水泵叶轮模型是泵类产品工程师所面临的一个难题，利用CAXA实体设计及CAXA电子图板软件就可以轻松解决这个难题。

叶轮设计思路

水泵叶轮的设计计算一般都是通过一些辅助设计软件来进行，由软件输出一些叶片的相关参数，再由工程师来完成二维的工程图。在叶轮的工程图中，一般有叶轮的外壳尺寸及叶片的工作面、背面参数表。参数表中主要有角度及相应角度下叶轮中心轴到叶片工作面或背面的距离，其实也就是多个特征点的极坐标列表。

我们可以将极坐标通过三角函数转化为相应特征点的直角坐标，输入到实体设计中绘制三维曲线，再生成曲面；也可以直接利用极坐标来绘制三维曲线再生成曲面。下面主要介绍直接利用极坐标来绘制水泵叶轮。

设计叶轮步骤

1、在CAXA电子图板中利用叶轮工程图输出叶轮外壳草图，在CAXA实体设计中通过旋转特征读取外壳草图生成叶轮外壳模型。

注意：在电子图板中可通过“拾取过滤设置”来快速选取叶轮截面及中心线，然后进行调整以便输出草图，草图定位点为叶轮中心线的交点；在实体设计中“旋转特征”时草图平面要调整为X—Z平面，即旋转轴要与Z轴同向，然后通过“工具”下的“运行外部加载工具”来读入电子图板输出的叶轮外壳草图。（草图的输出也可以利用电子图板的“部分存储”功能，然后在“旋转特征”的草图界面中点右键直接输入。）

2、以叶轮外壳中间空白部分的边界为草图旋转95度做一个辅助实体。

注意：做辅助实体的过程与做叶轮外壳相似，“旋转特征”的草图平面仍为X—Z平面，并且草图中心点位置为（0，0，0）。

3、将叶片的极坐标参数转移到Excel表格中。可以利用CAXA电子图板的二次开发小程序快速实现（二次开发小程序→编辑表格文字→表格编辑）。

4、对Excel中的数据进行整理，将其整理成标准的X，Y，Z直角坐标值。其中各点X坐标值直接输入极坐标中各点的半径值；Y坐标全部设置为“0”；“0，1，2，3，4”五个等高面的Z坐标值分别为“-12，0，12，24，36”，“a,b”两点的Z坐标值即叶片示意图中各角度面与“a,b”两边的交点到“1”等高面的距离，需要用尺寸标注命令从图中量出来。（“1”等高面与上面绘制叶轮外壳时的草图定位点在同一平面内，是模型的基准面，所以Z坐标值为“0”。为保证精度，通过尺寸标注量取“a,b”两点的Z坐标值时可将尺寸标注的精度调高。）

5、将Excel中的数据复制到txt文本中，再读入到实体设计中生成三维曲线。（每个角度下的7个点为一组数据，每次复制一组数据生成一条曲线，为方便起见可将前面绘制的叶轮外壳及辅助实体压缩。）

6、因为所有特征点的Y坐标都为0，所以生成的曲线全部在0角度面上，我们可以通过三维球将每

叶轮是泵类产品中比较核心的零件，其中叶片部分是一个比较复杂的曲面结构。如何快速、准确的利用三维设计软件绘制水泵叶轮模型是泵类产品工程师所面临的一个难题，利用CAXA实体设计及CAXA电子图板软件就可以轻松解决这个难题。

叶轮设计思路

水泵叶轮的设计计算一般都是通过一些辅助设计软件来进行，由软件输出一些叶片的相关参数，再由工程师来完成二维的工程图，

在叶轮的工程图中，一般有叶轮的外壳尺寸及叶片的工作面、背面参数表。参数表中主要有角度及相应角度下叶轮中心轴到叶片工作面或背面的距离，其实也就是多个特征点的极坐标列表。

设计叶轮步骤

1、在CAXA电子图板中利用叶轮工程图输出叶轮外壳草图，在CAXA实体设计中通过旋转特征读取外壳草图生成叶轮外壳模型。

2、以叶轮外壳中间空白部分的边界为草图旋转95度做一个辅助实体。

注意：做辅助实体的过程与做叶轮外壳相似，“旋转特征”的草图平面仍为X—Z平面，并且草图中心点位置为（0，0，0）。

3、将叶片的极坐标参数转移到Excel表格中。可以利用CAXA电子图板的二次开发小程序快速实现（二次开发小程序→编辑表格文字→表格编辑）。

6、因为所有特征点的Y坐标都为0，所以生成的曲线全部在0角度面上，我们可以通过三维球将每

条曲线调整到对应角度面上。用三维曲线将每条曲线的同一端连接起来，组成完整的网格线。

7、利用网格面命令绘制叶片工作面及背面曲面，利用曲面延伸功能将工作面及背面曲面的每条边都延伸5mm，将辅助实体解压缩。

8、利用分裂零件命令，用叶片工作面及背面曲面将辅助实体分割开，删除多余部分，即得到完整叶片模型。

9、将叶轮外壳模型解压缩，挖键槽，再将叶片进行阵列，然后将叶片和外壳进行布尔运算即得到叶轮的完整零件模型。

通过以上几个步骤，我们就绘制出一个水泵叶轮三维模型。纵观整个过程，我们所运用的都是CAXA实体设计最基本的功能，通过数据整理，让参数变的直观、简洁，更方便快速输入到实体设计；这也反映出CAXA实体设计软件易学易用、快捷高效的特点。

2.CAXA实体设计教学教案篇二

本文将以电源机箱钣金件设计为例, 介绍CAXA实体设计软件在钣金设计中的应用。

1 CAXA钣金件的三维建模方法

CAX A实体设计软件提供了两种生成钣金零件的方法。

(1) 包络钣金设计, 创建或引入一个实体零件, 然后为其包络钣金件——可称为“基于实体造型的包络钣金设计”。

(2) 箱式钣金件设计, 依据钣金的特点直接生成钣金零件, 具体包括钣金设计中的板料添加、折弯添加及编辑、添加各种型孔、添加自定义轮廓、切割钣金件等。

以上两种方法都有各自的使用范围, 第一种方法适用于针对实体的包络零件, 可在实体的基础上做进一步的细化、美化等设计;第二种方法从最初设计阶段开始生成的就是钣金零件, 主要适用于箱体等非包络件, 使钣金零件的模型生成更加高效和快捷。

2 CAXA电源机箱钣金件的三维建模过程

根据上面的分析, 我们采用第二种方法——使用箱式钣金设计。具体过程如下。

2.1 设置钣金材料

打开CAXA设计软件, 选择“工具”下拉菜单, 在其中选择“选项”, 并激活该对话框, 在对话框中选择“板料”, 从板料列表中选择一个缺省板料作为新钣金零件材料。

2.2 拖放板料到设计环境中

在设计元素库中选中“板料”, 把它拖入设计环境。双击“板料图素”, 然后编辑设计板料形状。

2.3 添加折弯

使用“视向”工具调整零件显示的大小、方向和位置。然后从设计元素库中选择“折弯”图素, 将图素拖放到板料下边沿上。这时会在原板料上添加一个向下的“折弯”图素。

2.4 添加孔

从设计元素库中选中“圆孔”, 拖放到图中的适当位置, 将鼠标指针放到冲孔尺寸调节按钮处, 按钮呈高亮状态指针也变为手指形指针。单击鼠标右键激活“添加加工属性”菜单, 点击进入“冲孔属性”对话框, 在自定义栏中填入冲孔的直径尺寸, 单击确定。完成电源机箱的设计, 如图1所示。

3 钣金件展开图

早期, 计算机辅助设计技术还不够成熟, 钣金设计也没有引入CAD技术, 钣金的下料尺寸常主要使用“等分投影法”, 也即根据中性层长度不变的原理通过手工方法进行计算, 但是手工计算形状复杂且边缘有孔的钣金件时, 其展开尺寸和孔位尺寸不仅计算困难, 计算精度也无法得到有效保障。

使用CAXA钣金功能中的展开命令, 使这一工作变得非常简单而精确。现在我们只要在完成钣金零件三维建模后, 点击“展开”命令即可得到该钣金件的三维展开图, 如图2所示。得到钣金件三维展开图后, 我们就能够便捷地得到下料尺寸, 并且可以根据钣金成形工艺设计知识来判定毛坯形状是否合理, 对可能引起变形沿毛坯分布不均匀的结构进行修改, 进而提高产品的质量。

4 结语

通过使用CAXA实体设计软件设计钣金件, 我们总结出如下几点。

(1) 通过相互装配主要元件来创建组件。可以包括简单的支撑结构或此时尚未完全定义的钣金零件。

(2) 用内部元件作为参照在组件模式中创建或修改钣金零件。此过程有助于创建支撑壁、成形特征以加固面板, 或创建冲孔和凹槽以坚固元件。

(3) 相对于内部元件和通过相互关系定义箱体和支撑结构后, 增加所有其余元件和特征。

(4) 创建或选取一个折弯表, 从而在展开零件时提供材料的裕量、折弯表数据用于确保钣金零件flat pattern几何的精确性。

(5) 在钣金模式下, 创建一个折弯顺序表以定义各零件的折弯序列。

(6) 添加flat pattern特征。这将在已设计的钣金模型中创建一个自动展平特征。

(7) 使用多模型绘图来记录此设计。可同时包括flat state和as designed实例。显示依照设计零件的特征尺寸, 并创建平整状态零件的尺寸。作为注释增加折弯顺序表。

CAX A实体设计软件中的造型特征和特定的钣金特征都能协助完成钣金件的设计工作, 并能非常方便地得到钣金件的三维展开图以及下料的尺寸、面积和质量等，通过计算结果可对设计产品进行优化与改进, 从而非常方便地完成钣金件的设计工作。

参考文献

[1]吕志杰.CAXA实体设计实例教程[M].北京:机械工业出版社, 2012, 1.

[2]郑刚.汽车覆盖件冲压成形中的拉延筋模型及其参数反演研究[D].湖南大学, 2009, 7.

