石材三维设计及加工技术：日式墓碑设计

本节以名古屋普通日式墓碑为设计模型，采用Pro/E三维制图软件对其进行三维模型的绘制以及装配。此类墓碑由基础割石、柱、石碑芝台、供物台、灵标、延石、玉垣、经机香炉、墓前灯、花立、小钵等组成。墓场的总体设计分析如下。

1)确定墓碑各模型的主要尺寸参数和各模型间的装配尺寸。

2)对各组件进行建模。

3)根据装配尺寸装配各模型，组成名古屋型普通日式墓碑。2.2.1 日式墓碑的制作

1.基础割石的绘制

割石的外形简单，为规则的长方体，所以可直接使用“拉伸”命令对其造型。

1)选择菜单栏中“文件”→“新建”命令，或者单击“文件”工具栏中的“新建”按钮，弹出“新建”对话框。在弹出的对话框中选择类型为“零件”，子类型为“实体”，输入文件名称为“jichugeshi”，取消勾选“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。在打开的“新文件选项”对话框中选择模板“mmns_part_solid”，单击“确定”按钮。

2)选择菜单栏中的“插入”→“拉伸”命令，或单击“基础特征”工具栏上的“拉伸”命令按钮。在弹出的“拉伸”操控板中选择“放置”选项，单击“定义”按钮，进入“草绘”对话框，选取“FRONT”基准面为草绘平面，“RIGHT”基准面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮，如图2-1所示。

3)进入截面草绘环境后，绘制一个长度为1300mm、宽度为l100mm的长方形作为特征截面，如图2-2所示。完成后单击“完成”按钮。

图2-1 “草绘”对话框

图2-2 拉伸截面图

4)在“拉伸”操控板上指定拉伸类型为“从草绘平面以指定的深度值拉伸”，并在文本框中输入深度100mm，单击“确定”按钮。

5)选择菜单栏中的“视图”→“颜色和外观”命令，系统弹出“外观编辑器”对话框。选择系统提供的石材外观模型，等级选择为“石头。打开映射选项卡，单击“颜色纹理”材质库，系统弹出“Color Placement”对话框，单击“+”，添加已预先设置好的纹理，如图2-3a所示。

6）添加完成后单击“应用”按钮完成渲染。渲染后的效果如图2-3b所示。

图2-3 基础割石的绘制

a）模型渲染 b）渲染效果图

2.柱的制作

同样采用“拉伸”命令，但需要进行三次“拉伸”来完成柱的造型，相关操作如下。

1）调用“新建”命令，选择类型为“零件”，子类型为“实体”，取消勾选“使用缺省模板”复选框，新建一个名称为“zhu”的文件。在打开的“新文件选项”对话框中选择模板“mmns part solid”，单击“确定”按钮。

2）调用“拉伸”命令，在“拉伸”操控板的“放置”面板上单击“定义”按钮，进入“草绘”对话框。选取“FRONT”基准面为草绘平面，“RIGHT”基准面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。

3）进入截面草绘环境后，绘制一个边长为60mm的正方形作为拉伸截面如图2-4a所示，绘制完后单击“完成”按钮。

4）在“拉伸”操控板上指定拉伸类型为“从草绘平面以指定的深度值拉伸”，在文本框中输入深度100mm，单击“确定”按钮完成拉伸。

5）以此拉伸体的上顶面为草绘平面重复拉伸操作，在其对称中心绘制边长为42mm的正方形作为第二次拉伸截面，如图2-4b所示。单击“完成”按钮退出草绘，在文本框中指定拉伸变量为20mm。

6）再次调用“拉伸”命令，以第二次拉伸体的上表面为草绘平面，在其对称中心绘制边长为60mm的正方形作为拉伸截面，如图2-4a所示，单击“完成”按钮退出草绘，在文本框中指定拉伸变量为20mm。

