三维实体建模的基本方法：掌握这些技巧

图5-6　“基本实体”子菜单

1.基本实体

基本实体是系统内部定义好的由参数进行驱动的实体。用户不需要定义实体的外形曲线链，只需要定义基本的实体参数，就可以确定实体的大小、形状和位置等。

操作步骤如下：

在菜单栏中选择“构图”→“基本曲面”命令，选择“S实体”单选按钮，在图5-6所示的“基本实体”子菜单中单击所需要的基本实体命令，设置好参数，即可产生基本实体。如表5-1所示为基本实体某一选项的轴的定位参数说明。

表5-1　轴的定位参数说明

2.挤出

挤出是指把事先构建好的二维封闭曲线链通过指定的方向进行拉伸的造型，既可进行实体材料的增加，也可进行实体材料的切除。

例5-1　挤出操作步骤及实例。

准备好二维封闭曲线链，如图5-7所示，单击“实体”工具栏中的“挤出实体（Solid Extrude）”按钮，打开“串连选项”对话框。在对话框中单击“串连（chain）”按钮，选择图中的任一线段，然后单击“确定”按钮。（注：如果串连外形时，串连的方向为顺时针方向，则拉伸的方向朝上；如果串连外形时，串连的方向为逆时针方向，则拉伸的方向朝下。）

图5-7　挤出串连方向和拉伸方向

在弹出的“实体挤出的设置（Extrude Chain）”对话框设置如图5-8所示的数据，最后效果如图5-9所示。如表5-2所示为打开“挤出”选项卡时实体挤出的设置参数说明，表5-3为打开“薄壁”选项卡时挤出实体的参数设置说明。

图5-8　“实体挤出的设置”对话框

图5-9　挤出实体

表5-2　打开“挤出”选项卡时实体挤出的设置参数说明

图5-10　3种挤出操作产生的实体

图5-11　挤出的方向

图5-12　不同拔摸厚度设置

（a）不采用拔模角；（b）拔模角朝外20°；（c）拔模角朝内20°；（d）双向拔模20°

表5-3　打开“薄壁”选项卡时挤出实体的设置参数说明

图5-13　不同薄壁设置

（a）厚度向内；（b）厚度朝外；（c）内外同时产生薄壁

图5-14　开放式轮廓

（a）开放轮廓产生薄壁；（b）在开放轮廓的两端同时产生拔模角

3.旋转

旋转实体是将二维平面曲线链绕旋转轴旋转一定角度后，由截面移动轨迹所形成的实体模型。既可通过旋转构建主体，也可通过旋转增加凸缘或切割主体。

例5-2　旋转操作步骤及实例。

准备好旋转轴和二维曲线链，如图5-15所示，单击“实体”工具栏中的“旋转实体（Solid Revolve）”按钮，打开“串连选项”对话框。在对话框中单击“串连（chain）”按钮，选择图中的圆作为串连1，单击“确定”按钮，然后选择直线作为旋转轴，单击“确定”按钮。在弹出的“旋转实体的设置（Revolve Chain）”对话框中按图5-17所示设置好参数，单击“”按钮，产生如图5-16所示的旋转实体。

图5-15　轮廓线

图5-16　旋转实体

注：

通常实体的旋转要求旋转曲线链必须是封闭的，旋转薄壁件除外（如图5-18所示为开放曲线链）。

图5-17　“旋转实体的设置”对话框

图5-18　开放曲线旋转

4.扫描

扫描实体是将二维封闭曲线链（截面曲线链）沿一定的轨迹线（路径曲线链）运动后，由截形运动轨迹所形成的实体特征。扫描既可构建主体，也可增加凸缘或切割主体。

例5-3　扫描操作步骤及实例。

准备好二维封闭曲线链和轨迹线，如图5-19所示，单击“实体”工具栏中的“扫描实体（Solid Sweep）”按钮，打开“串连选项”对话框。在对话框中单击“串连（chain）”按钮，选择图中的矩形作为串连1，圆作为串连2，单击“确定”按钮，然后选择曲线作为轨迹线，单击“确定”按钮。在弹出的“扫描实体的设置（Sweep Chain）”对话框中选择建立主体，单击“确定”按钮，产生如图5-20所示的扫描实体。