3.CAXA实体设计教学教案篇三

【关键词】CAXA；机械制图；教学；整合

《机械制图》是中职机械及机械相关专业开设的一门基础课。这门课程既有讲述绘制工程图样，读工程图样方法的理论知识，同时又有需要学生自己画图的实践环节，是理论紧密联系实践的一门课程，是后续学习机加工工艺，数控编程等机械专业课的基础课。

中职机械及机械相关专业培养的毕业生，很多人将来都会从事数控加工的工作。因此，学好《机械制图》对中职生来说至关重要，对中职毕业生自身的持续发展也极其有利。

一、传统《机械制图》的教授方法

由于刚从初中毕业，中职学生没有任何专业背景，缺乏空间想象能力。因此，在学习机械制图时，学生普遍反映该课程难学难懂，对《机械制图》有恐惧感，很多人在学习中感觉枯燥乏味，知难而退。所以，为帮助学生克服畏难情绪，树立信心，尽快建立起空间想象力，有必要研究新的教学手段、教学方法。

在《机械制图》教学中，引入CAXA实体设计软件，运用三维实体造型进行辅助教学，有助于帮助学生更好地理解空间形体，使枯燥的教学过程趋于灵活化，形象化、生动化和过程化；有助于学生空间想象能力的形成和深化，活跃课堂气氛，大大提高课堂教学效率，实现启发式教学。

二、CAXA实体设计软件

CAXA实体设计是北航海尔公司研制开发的国产绘图软件，全汉化环境，集二维草绘、三维实体造型等于一体，将设计全生产过程集成到一起，让用户能够同时进行同一产品的设计，制造等工作，受到众多用户的广泛认可。

CAXA实体设计具有以下优点：

1.易学、易用、界面友好、操作过程直观简单、功能强大。

2.具有强大的实体造型功能，可快速设计出三维实体零件。

3.可使用造型的实体零件进行仿真装配，动态观察可运动零部件的运动情况。

三、CAXA实体设计与中职《机械制图》教学的整合

（一）截交线和相贯线

截交线和相贯线是机械制图教学中的难点。学生在刚刚接触制图不久就开始学习截交线、相贯线的内容，若只靠数量不多的模型和平面挂图，让他们去想象基本体的截切、相贯，画出截交线的形状，往往是不容易实现的。

在讲截交线时，可以利用CAXA实体设计，先建出基本体模型，然后在三维操作界面中直观地演示各种切割方法及各种切割位置下截交线的变化。通过演示，使学生深刻理解截交线的实质：截交线既在截平面上，又在立体表面上，截交线是截平面和立体表面的共有线。教师尝试让学生自己总结截交线的求法：求截平面与立体表面的共有点。在CAXA建模时，被截切立体的形状遵循从简单到复杂，从易到难的原则，循序渐进地展示，不断地培养学生的空间想象和思维能力。如图1所示开槽圆球的截交线。

在讲解相贯线时，可先用CAXA实体设计建立两个相交体的模型，引导学生观察交线的形状并判断出相贯线的性质：相贯线是立体表面共有点的集合。教师趁热打铁总结出相贯线的求法：表面取点法和辅助平面法。在观察模型的过程中，可不断转换各个角度让学生观察，慢慢激发学生的形象思维能力和逻辑判断能力。如图2为圆柱与圆柱、半圆柱的相贯线。

（二）组合体

组合体的组合形式有叠加型和切割型两种。学生一般能分析并正确补画叠加型组合体的三视图；但对于切割型组合体，学生往往不知如何下手。可以采用CAXA实体设计三维模型进行授课，如图3所示的切割型组合体可以看成是由一个四棱柱体经3次切割而成的。先用CAXA实体设计做出四棱柱（如图4所示），然后依次用不同的截平面去切割它，得到所求的立体。讲课时，可先让CAXA的模型回溯到完整的四棱柱状态，再动态依次演示整个切割过程，提高学生的学习兴趣。

（三）剖视图

在讲述剖视图时，传统教学往往是采用挂图直接讲解，一旦题型发生改变，学生就不能合理选择剖切方法及剖切平面。

利用CAXA实体造型后，可以采用“剖面视图”工具对不同立体位置进行剖切，引导学生仔细观察，先由学生来选择最合理的剖视图，发现最合理的剖切方法，分析出不同的剖切位置对剖视图的影响，教师进行归纳总结，使学生学会选择合适的剖切方法。图5所示为表达机件内部结构的全剖视图。当机件内部结构呈对称形状时，又可采用半剖。当大部分形体已表达清楚，只需表达局部结构时，又可采用局部视图。不同的情况都可在CAXA实体设计中快速、方便的表达出来，并采用合理的剖切方法。

（四）装配图

由于缺乏实践经验，学生难以理解装配体的工作原理，零件装配、联接关系，更不能对装配体进行独立分析。

CAXA三维实体设计中，可动态仿真产品的装配关系。CAXA还可以旋转、剖切、模拟拆分零件，对学生理解装配图中各零件之间的装配位置关系极为有利。

四、结语

CAXA软件操作方法简单易学，在教学中可利用CAXA软件将图形的分析和想象过程形象地表达出来，针对不同的教学对象、教学要求，可随时随地调整现有模型或建立新的模型。

CAXA实体设计与中职《机械制图》教学的有效整合，可使传统的以教师为中心的教学模式，转变为以学生为认知过程主体，学生主动参与双边活动的新型教学模式。同时，也可以改变传统教学中粉笔加黑板的单一、呆板的表现形式，将抽象、生涩的知识直观化、形象化，激发学生学习兴趣，取得良好的教学效果。

参考文献

[1]北京数码大方科技有限公司.CAXA实体设计2011用户手册[S].

[2]张正辉.中职机械制图课程改革的探索与实践[J].中等职业教育,2008.

[3]潘美祥主编.浙江省课改教材.机械识图[M].高等教育出版社,2009,7.

4.CAXA制造工程师教案篇四

§1.1 数控加工技术概述

§1.1.1数控加工的特点

数控加工，也称之为NC（Numerical Contorl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有二点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。

一、数控加工具有如下优点：

1、提高生产效率；

2、不需熟练的机床操作人员；

3、提高加工精度并且保持加工质量；

4、可以减少工装卡具；

5、可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，用数控加工可以一次装卡完成，缩短加工周期，提高生产效率。

6、容易进行加工过程管理；

7、可以减少检查工作量；

8、可以降低废、次品率；

9、便于设计变更，加工设定柔性；

10、容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；

11、操作容易，极大减轻体力劳动强度

随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。

如何进行数控加工程序的编制是影响数控加工效率及质量的关键，传统的手工编程方法复杂、烦琐，易于出错，难于检查，难以充分发挥数控机床的功能。在模具加工中，经常遇到形状复杂的零件，其形状用自由曲面来描述，采用手工编程方法基本上无法编制数控加工程序。近年来，由于计算机技术的迅速发展，计算机的图形处理功能有了很大增强，基于CAD/CAM技术进行图形交互的自动编程方法日趋成熟，这种方法速度快、精度高、直观、使用简便和便于检查。CAD/CAM技术在 1 工业发达国家已得到广泛使用。近年来在国内的应用也越来越普及，成为实现制造业技术进步的一种必然趋势。

§1.1.2 数控加工

数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。

被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后置处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所示：

【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】

1、零件数据准备：系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图纸，特别在广泛采用Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。

2、确定粗加工、半精加工和精加工方案。

3、生成各加工步骤的刀具轨迹。

4、刀具轨迹仿真。

5、后置输出加工代码。

6、输出数控加工工艺技术文件。

7、传给机床实现加工。

§1.2 自动编程基础知识

§1.2.1自动编程的概念

前面介绍了数控编程中的手工编程，当零件形状比较简单时，可以采用这种方法进行加工程序的编制。但是，随着零件复杂程度的增加，数学计算量、程序段数目也将大大增加，这时如果单纯依靠手工编程将极其困难，甚至是不可能完成的。于是人们发明了一种软件系统，它可以代替人来完成数控加工程序的编制，这就是自动编程。

自动编程的特点是编程工作主要由计算机完成。在自动编程方式下，编程人员只需采用某种方式输入工件的几何信息以及工艺信息，计算机就可以自动完成数据处理、编写零件加工程序、制作程序信息载体以及程序检验的工作而无须人的参与。在目前的技术水平下，分析零件图纸以及工艺处理仍然需要人工来完成，但随着技术的进步，将来的数控自动编程系统将从只能处理几何参数发展到能够处理工艺参数。即按加工的材料、零件几何尺寸、公差等原始条件，自动选择刀具、决定工序和切削用量等数控加工中的全部信息。

§1.2.2自动编程的分类

自动编程技术发展迅速，至今已形成的种类繁多。这里仅介绍三种常见的分类方法。

一、使用的计算机硬件种类划分，可分为：微机自动编程，小型计算机自动编程，大型计算机自动编程，工作站自动编程，依靠机床本身的数控系统进行自动编程

二、按程序编制系统（编程机）与数控系统紧密程度划分

1、离线自动编程与数控系统相脱离，采用独立机器进行程序编制工作称为离线自动编程。其特点是可为多台数控机床编程，功能多而强，编程时不占用机床工作时间。随着计算机硬件价格的下降，离线编程将是未来的趋势。

2、在线自动编程数控系统不仅用于控制机床，而且用于自动编程，称为在线自动编程。编程信息的输入方式划分

1、语言自动编程：这是在自动编程初期发展起来的一种编程技术。语言自动编程的基本方法是：编程人员在分析零件加工工艺的基础上，采用编程系统所规定的数控语言，对零件的几何信息、工艺参数、切削加工时刀具和工件的相对运动轨迹和加工过程进行描述形成所谓“零件源程序”。然后，把零件源程序输入计算机，由存于计算机内的数控编程系统软件自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算，加工程序的编制和控制介质的制备（或加工程序的输入）、所编程序的检查等工作。

2、图形自动编程：这是一种先进的自动编程技术，目前很多CAD/CAM系统都采用这种方法。在这种方法中，编程人员直接输入各种图形要素，从而在计算机内部建立起加工对象的几何模型，然后编程人员在该模型上进行工艺规划、选择刀具、确定切削用量以及走刀方式，之后由计算机自动完成机床刀具运动轨迹数据的计算，加工程序的编制和控制介质的制备（或加工程序的输入）等工作。此外，计算机系统还能够对所生成的程序进行检查与模拟仿真，以消除错误，减少试切。