图2-4 拉伸截面

a）第一次、第三次拉伸截面图 b）第二次拉伸截面图

7）选择菜单栏中的“视图”→“颜色和外观”命令，添加纹理，选择芝麻白为其渲染，渲染后的效果如图2-5所示。

3.石碑、芝台的制作

石碑和芝台是由四个长方体组成，尺寸分别为：400mm×400mm×100mm，250mm×250mm×100mm，150mm×150mm×100mm，100mm×100mm×300mm，都采用“拉伸”命令来完成三维造型，操作步骤与“柱”的制作过程相似，在此不再赘述。最终效果如图2-6所示。

图2-5 柱的渲染效果图

图2-6 石碑和芝台效果图

4.供物台的制作

供物台的制作也采用“拉伸”命令来完成，其步骤与前面几个同样采用“拉伸”命令零件的制作过程相同，下面给出供物台的拉伸截面图，如图2-7a所示。拉伸体的拉伸深度为200mm，完成的模型如图2-7b所示。

图2-7 供物台的绘制

a）拉伸截面图 b）拉伸所得模型图

5.灵标的制作

灵标包括立板和底部角座两部分，立板模型如图2-8所示。采用“拉伸”命令制作一个300mm×200mm×35mm的立方体，然后对其四个顶角进行半径为30mm的倒圆角操作即可完成立板的制作。底部角座的绘制依然是采用“拉伸”命令。利用“拉伸”命令绘制图2-9所示的拉伸截面图形，然后进行拉伸，拉伸宽度为40mm。再对其顶边进行半径为15mm的倒圆角操作。渲染后得到的模型如图2-10所示。这两个零件的建模步骤与前文介绍的几个零件相似，故不在此赘述。

图2-8 立板模型

图2-9 底部角座绘制

6.延石的设计

与前面几个零件的制作相比，延石的设计还会使用“去除材料”命令，相关操作如下。

1）调用“新建”命令，新建一个名称为“yan-shi”的文件。取消勾选“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。在打开的“新文件选项”对话框中选择模板“mmns part solid”，单击“确定”按钮。

2）调用“拉伸”命令，在“拉伸”操控板的“放置”面板上单击“定义”按钮，进入“草绘”对话框。选取“FRONT”基准面为草绘平面，“RIGHT”基准面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。

3）进入截面草绘环境后，绘制一个长度为1300mm、宽度为1100mm的长方形作为特征截面如图2-11a所示，完成后单击“完成”按钮。

4）在“拉伸”操控板上指定拉伸类型为“从草绘平面以指定的深度值拉伸”，在文本框中输入深度100mm，单击“确定”按钮。

图2-10 底部角座模型

5）再次调用“拉伸”命令。在弹出的“拉伸”操控板中，单击“去除材料”按钮，选择“放置”选项，单击“定义”按钮，进入“草绘”对话框。选取延石上表面为草绘平面，接受系统默认的参照平面绘制一个300mm×100mm的矩形拉伸截面，如图2-11b所示。选择“对称切除”命令，设置切除高度200mm，完成延石模型的建立。

6）选择菜单栏中的“视图”→“颜色和外观”命令，添加纹理，选择芝麻白为其渲染。渲染后的效果如图2-12所示。

图2-11 拉伸截面与切除截面

a）拉伸截面 b）切除截面

7.玉垣的制作

玉垣的立体图如图2-13所示。它的制作方法与延石相同，先拉伸后去除材料，相关操作如下。

图2-12 延石模型

图2-13 垣的模型(www.xing528.com)

1）调用“新建”命令，选择类型为“零件”，子类型为“实体”，取消勾选“使用缺省模板”复选框，新建一个名称为“yuyuan”的文件。在打开的“新文件选项”对话框中选择模板“mmns part solid”，单击“确定”按钮。

2）调用“拉伸”命令，在“拉伸”操控板的“放置”面板上单击“定义”按钮，进入“草绘”对话框。选取“FRONT”基准面为草绘平面，“RIGHT”基准面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。