图5-19　截面图形

图5-20　实体效果

5.举升

举升是将多个封闭的平面曲线链通过直线或曲线过渡的方式构建出实体特征。举升既可构建主体，也可增加凸缘或切割主体。

例5-4　举升操作步骤及实例。

准备好如图5-21所示的外形图素（在图中位置要把线段打断成两段），单击“实体”工具栏中的“举升实体（Solid Loft）”按钮，打开“串连选项”对话框。在对话框中单击“串连（chain）”按钮，选择图中最下方的圆作为外形1，依次向上选择大圆为外形2，小圆为外形3，矩形为外形4（注意确保4个外形的箭头和起始点的方向一致如图5-22所示），单击“确定”按钮。在弹出的“举升实体的设置（Loft Chain）”对话框中选择建立主体，单击“确定”按钮，产生如图5-23所示的举升实体。

图5-21　空间线框

图5-22　箭头起始点和方向

注：

在“举升实体的设置（Loft Chain）”对话框中，如果选择以直纹方式产生实体，则生成如图5-24所示的以直线连接的举升实体，否则生成如图5-23所示的以圆弧连接的举升实体。

图5-23　举升实体

图5-24　以直纹方式产生的实体

6.薄壳

薄壳是指将实体内部掏空，使实体成为具有一定壁厚的空心实体。

例5-5　薄壳操作步骤及实例。

打开举升中画好的实体，如图5-25所示，单击“实体”工具栏中的“薄壳”按钮，选择花瓶的上表面作为开口面，在“实体薄壳的设置”对话框中选择薄壳方向为“朝内”，厚度为2，单击“确定”按钮，产生如图5-26所示的薄壳实体。

注：

（1）在薄壳时若选择实体面作为开口面，则实体从选择的面位置挖入实体，其他面保留所设定的厚度，若选实体主体，则实体将内部挖空如图5-27所示。

（2）在“实体薄壳设置”对话框中参数朝内、朝外、双向分别用于控制所保留的面的厚度是从实体边缘向内、朝外及双向测量，并且可以在对话框中设置向内、朝外的不同厚度。

图5-25　花瓶实体

图5-26　花瓶薄壳

图5-27　实体主体薄壳

7.倒圆角

实体倒圆角是指在实体的指定边界线上产生圆角过渡，一般用于实体造型的最后构建。

例5-6　倒圆角操作过程及实例。

打开如图5-29所示的花瓶，单击“实体”工具栏中的“倒圆角（Solid Fillet）”按钮，选择花瓶的上表面作为倒圆角面。单击“确定”按钮，在弹出的如图5-28所示的“实体倒圆角参数（Fillet Parameters）”对话框中选择“固定半径”单选项，输入半径值“1.5”，单击“”按钮，产生如图5-29（b）所示的圆角。

图5-28　“实体倒圆角参数”对话框

图5-29　瓶口倒圆角(www.xing528.com)

（a）选择倒圆角面；（b）倒圆角后的效果

注：

（1）实体倒圆角可以选择实体边界、实体面、实体主体等实体图素，如图5-30所示。

图5-30　“实体图素选择”工具栏

（2）图5-30所示的“实体图素选择”工具栏中的菜单说明见表5-4。

表5-4　“实体图素选择”工具栏中的菜单说明

（3）“实体倒圆角参数（Fillet Parameters）”对话框中的参数说明见表5-5。

表5-5　“实体倒圆角参数”对话框中的参数说明

图5-31　角落斜接对比

（a）角落斜接；（b）角落未斜接

（4）变化半径倒圆角的关键是如何确定在关键点处的不同半径值，如何增加、删除关键点。

例5-7　变化半径实体倒圆角的操作过程及实例。

绘制一个100×60×50的长方体，如图5-32所示，单击“实体”工具栏中的“倒圆角（Solid Fillet）”按钮，选择长方体上的L1、L2、L3三条边，单击“确定”按钮，在弹出的“实体倒圆角参数（Fillet Parameters）”对话框中选择“变化半径”单选项，输入半径值为“10”。单击边界1，右击鼠标在弹出的菜单中选择“中点插入”命令，然后选择L1，即可在L1的中点位置插入关键点，输入半径为“5”。单击边界2，右击鼠标在弹出的菜单中选择“中点插入”命令，然后选择L2，输入半径为“12”，右击鼠标在弹出的菜单中选择“修改半径”命令，选择如图5-33所示的点1，修改其半径为“8”。单击边界3，右击鼠标在弹出的菜单中选择“中点插入”命令，然后选择L3，输入半径为“8”，右击鼠标，在弹出的菜单中选择“修改半径”命令，选择点2，修改其半径为“5”，“实体倒圆角参数（Fillet Parameters）”对话框如图5-35所示，单击“”按钮，产生如图5-34所示的圆角。