3、其它输入方式的自动编程：除了前面两种主要的输入方式外，还有语音自动编程和数字化技术自动编程两种方式。语音自动编程是指采用语音识别技术，直接采用音频数据作为自动编程的输入。使用语音编程系统时，操作人员使用记录在计算机内部的词汇，通过话筒将所要进行的操作讲给编程系统，编程系统自会产生加工所需程序。数字化自动编程是指通过三坐标测量机，对已有零件或实物模型进行测量，然后将测得的数据直接送往数控编程系统，将其处理成数控加工指令，形成加工程序。

§1.2.3自动编程的发展

数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。

数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异，可以“手工”方式逐行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断样强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。

在20世纪50年代中期，MIT伺服机构实验室实现了自动编程，并公布了其研究成果，即APT系统。60年代初，APT系统得到发展，可以解决三维物体的连续加工编程，以后经过不断的发展，具有了雕塑曲面的编程功能。APT系统所用的基本概念和基本思想，对于自动编程技术的发展具有深远的意义，即使目前，大多数自动编程系统也在沿用其中的一些模式。如编程中的三个控制面：零件面（PS）、导动面（DS）、检查面（CS）的概念：刀具与检查面的ON、TO、PAST关系等等。

随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。

虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。

§1.3 CAD/CAM系统简介

§1.3.1基于CAD/CAM的数控自动编程的基本步骤

目前，基于CAD/CAM的数控自动编程的基本步骤如图1-1所示：

一、加工零件及其工艺分析

加工零件及其工艺分析是数控编程的基础。所以，和手工编程、APT语言编程一样，基于CAD/CAM的数控编程也首先要进行这项工作。在目前计算机辅助工艺过程设计（CAPP）技术尚不完善的情况下，该项工作还需人工完成。随着CAPP技术及机械制造集成技术（CIMS）的发展与完善，这项工作必然为计算机所代替。加工零件及其工艺分析的主要任务有：①零件几何尺寸、公差及精度要求的核准；②确定加工方法、工夹量具及刀具；③确定编程原点及编程坐标系；④确定走刀路线及工艺参数。

二、加工部位建模

加工部位建模是利用CAD/CAM集成数控编程软件的图形绘制、编辑修改、曲线曲面及实体造型等功能将零件被加工部位的几何形状准确绘制在计算机屏幕上，同时在计算机内部以一定的数据结构对该图形加以记录。加工部位建模实质上是人将零件加工部位的相关信息提供给计算机的一种手段，它是自动编程系统进行自动编程的依据和基础。随着建模技术及机械集成技术的发展，将来的数控编程软件将可以直接从CAD模块获得相关信息，而无须对加工部位再进行建模。

三、工艺参数的输入

在本步骤中，将利用编程系统的相关菜单与对话框等，将第一步分析的一些与工艺有关的参数输入到系统中。所需输入的工艺参数有：刀具类型、尺寸与材料；切削用量（主轴转速、进给速度、切削深度及加工余量）；毛胚信息（尺寸、材料等）；其它信息（安全平面、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留高度、进退刀方式、走刀方式、冷却方式等）。当然，对于某一加工方式而言，可能只要求其中的部分工艺参数。随着CAPP技术的发展，这些工艺参数可以直接由CAPP系统来给出，这时工艺参数的输入这一步也就可以省掉了。

四、刀具轨迹生成及编辑

完成上述操作后，编程系统将根据这些参数进行分析判断，自动完成有关基点、节点的计算，并对这些数据进行编排形成刀位数据，存入指定的刀位文件中。

刀具轨迹生成后，对于具备刀具轨迹显示及交互编辑功能的系统，还可以将刀具轨迹显示出来，如果有不太合适的地方，可以在人工交互方式下对刀具轨迹进行适当的编辑与修改。

五、刀位轨迹的验证与仿真

对于生成的刀位轨迹数据，还可以利用系统的验证与仿真模块检查其正确性与合理性。所谓刀具轨迹验证（Cldata Check或NC Verification）是指零用计算机图形显示器把加工过程中的零件模型、刀具轨迹、刀具外形一起显示出来，以模拟零件的加工过程，检查刀具轨迹是否正确、加工过程是否发生过切，所选择的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理、刀具与约束面是否发生干涉与碰撞。而仿真是指在计算机屏幕上，采用真实感图形显示技术，把加工过程中的零件模型、机床模型、夹具模型及刀具模型动态显示出来，模拟零件的实际加工过程。仿真过程的真实感较强，基本上具有试切加工的验证效果（对于由于刀具受力变形、刀具强度及韧性不够等问题仍然无法达到试切验证的目标）。

六、后置处理

与APT语言自动编程一样，基于CAD/CAM的数控自动编程也需要进行后置处理，以便将刀位数据文件转换为数控系统所能接受的数控加工程序。

七、程序输出

对于经后置处理而生成的数控加工程序，可以利用打印机打印出清单，供人工阅读；还可以直接驱动纸带穿孔机制作穿孔纸带，提供给有读带装置的机床控制系统使用。对于有标准通讯接口的机床控制系统，还可以与编程计算机直接联机，由计算机将加工程序直接送给机床控制系统。

§1.3.2基于CAD/CAM的数控自动编程系统关键技术概述

一、零件建模（造型）

零件建模是属于CAD范畴的一个概念。它大致研究三方面的内容：①零件模型如何输入计算机；②零件模型在计算机内部的表示方法（存储方法）③如何在计算机屏幕上显示零件。

根据零件模型输入、存储及显示方法的不同，现有的零件模型大致有四大类：①线框模型：通过输入、存储及显示构成零件的各个边来表示零件。其优点是数据量小、运算简单、对硬件要求低；缺点是描述能力有限，个别图形的含义不唯一。这种模型主要应用于工厂车间的布局、运动机构的模拟与干涉检查、加工中刀具轨迹的显示，也可用于建模过程的快速显示。②表面模型：通过输入、存储及显示构成零件表面的各个面及面上的各个边来表示零件。同线框模型相比，表面模型能精确表示零件表面的形状，信息更加完整，因而可以表示很多用线框模型无法表示的零件。但由于表面模型仅能描述零件表面情况，而无法描述零件内部情况，信息仍然是不完备的。利用表面模型可以进行消隐与渲染从而生成真实感图形。该模型可用于有限元网格划分及数控自动编程过程。③实体模型：通过将零件看成实心物体来描述零件。实体模型可以完备的表达物体的几何信息，因而广泛应用于CAD/CAM、建筑效果图、影视动画、电子游戏等各个行业。但实体模型对工程至关重要的工艺信息却还没有涉及。④特征模型：通过具有工程意义的单元（如孔、槽等）构建、表达零件模型的一种方法。该方法在上世纪八十年代后期获得了广泛接受与研究，是一种全新的、划时代的模型方法：对于零件设计者而言，机械零件的设计不在面向点、线、面等几何元素，而是具有特定功能的单元。而特征模型不仅可以完备表达零件的几何与拓扑信息，而且还包含精度、材料、技术要求等信息，从而使零件工艺设计、制造的自动化成为可能。需要指出的是，四种模型之间是有一定关系的：从线框模型到特征模型是一个表达信息不断完善的过程。低级模型是高级模型的基础；高级模型是低级模型的发展。

适合数控编程的模型主要是表面模型、实体模型及特征模型。现有技术条件下，应用最广泛的是表面模型，以表面模型为基础的CAD/CAM集成数控编程系统习惯成为图象数控编程系统。在以表面模型为基础的数控编程系统中，其零件的设计功能（或几何造型功能）是专为数控编程服务的，针对性强，易于使用，典型系统有MasterCAM、SurfCAM等。基于实体模型的数控编程较为复杂，由于实体模型并非专为数控编程所设计，为了用于数控编程往往需对实体模型进行加工表面（或区域）的识别并进行工艺规划，最后才可以进行数控编程。特征模型的引入可以实现工艺分析设计的自动化，但特征模型尚处于研究之中，其成功应用于数控编程还需时日。

二、刀具轨迹生成与编辑

刀具轨迹的生成一般包括走刀轨迹的安排、刀位点的计算、刀位点的优化与编排等三个步骤。编程系统对于刀具轨迹的具体处理一般分为二维轮廓加工、腔槽加工、曲面加工、多坐标曲面加工及车削加工等情况分别进行处理。下面仅介绍常用的前三种加工刀具轨迹的生成方法。

1、二维轮廓加工对于二维轮廓加工，一般需要先在计算机中绘制出轮廓线，然后选择有序化串联方式将各轮廓线首尾相连，再定义进退刀方式及各基本参数（如粗精加工次数、步进距离等，系统即可以完成二维轮廓走刀轨迹的生成。

2、腔槽加工腔槽加工走刀轨迹的生成一般分粗加工与精加工两种。精加工一般较简单，只需沿型腔底面和轮廓走刀，精铣型腔底面和边界外形即可。粗加工一般有两种生成方式可供用户选择：行切方式与环切方式。如图所示：行切方式加工时，首先使用者需提供走刀路线的角度（与X轴的夹角）及走刀方式是单向（one way）还是双向（zig-zag）、每一层粗加工的深度及型腔实际深度。之后，使用者还需指定腔槽的边界。编程系统根据这些信息，首先计算边界（含岛屿边界）的等距线，该等距线距离边界轮廓的距离为精加工余量。然后从刀具路径方向与轮廓等距线的第一个切线切点开始逐行计算每一条行切刀具轨迹线与等距线的交点，生成各切削行的刀具轨迹线段。最后，从第一条刀具轨迹线开始，按照走刀方式，将各个刀具轨迹线按照一定方法相连就形成了所需的刀具运动轨迹。环切加工一般沿型腔边界走等距线，其优点是铣刀的切削方式不变（顺铣或逆铣）。环切法加工时，编程系统的计算方法是：按一定偏置距离对型腔轮廓的每一条边界曲线分别计算等距线。然后，通过对各个等距线进行必要的裁剪或延伸并进行一定的有效性检测以判断是否与岛屿或边界轮廓干涉从而连接形成封闭等距线。最后，将各个封闭等距线相连，就构成了所需刀具轨迹。

3、曲面的加工曲面的加工相对较为复杂，目前常用的刀具轨迹生成方法有参数线法、截面法、投影法等三种方法。

参数线法的基本思想是：任何一个曲面都可以写成参数方程[x,y,z]=[fx(u,v),fy(u,v),fz(u,v)]的形式。当u或v中某一个为常数时，形成空间的一条曲线。采用参数线法加工时，选择一个参数方向为切削行的走刀方向，另外一个参数方向为切削行的进给方向，通过一行行的切削最终生成整个刀具轨迹。参数线法计算简单，速度快，是曲面数控加工编程系统主要采用的方法，但当加工曲面的参数线不均匀时会造成刀具轨迹也不均匀，加工效率不高。