3）进入截面草绘环境后，绘制一个拉伸截面如图2-14a所示，完成后单击“完成”按钮。

4）在“拉伸”操控板上指定拉伸类型为“从草绘平面以指定的深度值拉伸”，并在文本框中输入深度560mm，单击“确定”按钮进行拉伸。

5）再次调用“拉伸”命令，在选择的“RIGHT”面上绘制图2-14b所示的去除材料截面，单击完成按钮退出草绘。在“拉伸”操控板上选择“去除材料”按钮，选择“对称切除”命令，设置切除高度20mm，单击“确定”按钮

6）选择菜单栏中“视图”→“颜色和外观”命令，添加纹理，选择芝麻白为其渲染，渲染后效果如图2-13所示。

由于需要不同长度的垣，所以可以采用按比例缩放来得到其他长度的垣。选择主菜单栏中“编辑”→“缩放模型”命令，分别在“输入比例”文本框中输入缩放比例0.8214和0.4464，分别得到缩放后的垣。

图2-14 玉垣的立体图和截面尺寸

a）垣的拉伸截面图 b）去除材料的截面图

8.经机香炉的制作

经机香炉的制作同样是对一个拉伸长方体进行“去除材料”操作，具体操作步骤如下。

1）调用“新建”命令，新建一个名称为“jingjixianglu”的文件。取消勾选“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。在打开的“新文件选项”对话框中选择模板“mmns part solid”，单击“确定”按钮。

2）调用“拉伸”命令，在“拉伸”操控板的“放置”面板上单击“定义”按钮，进入“草绘”对话框。选取“FRONT”基准面为草绘平面，“RIGHT”基准面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。进入截面草绘环境后绘制一个图2-15a所示的拉伸截面，单击“完成”按钮。输入拉伸高度75mm，单击“确定”按钮，生成图2-15b所示的三维模型。

3）再次调用“拉伸”命令，在“拉伸”操控板的“放置”面板中单击“定义”按钮进行截面的定义。选取“RIGHT”面为草绘平面，“FRONT”面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。绘制图2-16a所示的切口截面，单击“完成”按钮。输入的拉伸高度为150mm，单击“确定”按钮，完成切口实体的创建，如图2-16b所示。

图2-15 经机香炉

a）拉伸截面 b）三维模型

图2-16 倒角和圆角特征

a）切口截面 b）切口三维模型

4）最后进行倒角修补，选择菜单栏中“插入”→“倒角”→“边倒角”命令。在模型中选择图2-17a所示的边线，在操控面板中选择倒角方式为“D1×D2”，在倒角文本框中键入的D1值为15，D2值为4，并按回车键。单击“确定”按钮，完成特征的创建。添加图2-17b所示的圆角特征，角半径为4mm。

图2-17 倒角和圆角特征

a）倒角特征 b）圆角特征

图2-18 经机香炉模型

5）选择菜单栏中的“视图”→“颜色和外观”命令，添加纹理，选择芝麻白为其渲染。渲染后的效果如图2-18所示。

9.墓前灯的制作

日式墓碑前灯多是回转体，故采用“旋转”命令来对其造型，具体操作如下。

1）调用“新建”命令，选择类型为“零件”，子类型为“实体”，取消勾选“使用缺省模板”复选框，新建一个名称为“muqiandeng”的文件。在打开的“新文件选项”对话框中选择模板“mmns part solid”，单击“确定”按钮。

2）选择菜单栏中“插入”→“旋转”命令，或单击“基础特征”工具栏上的“旋转”命令按钮。在弹出的“旋转”操控板中选择“放置”选项，单击“定义”按钮。选取“FRONT”基准面为草绘平面，“RIGHT”基准面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。

3）进入截面草绘环境后，单击工具栏上的“中心线”按钮绘制一条过坐标原点的竖直中心线作为旋转轴。之后按坐标对各个点进行绘制，其中从底面中心（原点）开始沿顺时针方向各点的坐标为（0，0），（0，300），（5.1，270），（7.8，251），（7.8，244.8），（41.5，223.8），（50，223.8），（50，217.2），（22.2，217.2），（22.2，175.2），（28.1，175.4），（38.2，170.4），（38.2，156.3），（34.4，150.3），（22.5，150.3），（16.2，127.2），（22.9，53.1），（33.4，53.1），（38.2，42.6），（50，42.6），（50，0），（0，0）。然后用样条曲线把这些点连接起来便形成了图2-19a所示的旋转截面，单击“完成”按钮。