图5-32　长方体

图5-33　关键点的位置

图5-34　倒圆角后的结果

图5-35　“实体倒圆角参数”对话框

8.倒角

圆角虽然好看，但不易加工，因此，实际加工中还经常对实体进行倒角。实体倒角有3种形式：单一距离（Solid One-distance Chamfer）、不同距离（Solid two-distance Chamfer）、距离/角度（Solid Distance and Angle Chamfer）（表5-6）。

表5-6　“实体倒角参数”对话框说明

图5-36　单一距离倒角设置

图5-37　单一距离倒角

图5-38　不同距离倒角设置

图5-39　不同距离倒角

图5-40　角度距离倒角设置

图5-41　角度距离倒角

9.牵引面

牵引实体面就是将实体的某个表面，绕指定的边界线或该表面与其他表面的交线旋转一定的角度。“牵引面参数”对话框说明如表5-7所示。

表5-7　“牵引面参数（Draft Faces Parameters）”对话框说明

续表

图5-42　牵引到实体面

图5-43　牵引到指定平面

图5-44　牵引到指定边界

图5-45　牵引挤出

10.布尔运算

布尔运算是通过交集、并集、差集的方式将多个实体合并为一个实体的过程。在Mastercam中对应的命令为交集、结合和切割。在布尔运算中所选择的第一个实体为目标实体，其余的为工具实体，运算后的结果为一个实体。

1）结合

例5-8　结合操作步骤与实例。

准备好如图5-46所示的实体，单击“实体”工具栏中的“布尔运算结合（Boolean Add）”按钮，选择实体1作为目标实体，实体2作为工具实体，单击“确定”按钮，产生如图5-47所示的一个实体。

图5-46　结合操作前

图5-47　结合操作后

2）交集

例5-9　交集操作步骤与实例。

在俯视图中绘制如图5-48所示的二维图形，在右视图中绘制如图5-48所示的二维图形，注意绘图的高平齐原则。单击“实体”工具栏中的“挤出实体（Solid Extrude）”按钮，利用建立主体的方法挤出两个二维图形至如图5-49所示的两个实体（确保两个实体都完全相交到）。单击“实体”工具栏中的“布尔运算交集（Boolean Common）”按钮，依次选择两个实体，单击“确定”按钮，产生如图5-50所示的一个实体。

3）切割

例5-10　切割操作步骤与实例。

图5-48　交集操作准备图

图5-49　挤出两个实体

图5-50　交集操作后的结果

操作步骤：

（1）在俯视图中绘制如图5-51所示的矩形，单击“实体”工具栏中的“挤出实体（Solid Extrude）”按钮，在对话框中单击“串连（chain）”按钮，选择图中的任一线段，然后单击“确定”按钮（注意拉伸方向朝下）。在弹出的“实体挤出的设置（Extrude Chain）”对话框中输入距离为“2”，单击“确定”按钮，生成高为2的长方体。

（2）在“构图深度Z”文本框中输入深度为“-1”，在俯视图中绘制如图5-52所示的图形，单击“实体”工具栏中的“挤出实体（Solid Extrude）”按钮，向上挤出厚度为2的实体（为了方便在布尔运算时选择工具主体），如图5-53所示。

（3）选择构图平面至右视图平面，单击“构图深度Z”按钮，选择点1作为当前构图深度，绘制如图5-54所示的三角形。单击“实体”工具栏中的“挤出实体（Solid Extrude）”按钮，选择“切割主体（Extend through all）”命令，“全部贯穿（Extend through all）”命令，单击“确定”按钮，然后选择第2步产生的实体作为切割主体，生成如图5-55所示的实体。

图5-51　矩形

图5-52　绘制图形

图5-53　挤出后结果

图5-54　画出三角形

（4）单击“实体”工具栏中的“布尔运算切割（Boolean Remove）”按钮，依次选择实体1作为目标主体，实体2作为工具主体，单击“确定”按钮，产生如图5-56所示的实体。

图5-55　挤出切割

图5-56　布尔运算切割后的结果