截面法加工的基本思想是：采用一组截面（可以是平面、也可以是回转柱面）去截取加工表面，截出一系列交线，将来刀具与加工表面的切触点就沿着这些交线运动，通过一定方法将这些交线连接在一起，就形成最终的刀具轨迹。截面法主要适用于曲面参数线分布不太均匀及由多个曲面形成的组合曲面的加工。

投影法的基本思路是将一组事先定义好的曲线（也称导动曲线）或轨迹投影到曲面上，然后将投影曲线作为刀触点轨迹，从而生成曲面的加工轨迹。投影法常用来处理其它方法难以获得满意效果的组合曲面和曲面型腔的加工。

4、刀具轨迹的编辑

对于很多复杂曲面零件及模具而言，刀具轨迹计算完成后，都需要对刀具轨迹进行编辑与修改。这是因为：在零件模型的构造过程中，往往处于某种考虑对待加工表面及约束面进行延伸并构造辅助面，从而使生成的刀具轨迹超出加工表面范围需要进行裁剪和编辑；由于生成的曲面不光滑，使刀位点出现异常，需对刀位点进行修改；采用的走刀方式经检验不合理，需改变走刀方式等等，都需进行刀具轨迹的编辑。

刀具轨迹的编辑一般分为文本编辑和图形编辑两种。文本编辑是编程员直接利用任何一个文本编辑器对生成的刀位数据文件进行编辑与修改。而图形编辑方式则是在快速生成的刀具轨迹图形上直接修改。目前基于CAD/CAM的自动编程系统均采用了后一种方法。刀位轨迹编辑一般包括刀位点、切削段、切削行、切削块的删除、拷贝、粘贴、插入、移动、延伸、修剪、几何变换，刀位点的匀化，走刀方式变化时刀具轨迹的重新编排以及刀具轨迹的加载与存储等。

5、刀位轨迹的验证

目前，刀具轨迹验证的方法较多，常见的有显示法验证、截面法验证、数值验证和加工过程仿真验证四种方法。

显示验证就是将生成的刀位轨迹、加工表面与约束面及刀具在计算机屏幕上显示出来，以便编程员判断所生成刀具轨迹的正确性与合理性。根据显示内容的不同，又有刀具轨迹显示验证、加工表面与刀位轨迹的组合显示验证及组合模拟显示验证三种。刀具轨迹显示验证就是在计算机屏幕上仅仅显示生成的刀具轨迹，以便编程员判断刀具轨迹是否连续，检查刀位计算是否正确；加工表面与刀位轨迹的组合显示验证就是将刀具轨迹与加工表面一起显示在计算机屏幕上，从而使编程员可以进一步判断刀具轨迹是否正确，走刀路线、进退刀方式是否合理。组合模拟显示验证就是在计算机屏幕上同时显示刀位轨迹、刀具和加工表面及约束面并进行消隐处理。其作用是更进一步检查刀具轨迹是否正确。

截面法验证就是先构造一个截面，然后求该截面与待验证的刀位点上刀具外形表面、加工表面及其约束面的交线，构成一幅截面图在计算机屏幕上显示出来，从而判断所选择的刀具是否合理，检查刀具与约束面是否发生干涉与碰撞，加工过程是否存在过切。根据所用截面的不同，截面法验证又可以分为横截面验证、纵截面验证及曲截面验证。如果所取截面为平面且大致垂直于刀具轴线方向则为横截面验证；如果所取截面为平面且通过刀具轴线则为横截面验证；如果所取截面为曲面，则为曲截面验证。

距离验证是一种定量验证方法。它通过不断计算刀具表面和加工表面及约束面之间的距离，来判断是否发生过切与干涉。

加工过程动态仿真验证是通过在计算机屏幕上模仿加工过程来进行验证的。现代数控加工过程的动态仿真验证的典型方法有两种：一种是只显示刀具模型和零件模型的加工过程动态仿真，典型代表有UGII CAD/CAM集成系统中的Vericut动态仿真工具和MasterCAM系统的N-See动态仿真工具；另一种是同时显示刀具模型、零件模型、夹具模型和机床模型的机床仿真系统，典型的代表UGII CAD/CAM集成系统中的Unisim机床仿真工具。随着虚拟现实技术的引入和刀具、零件、夹具和机床模型的完善（特别是力学及材料模型的建立与完善），加工过程动态仿真将更加逼真准确，完全可以取代试切环节，从而提高效率、降低成本。

四、后置处理

上述生成的刀位文件还不能用于数控加工，还需要将刀位文件转化为特定机床所能执行的数控程序，这就是后置处理。为什么不让自动编程中刀位轨迹计算模块直接生成为数控加工程序？这是因为不同数控系统对数控代码的定义、格式有所不同。因此，配备不同的后置处理程序，就可以使计算机一次计算的结果使用于多个数控系统。

后置处理系统可分为专用后置处理系统和通用后置处理系统。

专用后置处理系统是针对专用数控系统和特定数控机床而开发的后置处理程序。一般而言，不同数控系统和机床就需要不同的专用后置处理系统，因而一个通用编程系统往往需要提供大量的专用后置处理程序。由于这类后置处理程序针对性强，程序结构比较简单，实现起来比较容易，因此在过去的数控编程系统中比较常见，现在在一些专用系统中仍然普遍使用。

通用后置处理系统是指能针对不同类型的数控系统的要求，将刀位原文件进行处理生成数控程序的后置处理程序。使用通用后置处理时，用户首先需要编制数控系统数据文件（NDF）或机床数据文件（MDF）以便将数控系统或数控机床信息提供给编程系统。之后，将满足标准格式的刀位原文件和数控系统数据文件（NDF）或机床数据文件（MDF）输入到通用后置处理系统中，后置处理系统就可以产生符合该数控系统指令及格式的数控程序。数控系统数据文件（NDF）或机床数据文件（MDF）可以按照系统给定的格式手工编写，也可以以对话形式一一回答系统提出的问题，然后由系统自动生成。有些后置处理系统也提供市场上常见的各种数控系统的数据文件。特别要说明的是目前国际上流行的商品化CAD/CAM系统中刀位原文件格式都符合IGES标准，它们所带的通用后置处理系统具有一定的通用性。

§1.4 CAXA制造工程师软件介绍

§1.4.1CAXA制造工程师简介

20世纪90年代以前，市场是销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。

一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。

北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了CAXA制造工程师数控编程系统。这套系统集CAD、CAM于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入成本，而且提高了经济效益。CAXA制造工程师数编程系统，现正在一个更高的起点上腾飞。

§1.4.2 利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤 CAM系统的编程基本步骤如下：

理解二维图纸或其它的模型数据

建立加工模型或通过数据接口读入

确定加工工艺（装卡、刀具等）

生成刀具轨迹

加工仿真

产生后置代码

输出加工代码

现在分别予以说明。1．加工工艺的确定

加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：

核准加工零件的尺寸、公差和精度要求

确定装卡位置

选择刀具

确定加工路线

选定工艺参数 2．加工模型建立

利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。

加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。

被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。

被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。3．刀具轨迹生成

建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。4．后置代码生成

在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后置处理。后置处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。CAXA制造工程师提供的后置处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。5．加工代码输出

生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。

随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。我们相信当你认识了CAXA制造工程师以后，CAXA制造工程师一定会走到你的身边，成为你身边的不可多得的造型能手，忠实可靠的编程高手，数控加工工艺的良师益友。

§1.4.3．CAXA制造工程师软件界面介绍

制造工程师的用户界面，是全中文界面，和其他Windows风格的软件一样，各种应用功能通过菜单和工具条驱动；状态栏指导用户进行操作并提示当前状态和所处位置；特征树记录了历史操作和相互关系；绘图区显示各种功能操作的结果；同时，绘图区和特征树为用户提供了数据的交互的功能。

制造工程师工具条中每一个按钮都对应一个菜单命令，单击按钮和单击菜单命令是完全一样的。

一、文件的读入

CAXA制造工程师是一个开放的设计和加工工具，它提供了丰富的数据接口，包括基于曲面的DXF和IGES标准图形接口，基于实体的X_T、X_B，面向快速成型设备的STL以及面向Internet和虚拟现实的VRML等接口。这些接口保证了与世界流行的CAD软件进行双向数据交换，使企业与合作伙伴可以跨平台和跨地区进行协同工作，实现虚拟产品开发和生产。

文件的读入通过“文件”下拉菜单中的“打开”命令来实现，可以打开制造工程师存储的数据文件，并为其他数据文件格式提供相应接口，使在其它软件上生成的文件通过此接口转换成制造工程师的文件格式，并进行处理。

在制造工程师中可以读入ME数据文件mxe、零件设计数据文件epb、、ME1.0、ME2.0数据文件csn、Parasolid x_t文件、Parasolid x_b文件、DXF文件、IGES文件和DAT数据文件。

单击“文件”下拉菜单中“打开”命令，或者直接单击按钮，弹出打开文件对话框。选择相应的文件类型并选中要打开的文件名，单击“打开”按钮。

CAXA制造工程师可以输出也就是将零件存储为多种格式的文件，方便在其他软件中打开。

1、单击“文件”下拉菜单中的“保存”，或者直接单击按钮，如果当前没有文件名，则系统弹出一个存储文件对话框。

2、在对话框的文件名输入框内输入一个文件名，单击“保存”，系统即按所给文件名存盘。文件类型可以选用ME数据文件mex、EB3D数据文件epb、Parasolid x_t文件、Parasolid x_b文件、DXF文件、IGES文件、VRML数据文件、STL数据文件和EB97数据文件。

3、如果当前文件名存在，则系统直接按当前文件名存盘。经常把结果保存起来是一个好习惯。这样，可以避免因发生意外而成果丢失。

二、零件的显示

制造工程师为用户提供了图形的显示命令，他们只改变图形在屏幕上显示的位置、比例、范围等，不改变原图形的实际尺寸。图形的显示控制对复杂零件和刀具轨迹观察和拾取具有重要作用。

