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在MastercamX中复杂网格曲面的创建是三维曲面造型中的一大难点,本文从网格曲面的概念、构建步骤及实际操作过程中的相关注意点等方面,探讨了几种典型网格曲面的构建方法。
关键词MastercamX网格曲面构建方法

0引言
在产品的三维造型中,复杂曲面的创建一直是计算机辅助设计的难点,而在MastercamX软件中,恰好提供了一种最有效、最常用的构建复杂曲面的好方法,即网格曲面功能,但由于网格曲面的概念较难理解,操作步骤较为复杂,因此,如若不理解其内涵以及不掌握其操作领的话,最后往往形成不了曲面或得不到想的曲面。本文根据自己的实际经验,总结了在MastercamX环境下网格曲面的创建方法。
1网格曲面的概念
网格曲面(又称为昆氏曲面)是在1964年由S.A.Coons提出了一种曲面分片和拼合造型的思想,用四条边界构造曲面片,并通过叠加修正曲面片,产生满足需的曲面,即由网格状排列的曲线外形(由直线、圆弧和曲线组成)之间的熔接产生的曲面,它的最大优点就是熔接性好,拟合精度高最终加工出来的曲面光滑。
网格曲面的基本形状是由4个边界形成的缀面,空间4个图素构成了一个单位的网格曲面,由许多缀面组合就形成了一张曲面。而且随着网格曲面的发展,出现了很多网格曲面基本形状的变形。
2网格曲面的构建
产生网格曲面,必须使用昆氏串连,一种只有用于产生网格曲面的串连选择方法,在MastercamX版本软件中,有两种方式自动串连和手动串连,其中自动串连对图形的条件求较多,主针对规则网格曲面,所以较少采用,而手动串连不但适用于规则的四边形网格曲面,且更多地适用于规则的或是标准的多个引导方向和多个截断方向的复杂曲面,甚至有些情况下对多个缀面并不是规则的或标准的网状行列形式的复杂曲面也能进行创建,因此,本文主探讨手动串连方式下各种网格曲面的创建方法。
2.1开放式网格曲面的构建方法
在开放式网格曲面类型中,又有几种典型的形状开放式四边形、开放式三角形、异形三种。
2.1.1开放式四边形网格曲面的创建
①构建正确线架后,选择“CreateNetsurface”
②在串连模式对话框中,选择串连“chain”模式,如图1-1。注意,这种方式下可以不用对刚才的线架图素在交点处进行打断操作。
③进行串连选取图素,在这个操作步骤中必须注意选取的起点、顺序、方向。对于起点的选择可以是四边形四个角中的任意一个角点,注意,边界上构成这个起点的图素只能是两条边,所以上图中能作为起点的只能是四个角点,边界中间点不能算。一旦起点定了,那么构成这个点的两条相邻边各自所在的方向(即通常被定义为切削方向和截断方向,用户可以任意定义其中一条边的方向为切削方向,那么另一条边所在的方向就为截断方向)决定了接下来的串联选取顺序,即在图素选取时,必须将所有的切削方向缀面边界都选取结束后再转到截断方向选取所有的缀面边界,而且在任意一个方向上缀面边界选择时不能跳跃,必须是按照同一方向一条一条地有序选取。如图1-2。
④两个方向上边界全部选取结束后,按串连对话框中的确定按钮即可生成如图1-2所示的网格曲面。
2.1.2开放式三角形网格曲面的创建
三角形网格曲面可以看做是四边形中某一条边长度为零后所构成的,或者也可以理解为某一条边缩短成一个点,如图1-3。
针对这种情况,同样先确定串连起点,然后决定切削方向与截断方向,最后在两个方向上依次选取图素。起点的条件与四边形网格曲面构建时求的一致,所以在上图中,能作为起点的只有点1和点2两点,这样构成这个起点的两条边就显然确定下来,它们所在的方向也就决定了一个是切削方向另一个就是截断方向。在上图中,假设切削方向定义为1-5-2三点构成的圆弧边界图素,那么它的对边可以看做是长度为零的3、4两点,截断方向则为1-3,5-3,2-3三段圆弧,具体操作步骤如下①构建正确线架后,选择“CreateNetsurface”。②在串连模式对话框中,先选择部分串连“Partial”模式进行第一个切削方向边界的图素选取,因为切削方向边界1-5-2三点构成的两段圆弧。③由于刚才的切削方向边界的对边是点,所以改用单点“Point”模式选取3点,到此为止,切削方向的边界全部选择完毕。④接下来选取截断方向的边界,在截断方向上共有三段圆弧,所以改用串连“chain”模式依次选取1-3,5-3,2-3三段圆弧。⑤边界完毕选择完毕后,按串连对话框中的确定按钮即可生成如图2-4所示的三角形网格曲面。⑥值得一提的是,在MastercamX版本中提供了另一种较为简便的方法,同样以上述图形为例,在第二步骤中选用“ApexPoint”功能模块,而非“Chain”模块,具体操作时只在所有圆弧选择完毕后根据提示选取3点即可,结果如上图一样。
2.2封闭式网格曲面的创建
在封闭式网格曲面类型中,最常用的方法就是扩展法,即把封闭式线架展开或理想拓展,使复杂曲面转换成规则的mxn网状结构。可以把线框展开成平面图形,在这个平面图形中判断切削方向和截断方向就很容易了,方法与开放式四边形网格曲面的构建方法一样,但是注意的是必须将展开的图素与封闭线框的图素一一对应起来。
另一种方法就是直接定义切削方向为闭合圆周环绕方向,与环绕圆周方向垂直的轴线方向为截断方向①构建正确线架后,选择“CreateNetsurface”。②在串连模式对话框中,选择串连“chain”模式,首先选取下底边圆周图素。③同样在串连模式下选取下底边的对边,即上圆周边作为切削方向的第二边界。注意,两次选择的起点位置对应,方向必须一致。④在切削方向两个边界全部选取完毕后,开始选择截断方向的图素,即轴向(也可以看做是高度方向)图素选取,注意在两条边界中首先选取的是圆周方向起点所在位置的那一边界,然后再按照切削方向边界选取时的箭头方向依次选取其他边界。⑤所有图素选取完毕后,按串连对话框中的确定按钮即可生成网格曲面效果图。
3结束语
以上是本人在实践中针对几种典型的网格曲面在MastercamX版本软件中创建方法的一些总结,采用这些方法可以一次性生成一张完整的网格曲面,而不是单独一个个小缀面拼凑出来的网格曲面,这种光滑、熔接性好的整张网格曲面能够保证曲面得到连续加工,减少刀路痕迹,从而提升加工表面精度。

参考文献
[1]钟华玉,李财旺.MastercamX三维绘图与加工[M].北京人民邮电出版社,2006.
[2]刘春利,赵红梅.构建复杂昆氏曲面技巧的研究[J].机械研究与应用,2007(4)20-24.
[3]周文成.MastercamX基础与范例应用[M].北京人民邮电出版社,2006.
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