王學(xué)平

基于NX/Model的一種空間5邊形曲面設(shè)計(jì)方法

王學(xué)平

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

基于NX /Model系統(tǒng)，提出了一種在空間5邊形曲線中構(gòu)造2個(gè)4邊形曲線及其曲面，最終實(shí)現(xiàn)空間5邊形曲面設(shè)計(jì)的方法，并給出了5邊形曲面設(shè)計(jì)的實(shí)例．該曲面設(shè)計(jì)方法具有通用性，適用于更多邊數(shù)的曲面設(shè)計(jì)，也適用于PROE、SOLIDWORKS等其它CAD系統(tǒng)．

空間5邊形曲面設(shè)計(jì)；NX /Model；空間5邊形曲線

0 引 言

目前使用的3D CAD軟件都提供了豐富的曲面設(shè)計(jì)功能，可以比較容易地把如圖1所示的空間4邊形曲線設(shè)計(jì)成如圖2所示的曲面．在NX建模系統(tǒng)中，使用網(wǎng)格曲面、藝術(shù)曲面、邊域曲面或掃掠等功能都可以完成如圖2所示的曲面設(shè)計(jì)．然而如圖3所示的2種空間5邊形曲線，直接使用曲面設(shè)計(jì)功能無(wú)法一次性地設(shè)計(jì)出通過(guò)5條邊且光順的曲面[1]，但是設(shè)法在空間5邊形曲線中構(gòu)造2個(gè)4邊形曲線，這樣5邊形的曲面設(shè)計(jì)就變成了2個(gè)4邊形的曲面設(shè)計(jì)，縫合2個(gè)4邊形曲面片體，最終將得到一個(gè)通過(guò)5條邊且光順的5邊形曲面．本文基于NX/Model系統(tǒng)，給出了這種5邊形曲面的設(shè)計(jì)方法．

圖1 4邊形曲線

圖2 線框曲面

圖3 5邊形曲線

1 在空間5邊形曲線中構(gòu)造4邊形曲線

在空間5邊形曲線中構(gòu)造4邊形曲線，最好的方法就是設(shè)法把5邊形中的2條相鄰邊合并成一條光順邊．在NX/Model中，將2條曲線合并成一條光順曲線的方法有2種：一種是曲線倒圓角；另一種是曲線橋接[2]．曲線倒圓角能光順的連接2條曲線，但是倒圓半徑值固定且調(diào)整不方便，而橋接曲線不僅可以靈活地拖曳橋接曲線段編輯其半徑，還可以編輯相切幅值等參數(shù)，因此在5邊形中要構(gòu)建4邊形曲線，最好使用曲線橋接功能．

使用曲線橋接功能合并2條邊的關(guān)鍵是合理地選擇相鄰邊，盡量避免選擇最長(zhǎng)邊與最短邊橋接，同時(shí)還要注意橋接后生成的曲線要與原來(lái)的3條曲線構(gòu)成類似于如圖1所示的2組大致相互垂直的曲線，以滿足4邊形曲線的構(gòu)面條件．在圖3中，分別選擇C1和C5進(jìn)行橋接，生成的橋接曲線段C6和C1、C5的部分曲線就能構(gòu)成一條光順曲線，并與另外3條曲線C2、C3、C4構(gòu)成如圖4所示的2個(gè)4邊形曲線．

圖4 4邊形曲線

2 5邊形曲面設(shè)計(jì)

通過(guò)曲線橋接功能，可以在空間5邊形中構(gòu)造出一個(gè)4邊形，這樣就滿足了網(wǎng)格面、掃掠面等方法的曲面構(gòu)造條件，從而可以構(gòu)造出一個(gè)4邊形曲面，但這只是5邊形曲線構(gòu)造的一部分曲面．為了完成另一部分曲面的構(gòu)造，先在平面上繪制2條大致互相垂直的相連直線段，再投影到已創(chuàng)建的曲面上作為修剪邊界，使用片體修剪功能把已創(chuàng)建的曲面切除掉一部分，新產(chǎn)生的邊與原有曲線串的部分曲線段構(gòu)成一個(gè)新的4邊形曲線，使用4邊形曲面設(shè)計(jì)功能再構(gòu)造一個(gè)與已有曲面相切的新曲面，再把兩塊曲面縫合，最終構(gòu)造一個(gè)由空間5邊形設(shè)計(jì)的曲面．使用圖4左邊的4邊形曲線可以構(gòu)造出如圖5所示的曲面；再繪制2條相連的平面直線段，將其投影到圖5中的曲面上作為修剪邊界，使用片體修剪功能得到如圖6所示的有缺口的曲面，新生成的C7和C8曲面邊與C1和C4曲線的部分邊就可以組成一個(gè)4邊形曲線；再使用網(wǎng)格面并設(shè)置C7和C8邊與圖6中的曲面相切，設(shè)計(jì)出1個(gè)4邊形曲面片體，最后將2塊曲面縫合，得到如圖7所示的5邊形曲面．對(duì)于圖4中右邊的5邊形曲線，使用同樣的方法也能構(gòu)造出光順的5邊形曲面．

圖5 4邊形曲面

圖6 修剪曲面

圖7 5邊形曲面

3 曲面分析

使用上述方法構(gòu)造的曲面能否滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)其進(jìn)行檢查和分析．首先檢查圖7所示的曲面，未發(fā)現(xiàn)不連續(xù)或折皺等明顯缺陷．對(duì)其進(jìn)行截面曲率分析，顯示曲面表面均為G1連續(xù)，圖8為截面曲率變化示意圖．進(jìn)一步使用高斯（Gaussian）分析[3]，發(fā)現(xiàn)空間5邊形曲面沒(méi)有收斂點(diǎn)；再使用反射分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)曲面均光順連續(xù)，圖9為斑馬線示意圖．總之，使用本文方法構(gòu)造的5邊形曲面光順連續(xù)，可滿足一般曲面的設(shè)計(jì)要求．

圖8 截面曲率變化

圖9 斑馬線

4 結(jié) 語(yǔ)

使用曲線橋接、曲線投影、曲面修剪以及曲面縫合功能，可實(shí)現(xiàn)5邊形曲面設(shè)計(jì)．這種方法的本質(zhì)是在空間5邊形中構(gòu)造2個(gè)4邊形并最終完成曲面設(shè)計(jì)．因此對(duì)于更多邊數(shù)的曲面設(shè)計(jì)，只要設(shè)法構(gòu)造出多個(gè)4邊形及其曲面，就可以完成更多邊數(shù)的曲面設(shè)計(jì)．同時(shí)，這一方法具有通用性，也可用于其它的CAD系統(tǒng)．

[1] 何思嘉．NX10曲面設(shè)計(jì)及應(yīng)用案例[M]．電子工業(yè)出版社，2016．

[2] 龍馬高新教育．新編UG NX10從入門(mén)到精通[M]．人民郵電出版社，2016．

[3] 麓山文化．UG NX10中文版曲面設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2015．

A Method of Space 5-sided Surface Design Based on NX/Model

WANG Xueping

（）

Based on NX/Model, the paper puts forward a method to design a space 5-sided surface by constructing two 4-sided curves in a space 5-sided curves. An example is given for a space 5-sided surface design. This method is universal and suitable for surface design of a space more-sided curves and other CAD systems such as PRO/E, SOLIDWORKS and etc.

space 5-sided surface design; NX /Model; space 5-sided curves

2019-10-29

王學(xué)平，男，甘肅靈臺(tái)縣人，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)械CAD/CAM教學(xué)和研究．

TP391

A

1672-0318（2020）03-0008-03

10.13899/j.cnki.szptxb.2020.03.002