用鼠标单击“显示”下拉菜单中的“显示变换”，在该菜单中的右侧弹出菜单项。

1、显示全部：将当前绘制的所有图形全部显示在屏幕绘图区内。用户还可以通过F3键使图形显示全部。

单击“显示”，指向“显示变换”，单击“显示全部”，或者直接单击

按钮。

显示窗口：提示用户输入一个窗口的上角点和下角点，系统将两角点所包含的图形充满屏幕绘图区加以显示。

（1）单击“显示”，指向“显示变换”，单击“显示窗口”，或者直接单击

按钮。

（2）按提示要求在所需位置输入显示窗口的第一个角点，输入后十字光标立即消失。此时再移动鼠标时，出现一个由方框表示的窗口，窗口大小可随鼠标的移动而改变。

（3）窗口所确定的区域就是即将被放大的部分。窗口的中心将成为新的屏幕显示中心。在该方式下，不需要给定缩放系数，制造工程师将把给定窗口范围按尽可能大的原则，将选中区域内的图形按充满屏幕的方式重新显示出来。

2、显示缩放：按照固定的比例将绘制的图形进行放大或缩小。用户也可以通过PageUp或PageDown来对图形进行放大或缩小。也可使用Shift配合鼠标右键，执行该项功能。也可以使用Ctrl键配合方向键，执行该项功能。

（1）单击“显示”，指向“显示变换”，单击“显示缩放”，或者直接单击

按钮。

（2）按住鼠标右键向左上或者右上方拖动鼠标，图形将跟着鼠标的上下拖动而放大或者缩小。

（3）按住Ctrl键，同时按动左右方向键或上下方向键，图形将跟着按键的按动而放大或者缩小。

3、显示旋转：将拾取到的零部件进行旋转。用户还可以使用Shift键配合上、下、左、右方向键使屏幕中心进行显示的旋转。也可以使用Shift配合鼠标左键，执行该项功能。

（1）单击“显示”，指向“显示变换”，单击“显示旋转”，或者直接单击

按钮。

（2）在屏幕上选取一个显示中心点，拖动鼠标左键，系统立即将该点作为新的屏幕显示中心，将图形重新显示出来。

4、显示平移：根据用户输入的点作为屏幕显示的中心，将显示的图形移动到所需的位置。用户还可以使用上、下、左、右方向键使屏幕中心进行显示的平移。

（1）单击“显示”，指向“显示变换”，单击“显示平移”，或者直接单击

按钮。

（2）在屏幕上选取一个显示中心点，按下鼠标左键，系统立即将该点作为新的屏幕显示中心将图形重新显示出来。

第2章曲线和曲面 §2.1 曲线的绘制

CAXA制造工程师为曲线绘制提供了十六项功能：直线、圆弧、圆、矩形、椭圆、样条、点、公式曲线、多边形、二次曲线、等距线、曲线投影、相关线、样条->圆弧和文字等。用户可以利用这些功能，方便快捷地绘制出各种各样复杂的图形。利用CAXA制造工程师编程加工时，主要应用曲线中的直线、矩形工具绘制零件的加工范围。

直线中的两点线就是在屏幕上按给定两点画一条直线段或按给定的连续条件画连续的直线段。

（1）单击直线按钮，在立即菜单中选择两点线。

（2）按状态栏提示，给出第一点和第二点，两点线生成。

图2-1直线的绘制

矩形是图形构成的基本要素，为了适应各种情况下矩形的绘制，CAXA制造工程师提供了两点矩形和中心_长_宽等两种方式。

两点矩形就是给定对角线上两点绘制矩形。如图2-2

（1）单击按钮，在立即菜单中选择两点矩形方式。

（2）给出起点和终点，矩形生成。

图2-2

中心_长_宽就是给定长度和宽度尺寸值来绘制矩形。

（1）单击按钮，在立即菜单中选择中心_长_宽方式，输入长度和宽度值。

（2）给出矩形中心（0,0），矩形生成。

图2-3

§2.2 曲线的编辑

曲线编辑包括曲线裁剪、曲线过渡、曲线打断、曲线组合和曲线拉伸五种功能。

曲线编辑安排在主菜单的下拉菜单和线面编辑工具条中。线面编辑工具条如下图所示。

图2-4

曲线裁剪中的快速裁剪是指系统对曲线修剪具有指哪裁哪快速反映。

（1）单击按钮，在立即菜单中选择快速裁剪和正常裁剪（或投影裁剪）。

（2）拾取被裁剪线（选取被裁掉的段），快速裁剪完成。

图2-5

曲线过渡就是对指定的两条曲线进行圆弧过渡、尖角过渡或对两条直线倒角。

曲线过渡共有三种方式：圆弧过渡、尖角过渡和倒角过渡。

圆弧过渡：

用于在两根曲线之间进行给定半径的圆弧光滑过渡。如图2-6

（1）单击2。

（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，圆弧过渡完成。按钮，在立即菜单中选择“圆弧过渡”，输入半径，选择是否裁剪曲线1和曲线 17

过渡前过渡后

图2-6

尖角过渡

用于在给定的两根曲线之间进行过渡，过渡后在两曲线的交点处呈尖角。尖角过渡后, 一根曲线被另一根曲线裁剪。如图2-7

（1）单击按钮，在立即菜单中选择“尖角裁剪”。

（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，尖角过渡完成。

(a)过渡前(b)过渡后(a)过渡前(b)过渡后

图2-7

倒角过渡

倒角过渡用于在给定的两直线之间进行过渡, 过渡后在两直线之间有一条按给定角度和长度的直线。

倒角过渡后, 两直线可以被倒角线裁剪，也可以不被裁剪，如图2-8。

（1）单击1和曲线2。

（2）拾取第一条曲线，第二条曲线，尖角过渡完成。按钮，在立即菜单中选择“倒角裁剪”，输入角度和距离值，选择是否裁剪曲线

(a)有裁剪的倒角过渡(b)无裁剪的倒角过渡

图2-8 18

§2.3 几何变换

几何变换对于编辑图形和曲面有着极为重要的作用，可以极大地方便用户。几何变换是指对线、面进行变换，对造型实体无效，而且几何变换前后线、面的颜色、图层等属性不发生变换。几何变换共有七种功能：平移、平面旋转、旋转、平面镜像、镜像、阵列和缩放。几何变换工具条如下图2-9。

图2-9

平移就是对拾取到的曲线或曲面进行平移或拷贝。平移有两种方式：两点或偏移量。

偏移量方式就是给出在XYZ三轴上的偏移量，来实现曲线或曲面的平移或拷贝。

（1）直接单击量值如下图2-10。按钮，在立即菜单中选取偏移量方式，拷贝或平移，输入XYZ三轴上的偏移

图2-10

（2）状态栏中提示“拾取元素”，选择曲线或曲面，按右键确认，平移完成如图2-11。

图2-11

两点方式就是给定平移元素的基点和目标点，来实现曲线或曲面的平移或拷贝。

（1）单击按钮，在立即菜单中选取两点方式，拷贝或平移，正交或非正交，如图2-12。

图2-12

（2）拾取曲线或曲面，按右键确认，输入基点，光标就可以拖动图形了，输入目标点，平移完成，如图2-13。

图2-13

§2.4 曲面的生成及编辑

CAXA制造工程师有丰富的曲面造型手段，共有10种生成方式：直纹面、旋转面、扫描面、边界面、放样面、网格面、导动面、等距面、平面和实体表面。

一、曲面生成

1直纹面(如下图2-14)：有3种形式的直纹面

曲线+曲线

曲线+曲面

点+曲线

直纹面是由一根直线两端点分别在两曲线上匀速运动而形成的轨迹曲面。直纹面生成有三种方式：曲线+曲线、点+曲线和曲线+曲面。

图2-14

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“直纹面”，或者单击

（2）在立即菜单中选择直纹面生成方式。

（3）按状态栏的提示操作，生成直纹面。

曲线+曲线

曲线+曲线是指在两条自由曲线之间生成直纹面。

按钮。

图2-15

（1）选择“曲线＋曲线”方式。

（2）拾取第一条空间曲线。

（3）拾取第二条空间曲线，拾取完毕立即生成直纹面。

点+曲线

点+曲线是指在一个点和一条曲线之间生成直纹面。

图2-16

（1）选择“点＋曲线”方式。

（3）拾取空间点。

（4）拾取空间曲线，拾取完毕立即生成直纹面。

曲线+曲面

曲线+曲面是指在一条曲线和一个曲面之间生成直纹面。

图2-17

曲线+曲面方式生成直纹面时，曲线沿着一个方向向曲面投影，同时曲线与这个方向垂直的平面内上以一定的锥度扩张或收缩，生成另外一条曲线，在这两条曲线之间生成直纹面。

（1）选择“曲线＋曲面”方式。

（2）填写角度和精度。

（3）拾取曲面。

（4）拾取空间曲线。

（5）输入投影方向。单击空格键弹出矢量工具，选择投影方向。

（6）选择锥度方向。单击箭头方向即可。

（7）生成直纹面。

角度：是指锥体母线与中心线的夹角；注意:

（1）生成方式为“曲线+曲线”时，在拾取曲线时应注意拾取点的位置，应拾取曲线的同侧对应位置；否则将使两曲线的方向相反，生成的直纹面发生扭曲。

（2）生成方式为“曲线+曲线”时，如系统提示“拾取失败”，可能是由于拾取设置中没有这种类型的曲线。解决方法是点取“设置”菜单中的“拾取过滤设置”，在“拾取过滤设置对话框”的“图形元素的类型”中选择“选中所有类型”。

（3）生成方式为“曲线+曲面”时，输入方向时可利用矢量工具菜单。在需要这些工具菜单时，按空格键或鼠标中键即可弹出工具菜单。

（4）生成方式为“曲线+曲面”时，当曲线沿指定方向，以一定的锥度向曲面投影作直纹面时，如曲线的投影不能全部落在曲面内时，直纹面将无法作出。

旋转面

按给定的起始角度、终止角度将曲线绕一旋转轴旋转而生成的轨迹曲面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“旋转面”，或者单击