4）在操控板中设置旋转角度为360°，单击“确定”按钮。

5）选择菜单栏中的“视图”→“颜色和外观”命令，添加颜色，渲染后的效果如图2-19b所示。

图2-19 墓前灯的绘制

a）旋转截面图 b）墓前灯渲染效果图

10.花立的制作

由于花立的四个侧面具有一致性，所以花立的建模可以采用同一组具有花立外形的曲线来拉伸切除一个截面为正方形的长方体，相关操作如下。

1）首先新建并命名一个名为“huali”的文件，调用“拉伸”命令进行拉伸截面的绘制。“新建”和“拉伸”命令的调用过程参照上文。

2）进入截面草绘环境后，绘制一个图2-20a所示的拉伸截面，完成后单击“完成”按钮。

3）在“拉伸”操控板上指定拉伸类型为“从草绘平面以指定的深度值拉伸”，并在文本框中输入深度120mm，单击“确定”按钮进行拉伸，如图2-20b所示。

图2-20 拉伸基础特征

a）拉伸截面 b）拉伸高度

4）接着建立拉伸切除中的外形曲线，如图2-21a所示。其坐标分别为：（85.2，-1），（85.2，120），（28.4，120），（28.4，107），（20，107），（20，101），（37.5，95），（37.5，44），（25.1，17），（28.4，12），（28.4，-1）。点击“去除材料”按钮并设置切除深度为75mm，单击“确定”按钮。选择拉伸切除体，单击“阵列”按钮，阵列方式为“轴”，数量为4，单击“确定”按钮。阵列后模型如图2-21b所示。

图2-21 拉伸切口模型

a）切口特征截面 b）切口特征模型

5）选择菜单栏中的“插入”→“倒圆角”命令。在模型中选择图2-22a所示的棱边，在操控面板中的圆角半径文本框中键入1，并按回车键。单击“确定”按钮，完成特征的创建，如图2-22b所示。

6）选择菜单栏中的“视图”→“颜色和外观”命令，添加纹理，选择芝麻白对其渲染。

图2-22 圆角特征

a）倒角对象 b）圆角特征

11.小钵的制作

由于小钵有两个相对的面具有一致性，所以小钵的建模需要有两组外形曲线来对一个长方体进行切除。两组外形曲线可以做得一致，仅是距离中心的距离不同，具体操作步骤如下。

1）首先新建并命名一个名为“xiaobo”的文件，调用“拉伸”命令进行拉伸截面的绘制。“新建”和“拉伸”命令的调用过程参照上文。

2）进入截面草绘环境后，绘制一个长100mm，宽80mm的拉伸截面，完成后单击“完成”按钮。

3）输入拉伸高度50mm，单击“确定”按钮，完成小钵基体的创建。

4）单击“拉伸”按钮，从弹出的操控板中选择“去除材料”，单击“放置”面板中的“定义”按钮进行截面的定义。选取“FRONT”面为草绘平面，“RIGHT”面为参照平面，方向为“右”，单击“草绘”按钮。

5）绘制图2-23a所示的切口截面，其各点坐标分别为：（36，-1），（36，88），（16.5，88），（16.5，73.6），（11.6，73.6），（11.6，69.1），（19.5，67.2），（22.7，65.5），（25，63），（23，29.8），（11，-1）。绘制完成后单击“完成”按钮，输入拉伸深度为100mm，单击“确定”按钮。利用“镜像”命令选择拉伸切除体进行镜像。同理左右两端也采用这种方法进行造型，最后生成的小钵三维造型如图2-23b所示。

图2-23 小钵的各视图

a）切口截面 b）小钵模型