几何建模基础的重要性与应用场景

物体的形状是多种多样的，但从形体角度来看，都可以认为是由若干基本实体所组成的，此类实体即是组合体。在实际生产中大部分零件的实际模型都是以组合体的形式出现，少部分零件会出现比较复杂的形状，这就需要采用曲面和实体相结合的综合分析方法。

1．组合体的分解

形体分析法是解决组合体问题的基本方法。所谓形体分析就是将组合体按照其组成方式分解为若干基本形体，以便弄清楚各基本形体的形状和它们之间的相对位置关系。工程上的各种零件原型都可以看作是组合体，组合体的组成方式有叠加式、切割式和综合式3种，具体如下。

叠加式

有两个或两个以上的基本形体叠加而得到的组合体称为叠加式组合体。如图1-7所示，该组合体是由长方体和圆柱体叠加而成的。

切割式

由一个完整的基本实体切去若干个基本形体而得到的组合体称为切割式组合体。如图1-8所示，该组合体是由圆柱体切去两个基本形体后得到的。

图1-7 叠加式组合体

图1-8 切割式组合体

综合式

若组合体的构成中既有叠加、又有切割，则称为综合式组合体。如图1-9所示，该组合体是由一个钻有四个通孔的长方体板与一个开有沉头孔的圆柱体组合而成的综合式组合体。

图1-9 综合式组合体

2．三维实体的创建方法

在创建实体的三维模型时，可以将各类结构较为复杂的实体，按上述的形体分析法分解为若干个基本体，然后利用积木法、曲面转换实体法和修剪法创建出实体的三维模型。

积木法

积木法就是先创建一个反映零件主要形状的基础特征，然后在这个基础特征上添加一些其他特征，如孔、凸台、键槽、割槽、倒角等，如图1-10所示。此方法也是大部分机械零件三维模型的创建方法。

图1-10 积木法创建三维实体

曲面转换实体法

在创建具有曲面特征的实体模型时，可以先利用相应的曲面工具创建出构成模型轮廓表面的片体结构，然后再通过偏置与缩放工具将其转换为具有实体特征的三维模型，如图1-11所示。

图1-11 曲面转换为实体

修剪法

修剪法就是先创建零件外部形状的基础特征，然后创建修剪曲面，最后利用修剪工具在这个外部形状基础特征上修剪掉一些特征，如图1-12所示。

3．三维曲面的创建方法(www.xing528.com)

三维曲面的构造方法很多，但都必须先定义或者选择构造几何体，如点、曲线、片体或者其他物体，然后生成三维曲面。一般有以下3种主要的三维曲面生成方法。

图1-12 修剪法创建实体

由点集生成曲面

这种方法是通过指定点集文件或者通过点构造器创建点集来创建自由曲面，创建的自由曲面可以通过点集也可以以点集为极点，这种方法在UGNX中主要包括“通过点”“从极点”和“从点云”。由点集生成的自由曲面比较简单、直观，但它生成的曲面是非参数化的，如图1-13所示。

图1-13 由点集生成曲面

由截面曲线生成曲面

这种方法是通过指定截面曲线来创建自由曲面，这种方法在UGNX中主要包括“直纹面”“通过曲线”“通过曲线网格”和“扫描”，这种方法和由点集生成的曲面相比，最大的不同是它所创建的曲面是全参数曲面，即创建的曲面和曲线是相关联的，当构造曲面的曲线被编辑修改后，曲面会自动更新，如图1-14所示。

图1-14 通过扫面生成曲面

由已有曲面生成曲面

这种方法是通过对已有的曲面进行桥接、延伸、偏置等来创建新的曲面，这种曲面创建的前提是必须有参考面，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，如图1-15所示。

图1-15 通过延伸生成曲面

4．曲面建模的基本原则

使用UGNX中的曲面造型模块，能够使用户设计更高级的自由外形。通常情况下，使用曲面功能构造产品外形，首先要建立用于构造曲面的边界曲线，或者根据实际测量的数据点生成曲线，使用UG提供的各种曲面构造方法构造曲面。对于简单的曲面，可以一次完成建模。而对于复杂的曲面，首先应该采用曲线构造方法生成主要或大面积的片体，然后执行曲面的过渡连接、光顺处理、曲面编辑等操作完成整体造型，其建模的基本原则如下：

根据不同曲面的特点合理使用各种曲面构造方法。

尽可能采用修剪实体，再用挖空的方法建立薄壳零件。

面之间的圆角过渡尽可能在实体上进行操作。

用于构曲面的曲线尽可能简单，曲线阶次数＜3。

如有测量的数据点，建议可先生成曲线，再利用曲线构造曲面。

内圆角半径应略大于标准刀具半径。

用于构曲面的曲线要保证光顺连续，避免产生尖角、交叉和重叠。

曲面的曲率半径尽可能大，否则会造成加工困难和复杂。

曲面的阶次＜3，尽可能避免使用高阶次曲面。

避免构非参数化特性。