（2）输入起始角和终止角角度值。

（3）拾取空间直线为旋转轴，并选择方向。

（4）拾取空间曲线为母线，拾取完毕即可生成旋转面。

按钮。

图2-18

起始角：是指生成曲面的起始位置与母线和旋转轴构成平面的夹角。

终止角：是指生成曲面的终止位置与母线和旋转轴构成平面的夹角。

下图起始角为60度，终止角为270度的情况。

图2-19 注意：

选择方向时的箭头方向与曲面旋转方向两者遵循右手螺旋法则。

扫描面

按照给定的起始位置和扫描距离将曲线沿指定方向以一定的锥度扫描生成曲面。

图2-20

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“扫描面”，或者单击

（2）填入起始距离、扫描距离、扫描角度和精度等参数。

（3）按空格键弹出矢量工具，选择扫描方向。

（4）拾取空间曲线。

（5）若扫描角度不为零，选择扫描夹角方向，扫描面生成。

起始距离：是指生成曲面的起始位置与曲线平面沿扫描方向上的间距；

扫描距离：是指生成曲面的起始位置与终止位置沿扫描方向上的间距；

扫描角度：是指生成的曲面母线与扫描方向的夹角；

下图为扫描初始距离不为零的情况。

按钮。

图2-21 注意：

扫描方向不同的选择可以产生不同的效果。

导动面

让特征截面线沿着特征轨迹线的某一方向扫动生成曲面。导动面生成有六种方式：平行导动、固接导动、导动线&平面、导动线&边界线、双导动线和管道曲面。

生成导动曲面的基本思想：选取截面曲线或轮廓线沿着另外一条轨迹线扫动生成曲面。

为了满足不同形状的要求，可以在扫动过程中，对截面线和轨迹线施加不同的几何约束，让截面线和轨迹线之间保持不同的位置关系，就可以生成形状变化多样的导动曲面。如截面线沿轨迹线运动过程中，我们可以让截面线绕自身旋转，也可以绕轨迹线扭转，还可以进行变形处理，这样就产生各种方式的导动曲面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“导动面”，或者直接单击

（2）选择导动方式。

（3）根据不同的导动方式下的提示，完成操作。

平行导动

平行导动是指截面线沿导动线趋势始终平行它自身地移动而扫成生成曲面，截面线在运动过程中没有任何旋转。

按钮。

图2-22

（1）激活导动面功能，并选择“平行导动”方式。

（2）拾取导动线，并选择方向。

（3）拾取截面曲线，即可生成导动面。

固接导动

固接导动是指在导动过程中，截面线和导动线保持固接关系，即让截面线平面与导动线的切矢方向保持相对角度不变，而且截面线在自身相对坐标架中的位置关系保持不变，截面线沿导动线变化的趋势导动生成曲面。

固接导动有单截面线和双截面线两种，也就是说截面线可以是一条或两条，如图2-23。

单截面线双截面线

图2-23

（1）选择“固接导动”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

（3）拾取导动线，并选择导动方向。

（4）拾取截面线。如果是双截面线导动，应拾取两条截面线。

（5）生成导动面。

导动线＆平面

截面线按以下规则沿一条平面或空间导动线(脊线)扫动生成曲面。规则：（1）、截面线平面的方向与导动线上每一点的切矢方向之间相对夹角始终保持不变；（2）、截面线的平面方向与所定义的平面法矢的方向始终保持不变。

这种导动方式尤其适用于导动线是空间曲线的情形，截面线可以是一条或两条。

单截面线

双截面线图2-24

（1）选择“导动线＆平面”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

（3）输入平面法矢方向。按空格键，弹出矢量工具，选择方向。

（4）拾取导动线，并选择导动方向。

（5）拾取截面线。如果是双截面线导动，应拾取两条截面线。

（6）生成导动面。

导动线＆边界线

截面线按以下规则沿一条导动线扫动生成曲面，规则：（1）运动过程中截面线平面始终与导动线垂直。（2）运动过程中截面线平面与两边界线需要有两个交点。（3）对截面线进行放缩，将截面线横跨于两个交点上。截面线沿导动线如此运动时，就与两条边界线一起扫动生成曲面。

（1）在导动过程中，截面线始终在垂直于导动线的平面内摆放，并求得截面线平面与边界线的两个交点。在两截面线之间进行混合变形，并对混合截面进行放缩变换，使截面线正好横跨在两个边界线的交点上。

（2）若对截面线进行放缩变换时，仅变化截面线的长度，而保持截面线的高度不变，称为等高导动。图2-25为单截面线变高导动。

图2-25

（3）若对截面线，不仅变化截面线的长度，同时等比例地变化截面线的高度，称为变高导动，图2-26为双截面线等高导动。

图2-26

（1）选择“导动线＆边界线”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

（3）选择等高或者变高。

（4）拾取导动线，并选择导动方向。

（5）拾取第一条边界曲线。

（6）拾取第二条边界曲线。

（7）拾取截面曲线。如果是双截面线导动，拾取两条截面线（在第一条边界线附近）。

（8）生成导动面。

双导动线

将一条或两条截面线沿着两条导动线匀速地扫动生成曲面。

双导动线导动支持等高导动和变高导动，如图2-27。

(a)单截面线等高导动

(b)双截面线变高导动

图2-27

（1）选择“双导动线”方式。

（2）选择单截面线或者双截面线。

（3）选择等高或者变高。

（4）拾取第一条导动线，并选择方向。

（6）拾取第二条导动线，并选择方向。

（7）拾取截面曲线（在第一条导动线附近）。如果是双截面线导动，拾取两条截面线（在第一条导动线附近）。

（8）生成导动面。

管道曲面

给定起始半径和终止半径的圆形截面沿指定的中心线扫动生成曲面。

（1）截面线为一整圆，截面线在导动过程中，其圆心总是位于导动线上，且圆所在平面总是与导动线垂直。

（2）圆形截面可以是两个，由起始半径和终止半径分别决定，生成变半径的管道面。如图2-28所示。

图2-28

（1）选择“管道曲面”方式。

（2）填入起始半径、终止半径和精度。

（3）拾取导动线，并选择方向。

（4）生成导动面。

起始半径是指管道曲面导动开始的圆的半径。

终止半径是指管道曲面导动终止时的半径。注意：

（1）导动曲线、截面曲线应当是光滑曲线。

（2）在两根截面线之间进行导动时，拾取两根截面线时应使得它们方向一致，否则曲面将发生扭曲，形状不可预料。

（3）导动线＆平面中给定的平面法矢尽量不要和导动线的切矢方向相同。

等距面

按给定距离与等距方向生成与已知平面（曲面）等距的平面（曲面）。这个命令类似曲线中的“等距线”命令，不同的是“线”改成了“面”。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“等距面”，或者单击

（2）填入等距距离。

（3）拾取平面，选择等距方向。

（4）生成等距面。

按钮。

图2-29

等距距离：是指生成平面在所选的方向上的离开已知平面的距离。注意：

如果曲面的曲率变化太大，等距的距离应当小于最小曲率半径。

平面

利用多种方式生成所需平面。

平面与基准面的比较：基准面是在绘制草图时的参考面，而平面则是一个实际存在的面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“平面”，或者单击

（2）选择裁剪平面或者工具平面。

（3）按状态栏提示完成操作。

裁剪平面

由封闭内轮廓进行裁剪形成的有一个或者多个边界的平面。封闭内轮廓可以有多个。

按钮。

图2-30

（1）拾取平面外轮廓线，并确定链搜索方向，选择箭头方向即可。

（2）拾取内轮廓线，并确定链搜索方向，每拾取一个内轮廓线确定一次链搜索方向。

（3）拾取完毕，单击鼠标右键，完成操作。

工具平面

包括XOY平面、YOZ平面、ZOX平面、三点平面、矢量平面、曲线平面和平行平面等7种方式。

XOY平面：绕X或Y轴旋转一定角度生成一个指定长度和宽度的平面。

YOZ平面：绕Y或Z轴旋转一定角度生成一个指定长度和宽度的平面。

ZOX平面：绕Z或X轴旋转一定角度生成一个指定长度和宽度的平面。

图2-31

三点平面：按给定三点生成一指定长度和宽度的平面，其中第一点为平面中点。

矢量平面：生成一个指定长度和宽度的平面，其法线的端点为给定的起点和终点。

曲线平面：在给定曲线的指定点上，生成一个指定长度和宽度的法平面或切平面。有法平面和包络面两种方式。

(a)法平面(b)包络面

图2-32

平行平面：按指定距离，移动给定平面或生成一个拷贝平面（也可以是曲面）。

图2-33

（1）选择工具面类型。

（2）选择对应类型的相关方式。

（3）填写角度，长度和宽度等数值。

（4）根据状态栏提示完成操作。

角度：是指生成平面绕旋转轴旋转，与参考平面所夹的锐角。

长度：是指要生成平面的长度尺寸值。

宽度：是指要生成平面的宽度尺寸值。注意：

（1）点的输入有两种方式：按空格键拾取工具点和按回车键直接输入坐标值。

（2）平行平面功能与等距面功能相似，但等距面后的平面（曲面），不能再对其使用平行平面，只能使用等距面；而平行平面后的平面（曲面），可以再对其使用等距面或平行平面。

边界面

在由已知曲线围成的边界区域上生成曲面。

边界面有两种类型：四边面和三边面。所谓四边面是指通过四条空间曲线生成平面；三边面是指通过三条空间曲线生成平面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“边界面”，或者单击

（2）选择四边面或三边面。

（3）拾取空间曲线，完成操作。

按钮。

图2-34 注意：

拾取的四条曲线必须首尾相连成封闭环，才能作出四边面；并且拾取的曲线应当是光滑曲线。

放样面

以一组互不相交、方向相同、形状相似的特征线(或截面线)为骨架进行形状控制，过这些曲线蒙面生成的曲面称之为放样曲面。有截面曲线和曲面边界两种类型。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“放样面”，或者单击

（2）选择截面曲线或者曲面边界。

（3）按状态栏提示，完成操作。

截面曲线

通过一组空间曲线作为截面来生成曲面。

（1）选择界面曲线方式。

（2）拾取空间曲线为截面曲线，拾取完毕后按鼠标右键确定，完成操作。

按钮。

图2-35

曲面边界

以曲面的边界线和截面曲线来生成曲面。

（1）选择曲面边界方式。

（2）拾取空间曲线为截面曲线，拾取完毕后按鼠标右键确定，完成操作。

（3）在第一条曲面边界线上拾取其所在平面。

（4）拾取截面曲线，单击鼠标右键确定。

（5）在第二条曲面边界线上拾取其所在平面，完成操作。

图2-36 注意：

（1）拾取的一组特征曲线互不相交，方向一致，形状相似，否则生成结果将发生扭曲，形状不可预料。

（2）截面线需保证其光滑性。

（3）用户需按截面线摆放的方位顺序拾取曲线。

（4）用户拾取曲线时需保证截面线方向的一致性。

网格面

以网格曲线为骨架，蒙上自由曲面生成的曲面称之为网格曲面。网格曲线是由特征线组成横竖相交线。

（1）网格面的生成思路：首先构造曲面的特征网格线确定曲面的初始骨架形状。然后用自由曲面插值特征网格线生成曲面。

（2）特征网格线可以是曲面边界线或曲面截面线等等。由于一组截面线只能反应一个方向的变化趋势，还可以引入另一组截面线来限定另一个方向的变化，这形成一个网格骨架，控制住两方向（U和V两个方向）的变化趋势如图2-37，使特征网格线基本上反映出设计者想要的曲面形状，在此基础上插值网格骨架生成的曲面必然将满足设计者的要求。

图2-37

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“网格面”，或者单击

（2）拾取空间曲线为U向截面线，单击鼠标右键结束。

（3）拾取空间曲线为V向截面线，单击鼠标右键结束，完成操作。

按钮。

图2-38 注意：

（1）每一组曲线都必须按其方位顺序拾取，而且曲线的方向必须保持一致。曲线的方向放样面功能中一样，由拾取点的位置来确定曲线的起点。

（2）拾取的每条U向曲线与所有V向曲线都必须有交点。

（3）拾取的曲线应当是光滑曲线。

（4）对特征网格线有以下要求：网格曲线组成网状四边形网格，规则四边网格与不规则四边网格均可。插值区域是四条边界曲线围成的(如图2-39a、b)，不允许有三边域、五边域和多边域(如图2-39c)。

(a)规则四边网格(b)不规则四边网格(c)不规则网格

图2-39

实体表面

把通过特征生成的实体表面剥离出来而形成一个独立的面。

（1）单击“应用”，指向“曲面生成”，单击“实体表面”。

（2）按提示拾取实体表面。

图2-40

曲面编辑

曲面编辑主要讲述有关曲面的常用编辑命令及操作方法，它是CAXA制造工程师的重要功能。

曲面编辑包括曲面裁剪、曲面过渡、曲面缝合、曲面拼接和曲面延伸五种功能。

曲面裁剪

曲面裁剪对生成的曲面进行修剪，去掉不需要的部分。

在曲面裁剪功能中，用户可以选用各种元素，包括各种曲线和曲面来修理和剪裁曲面，获得用户所需要的曲面形态。也可以将被裁剪了的曲面恢复到原来的样子。

曲面裁剪有五种方式：投影线裁剪、等参数线裁剪、线裁剪、面裁剪和裁剪恢复。

在各种曲面裁剪方式中时，用户都可以通过切换立即菜单来采用裁剪或分裂的方式。在分裂的方式中，系统用剪刀线将曲面分成多个部分，并保留裁剪生成的所有曲面部分。在裁剪方式中，系统只保留用户所需要的曲面部分，其他部分将都被裁剪掉。系统根据拾取曲面时鼠标的位置来确定用户所需要的部分，即剪刀线将曲面分成多个部分，用户在拾取曲面时鼠标单击在哪一个曲面部分上，就保留哪一部分。

（1）单击主菜单“应用”，指向“线面编辑”，单击“曲面裁剪”，或者直接单击

按钮。

（2）在立即菜单中选择曲面裁剪的方式。

（3）根据状态栏提示完成操作。

下面对曲面裁剪的四种方式依次进行介绍。

投影线裁剪

投影线裁剪是将空间曲线沿给定的固定方向投影到曲面上，形成剪刀线来裁剪曲面。

（1）裁剪时保留拾取点所在的那部分曲面。

（2）拾取的裁剪曲线沿指定投影方向向被裁剪曲面投影时必须有投影线，否则无法裁剪曲面。

（3）在输入投影方向时可利用矢量工具菜单。

（a）裁剪前（b）裁剪后

图2-41

（1）在立即菜单上选择“投影线裁剪”和“裁剪”方式。

（2）拾取被裁剪的曲面（选取需保留的部分）。

（3）输入投影方向。按空格键，弹出矢量工具菜单，选择投影方向。

（4）拾取剪刀线。拾取曲线，曲线变红，裁剪完成。注意：

剪刀线与曲面边界线重合或部分重合以及相切时，可能得不到正确的裁剪结果。

线裁剪

曲面上的曲线沿曲面法矢方向投影到曲面上，形成剪刀线来裁剪曲面。

（1）裁剪时保留拾取点所在的那部分曲面。

（2）若裁剪曲线不在曲面上，则系统将曲线按距离最近的方式投影到曲面上获得投影曲线，然后利用投影曲线对曲面进行裁剪，此投影曲线不存在时，裁剪失败。一般应尽量避免此种情形。

（3）若裁剪曲线与曲面边界无交点，且不在曲面内部封闭，则系统将其延长到曲面边界后实行裁剪。

(a)裁剪前(b)裁剪后

图2-42

（1）在立即菜单上选择“线裁剪”和“裁剪”方式。

（2）拾取被裁剪的曲面（选取需保留的部分）。

（3）拾取剪刀线。拾取曲线，曲线变红，裁剪完成。注意：

与曲面边界线重合或部分重合以及相切的曲线对曲面进行裁剪时，可能得不到正确的结果，建议尽量避免这种情况。

面裁剪

剪刀曲面和被裁剪曲面求交，用求得的交线作为剪刀线来裁剪曲面。

（1）裁剪时保留拾取点所在的那部分曲面。

（2）两曲面必须有交线，否则无法裁剪曲面。

(a)裁剪前(b)裁剪后

图2-43

（1）在立即菜单上选择“面裁剪”、“裁剪”或“分裂”、“相互裁剪”或“裁剪曲面1”。

（2）拾取被裁剪的曲面（选取需保留的部分）。

（3）拾取剪刀曲面, 裁剪完成。注意：

（1）两曲面在边界线处相交或部分相交以及相切时，可能得不到正确的结果，建议尽量避免。

（2）若曲面交线与被裁剪曲面边界无交点，且不在其内部封闭，则系统将交线延长到被裁剪曲面边界后实行裁剪。一般应尽量避免这种情况。

裁剪恢复

将拾取到的曲面裁剪部分恢复到没有裁剪的状态。如拾取的裁剪边界是内边界，系统将取消对该边界施加的裁剪。如拾取的是外边界，系统将把外边界回复到原始边界状态。

曲面过渡

在给定的曲面之间以一定的方式作给定半径或半径规律的圆弧过渡面，以实现曲面之间的光滑过渡。曲面过渡就是用截面是圆弧的曲面将两张曲面光滑连接起来，过渡面不一定过原曲面的边界。

曲面过渡共有七种方式：两面过渡、三面过渡、系列面过渡、曲线曲面过渡、参考线过渡、曲面上线过渡和两线过渡。

曲面过渡支持等半径过渡和变半径过渡。变半径过渡是指沿着过渡面半径是变化的过渡方式。不管是线性变化半径还是非线性变化半径，系统都能提供有力的支持。用户可以通过给定导引边界线或给定半径变化规律的方式来实现变半径过渡。

（1）单击主菜单“应用”，指向“线面编辑”，单击“曲面过渡”，或者直接单击

（2）选择曲面过渡的方式。

（3）根据状态栏提示完成操作。

下面对曲面过渡的七种方式依次进行介绍。

两面过渡

在两个曲面之间进行给定半径或给定半径变化规律的过渡，生成的过渡面的截面将沿两曲面的法矢方向摆放。

两面过渡有两种方式，即等半径过渡、变半径过渡。

等半径两面过渡有裁剪曲面、不裁剪曲面和裁剪指定曲面三种方式。

按钮。

(a)过渡的两张曲面(b)不进行裁剪的过渡

（c）带裁剪的过渡图2-44 等半径两面过渡

变半径两面过渡可以拾取参考线，定义半径变化规律，过渡面将从头到尾按此半径变化规律来生成。在这种情况下，依靠拾取的参考线和过渡面中心线之间弧长的相对比例关系来映射半径变化规律。因此，参考曲线越接近过渡面的中心线，就越能在需要的位置上获得给定的精确半径。同样，变半径两面过渡也分为裁剪曲面、不裁剪曲面和裁剪指定曲面三种方式。

(a)待过渡的两张曲面(b)半径变化规律

38(c)不进行裁剪的过渡(d)带裁剪的过渡

图2-45 变半径两面过渡

等半径过渡与变半径过渡操作步骤不同，下面分别介绍。

等半径过渡操作：

（1）在立即菜单中选择“两面过渡”、“等半径”和是否裁剪曲面，输入半径值。

（2）拾取第一张曲面，并选择方向。

（3）拾取第二张曲面，并选择方向，指定方向，曲面过渡完成。

变半径过渡操作：

（1）在立即菜单中选择“两面过渡”、“变半径”和是否裁剪曲面。

（2）拾取第一张曲面，并选择方向。

（3）拾取第二张曲面，并选择方向。

（4）拾取参考曲线，指定曲线。

（5）指定参考曲线上点并定义半径，指定点后，弹出立即菜单，在立即菜单中输入半径值。

（6）可以指定多点及其半径，所有点都指定完后，按右键确认，曲面过渡完成。注意：

（1）用户需正确地指定曲面的方向，方向不同会导致完全不同的结果。

（2）进行过渡的两曲面在指定方向上与距离等于半径的等距面必须相交，否则曲面过渡失败。

（3）若曲面形状复杂，变化过于剧烈，使得曲面的局部曲率小于过渡半径时，过渡面将发生自交，形状难以预料，应尽量避免这种情形。

曲面缝合

曲面缝合是指将两张曲面光滑连接为一张曲面。

曲面缝合有两种方式：通过曲面1的切矢进行光滑过渡连接；通过两曲面的平均切矢进行光滑过渡连接。

（1）单击主菜单“应用”，指向“线面编辑”，单击“曲面缝合”，或者直接单击

（2）选择曲面缝合的方式。

（3）根据状态栏提示完成操作。

下面具体介绍曲面缝合的两种方式。

曲面切矢1

曲面切矢1方式曲面缝合，即在第一张曲面的连接边界处按曲面1的切方向和第二张曲面进行连接，这样，最后生成的曲面仍保持有曲面1形状的部分。

按钮。

(a)待缝合两曲面(b)缝合结果

图2-46

（1）在立即菜单中选择“曲面切矢1”。

（2）拾取第一张曲面。

（2）拾取第二张曲面，曲面缝合完成。

平均切矢

切矢方式曲面缝合，在第一张曲面的连接边界处按两曲面的平均切方向进行光滑连接。最后生成的曲面在曲面1和曲面2处都改变了形状。

(a)待缝合曲面(b)缝合结果

图2-47

（1）在立即菜单中选择“平均切矢”。

（2）拾取第一张曲面。

（3）拾取第二张曲面，曲面缝合完成。

曲面拼接

曲面拼接面是曲面光滑连接的一种方式，它可以通过多个曲面的对应边界，生成一张曲面与这些曲面光滑相接。

曲面拼接共有三种方式：两面拼接、三面拼接和四面拼接。

在许多物体的造型中，通过曲面生成、曲面过渡、曲面裁剪等工具生成物体的型面后，总会在一些区域留下一片空缺，我们称之为“洞”。曲面拼接就可以对这种情形进行“补洞”处理。

（a）造型后留下一个“洞”（b）通过曲面拼接进行“补洞”

图2-48

单击“应用”，指向“线面编辑”，单击“曲面拼接”或单击

两面拼接

做一曲面，使其连接两给定曲面的指定对应边界，并在连接处保证光滑。

当遇到要把两个曲面从对应的边界处光滑连接时，用曲面过渡的方法无法实现，因为过渡面不一定通过两个原曲面的边界。这时就需要用到曲面拼接的功能，过曲面边界光滑连接曲面。

按钮。

（a）待拼接曲面(b)拼接结果

图2-49

拾取时请在需要拼接的边界附近单击曲面。拾取时，需要保证两曲面的拼接边界方向一致，这是由拾取点在边界线上的位置决定，即拾取点与边界线的哪一个端点距离最近，那一个端点就是边界的起点。两个边界线的起点应该一致，这样两个边界线的方向一致；如果两个曲面边界线方向相反，拼接的曲面将发生扭曲，形状不可预料。

（1）拾取第一张曲面。

（2）拾取第二张曲面，拼接完成。

三面拼接

做一曲面，使其连接三个给定曲面的指定对应边界，并在连接处保证光滑。

三个曲面在角点处两两相接，成为一个封闭区域，中间留下一个“洞”，三面拼接就能光滑拼接三张曲面及其边界而进行“补洞”处理。

（a）需拼接的三张曲面（b）拼接结果

图2-50

在三面拼接中，使用的元素不仅局限于曲面，还可以是曲线，即可以拼接曲面和曲线围成的区域，拼接面和曲面保持光滑相接，并以曲线为边界。如图2-51和图2-52可以对两张曲面和一条曲线围成的区域，一张曲面和两条曲线围成的区域进行三面拼接。

（a）需拼接的两张曲面和一条边界曲线（b）拼接结果

图2-51 42

（a）需拼接的一张曲面和两条边界曲线（b）拼接结果

图2-52 一曲面和两曲线组成封闭区域的三面拼接

在三面拼接时，三个曲面围成的区域可以是非封闭区域。如图2-53，在非封闭处，系统将根据拼接条件自动确定拼接曲面的边界形状。

（a）需拼接的三张曲面（b）拼接结果

图2-53 三张曲面组成非封闭区域的三面拼接

（1）在立即菜单中选择拼接方式。

（2）拾取第一张曲面。

（3）拾取第二张曲面。

（4）拾取第三张曲面，曲面拼接完成。注意：

（1）要拼接的三个曲面必须在角点相交，要拼接的三个边界应该首尾相连，形成一串曲线，它可以封闭，也可以不封闭。

（2）操作中，拾取曲线时需先按右键，再单击曲线才能选择曲线。

曲面延伸

在应用中很多情况会遇到所做的曲面短了或窄了，无法进行一些操作的情况。这就需要把一张曲面从某条边延伸出去。曲面延伸就是针对这种情况，把原曲面按所给长度沿相切的方向延伸出去，扩大曲面，以帮助用户进行下一步操作。如图2-54所示。

（a）待延伸曲面(b)延伸结果

图 2-54

延伸曲面有两种方式：长度延伸和比例延伸。

（1）单击“应用”，指向“线面编辑”，单击“曲面延伸”或单击

按钮。

（2）在立即菜单中选择“长度延伸”或“比例延伸”方式，输入长度或比例值。

（3）状态栏中提示“拾取曲面”，单击曲面，延伸完成。注意：

曲面延伸功能不支持裁剪曲面的延伸。

§2.5 五角星的框架绘制实例

§2.5.1 五角星曲线生成

1．圆的绘制。单击曲线生成工具栏上的按钮，进入空间曲线绘制状态，在特征树下方的立即菜单中选择作圆方式“圆心点_半径”，然后按照提示用鼠标点取坐标系原点，也可以按回车“Enter”键，在弹出的对话框内输入圆心点的坐标（0，0，0），半径R＝100并确认，然后单击鼠标右键结束该圆的绘制。

注意：在输入点坐标时，应该在英文输入法状态下输入也就是标点符号是半角输入，否则会导致错误。

2．五边形的绘制。单击曲线生成工具栏上的按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“中心”定位，边数5条回车确认，内接。按照系统提示点取中心点，内接半径为100（输入方法与圆的绘制相同）。然后单击鼠标右键结束该五边形的绘制。这样我们就得到了五角星的五个角点。如图2-55

图 2-55

3．构造五角星的轮廓线。通过上述操作我们得到了五角星的五个角点，使用曲线生成工具栏上的直线按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“两点线”、“连续”、“非正交”（如图所示），将五角星的各个角点连接。如图2-56所示。

图2-56

使用“删除”工具将多余的线段删除，单击会变成红色，单击右键确认，如图2-57所示

按钮，用鼠标直接点取多余的线段，拾取的线段

图2-57

裁剪后图中还会剩余一些线段，单击线面编辑工具栏中“曲线裁剪”

按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“快速裁剪”、“正常裁剪”方式，用鼠标点取剩余的线段就可以实现曲线裁剪。这样我们就得到了五角星的一个轮廓。如图2-58所示

图2-58

4．构造五角星的空间线架。在构造空间线架时，我们还需要五角星的一个顶点，因此需要在五角星的高度方向上找到一点（0，0，20），以便通过两点连线实现五角星的空间线架构造。

使用曲线生成工具栏上的直线

按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“两点线”、“连续”、“非正交”，用鼠标点取五角星的一个角点，然后单击回车，输入顶点坐标（0，0，20），同理，作五角星各个角点与顶点的连线，完成五角星的空间线架。如图2-59所示。

图2-59 §2.5.2 五角星曲面生成

1．通过直纹面生成曲面。选择五角星的一个角为例，用鼠标单击曲面工具栏中的直纹面按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“曲线＋曲线”的方式生成直纹面，然后用鼠标左键拾取该角相邻的两条直线完成曲面，如图2-60所示。

图2-60

注意：在拾取相邻直线时，鼠标的拾取位置应该尽量保持一致（相对应的位置），这样才能保

证得到正确的直纹面。

2．生成其他各个角的曲面。在生成其他曲面时，我们可以利用直纹面逐个生成曲面，也可以使用阵列功能对已有一个角的曲面进行圆形阵列来实现五角星的曲面构成。单击几何变换工具栏中的按钮，在特征树下方的立即菜单中选择“圆形”阵列方式，分布形式“均布”，份数“5”，用鼠标左键拾取一个角上的两个曲面，单击鼠标右键确认，然后根据提示输入中心点坐标（0，0，0），也可以直接用鼠标拾取坐标原点，系统会自动生成各角的曲面。如图2-61所示。

图2-61

注意：在使用圆形阵列时，一定要注意阵列平面的选择，否则曲面会发生阵列错误。因此，在本例中使用阵列前最好按一下快捷键“F5”，用来确定阵列平面为XOY平面。

3．生成五角星的加工轮廓平面。先以原点为圆心点作圆，半径为110。如图2-62所示。

图2-62

用鼠标单击曲面工具栏中的平面面”

工具按钮，并在在特征树下方的立即菜单中选择“裁剪平。用鼠标拾取平面的外轮廓线，然后确定链搜索方向（用鼠标点取箭头），系统会提示拾取第一个内轮廓线（图2-63a），用鼠标拾取五角星底边的一条线（图2-63b），单击鼠标右键确定，完成加工轮廓平面。如图2-63c所示。

图2-63a 图2-63b

图2-63c

§2.6 鼠标的曲面线架绘制实例

鼠标造型

图2-64鼠标二维图

§2.6.1 鼠标造型

造型思路：鼠标效果图如图所示，它的造型特点主要是外围轮廓都存在一定的角度，因此在造型时首先想到的是实体的拔模斜度，如果使用扫描面生成鼠标外轮廓曲面时，就应该加入曲面扫描角度。在生成鼠标上表面时，我们可以使用两种方法：一如果用实体构造鼠标，我们应该利用曲面裁剪实体的方法来完成造型，也就是利用样条线生成的曲面，对实体进行裁剪；二如果使用曲面构造鼠标，我们就利用样条线生成的曲面对鼠标的轮廓进行曲面裁剪完成鼠标上曲面的造型。做完上述操作后我们就可以利用直纹面生成鼠标的底面曲面，最后通过曲面过渡完成鼠标的整体造型。鼠标样条线坐标点：（-60，0，15），（-40，0，25），（0，0，30），（20，0，25），（40，9，15）

一、生成扫描面

1．按F5键，将绘图平面切换到在平面XOY上。

2．单击矩形功能图标“

”，在无模式菜单中选择“两点矩形”方式，输入第一点坐标（-60，30，0），第二点坐标（40，-30，0），矩形绘制完成。

图2-65

3．单击圆弧功能图标“切。

”，按空格键，选择切点方式，作一圆弧，与长方形右侧三条边相

图2-66

4．单击删除功能图标“

”，拾取右侧的竖边，右键确定，删除完成。

图2-67

5．单击裁剪功能图标“