第2章 建模

UGNX7.5高级应用教材广东技术师范学院天河学院钟奇第2章建模•本章重点：•本章讲述UG三维建模的基本知识与实例。UG的建模分为有历史记录模式建模与无历史记录模式建模两种，本章重点介绍了这两种模式的建模知识及相关命令，使读者在掌握各命令基本操作方法的情况下，进一步掌握相同命令在不同场合的应用方法；另外，本章通过实例，让读者掌握建立三维建模的基本过程与基本方法。•本章难点：•三维建模建立的基本过程。建议本章学习时，一要勤，读者要进行建模练习的类型和式样要广泛；二要多思考，会总结，在多种建模中，能够确定最佳建模方案；三要善于从不同角度不同方法来解决同一问题，从而具有灵活运用和驾驭建模命令的能力。建模•建模也称为造型或实体建模（Solidmodeling），是用计算机以数学方法来描述物体或物体与物体之间的空间关系。例如，使用方程式在屏幕上生成直线、圆或其他形状，并依据它们相互之间所在的二维或三维空间的关系精确定位与放置。•UG建模的目的是为了后续应用，主要包括：工程图、三维装配及装配工程图、加工编程、塑料模具、冲压模具、运动仿真、有限元分析等。其中，三维装配又可以用来进行运动仿真、出装配工程图及爆炸效果图等。因此，三维建模是其它应用的基础。草图操作特点与技巧•建模时，是否需要草图，是根据模型的形状的复杂程度及操作的方法来决定的，复杂模型一般需要草图。•所谓草图，实际上就是为进行三维建模时创建的二维平面图，这个平面图可以放置在不同的图层上，通过诸如“拉伸”、“回转”等不同方式，让其形成三维图。因此，草图是三维建模的基础。•初学UG的读者，可能以前曾学过二维绘图软件，如AutoCAD，CAXA等，这些软件制作二维图，实际上和UG的草图类似，控制原理与作图思维模式有所不同，初学者可按本书方法进行练习，很快就可以掌握主要方法。约束•在UG中，约束分为几何约束与尺寸约束两种。•几何约束：通过对图素间相互位置与关系进行限制，从而使图形具有位置与形状的唯一性的操作。如，让几条直线等长、平行或垂直等；让圆弧同心、等半径等；让图素固定位置等；让点在某曲线上等等。UG中，几何约束的命令是“草图工具”工具条中的“约束”命令，先单击“约束”命令按钮，然后单击要进行几何约束的相关图素（可以是一个、两个或两个以上图素对象），此时会在绘图区的左上角显示“约束”浮动工具条。自动约束•初学UG草图制作时，系统会自动产生多种约束，这些约束使用得当，可以使作图速度成倍地增加，但一旦没有掌握好，则可能造成妨碍作图。•下面介绍自动约束及操作时的注意事项。•进入草图后，系统自动使用的绘图工具是“草图工具”工具条中“配置文件”命令，该命令可制作直线与圆弧，现在就以该命令的操作为例，来说明自动约束及其注意事项。约束效果1.“配置文件”命令图2-9不同输入模式操作该命令时，先输入第一坐标点，读者可以直接在屏幕上适当位置单击来得到第一坐标点，也可以在图2-9左侧所示文本框中输入坐标值后按回车来得到第一坐标点，然后拖动鼠标来制作直线，如果要制作圆弧，则按住鼠标左键拖动一下，就进入绘制圆弧模式，再次按住鼠标左键拖动又可回到绘制直线模式。作图时注意系统的自动约束功能，除有需要外，最好不要让系统进行自动约束，否则，后续操作可能会出现不必要的麻烦，如果出现多余的自动约束，要及时删除。2.“派生直线”命令该命令可以制作中位线或角平分线，如图2-10所示。先作三条任意直线A、直线B及直线C，然后单击“派生直线”，再单击直线A与直线B，拖动鼠标左右移动，就会出现直线A与直线B的中位线M，到适当位置单击左键完成直线M的创建。同样，单击“派生直线”后，再单击直线B与直线C，拖动鼠标可以制作直线B与直线C的角平分线N。效果如图2-10右侧所示。图2-10“派生直线”制作3.“转换至/自参考对象”命令该命令可以将曲线转换成参考线，或将参考线转换成活动曲线，在UG中，参考线可作为中心线、对照线等，不参与成形操作，即不能用参考线作出可以拉伸、旋转等用的图形，而活动线则可以通过拉伸、旋转等命令使其转换成实体图形。单击该命令后，然后单击选中要转换成参考线的曲线，再单击鼠标中键，就完成了转换过程。4.“偏置曲线”命令“偏置曲线”命令将曲线偏移一定距离，在UG中，“偏置曲线”具有关联性，而早期版本中则不具有关联特性。操作方法是：单击“偏置曲线”命令按钮，弹出“偏置曲线”对话框，在“距离”处输入偏移的距离值，然后单击选中要偏置的曲线，再单击鼠标中键就可完成操作。•5．“镜像曲线”命令•该命令可以将草图曲线以某直线为对称中心线进行镜像，操作时，先单击“镜像曲线”命令按钮，弹出“镜像曲线”对话框，先单击对称中心线，然后再选中要进行镜像的曲线，再单击鼠标中键即可完成操作。•草图中的命令有几十条，除了“草图生成器”工具条上的命令外，“编辑”菜单中的命令也是可用的，•其中，常用的命令有“移动对象”（Ctrl+Shift+M），“变换”（Ctrl+T）及编辑曲线等命令，其中，“移动对象”命令在后面有介绍，它不但可以用在草图中，也可以在建模环境中使用，“变换”命令是UG以前的版本中常用的命令，但该命令在UG7.5中等到了改造，操作与前面版本的操作有些不同。•在UG中，当制作草图曲线时，系统会自动进行尺寸约束，即每作一段线，系统标出尺寸，若要取消尺寸标出，可以单击草图环境中的“任务”“草图样式”，在弹出的对话框中将“连续自动标注草图尺寸”复选框前面的钩“√”去掉即可。2.1.4草图操作实例实例1铁钩的草图制作如图2-11所示铁钩的草图。图2-11钩子草图•操作步骤：•（1）新建文件后，单击“特征”工具条上的“草图”命令按钮，弹出“创建草图”对话框，使用默认设置，直接单击鼠标中键，进入草图环境中。•（2）使用“配置文件”命令，完成各项操作，得到效果如图2-12所示。图2-12作图过程（3）进行约束：使用尺寸约束及几何约束完成各约束。图2-13约束过程1•（5）使用“自动判断的尺寸”命令按钮图2-14约束过程2实例2机架草图操作步骤：（1）新建文件，进入草图环境中。（2）使用“配置文件”命令，完成如图曲线效果。•（3）使用“约束”命令按钮让曲线A与G相切。•（4）标注弧B、弧D及弧G各圆心间的距离，结果如图2-17左侧图所示。•（4）进行部分约束后效果。•（5）完成所有约束后效果。2.2非曲面建模非曲面建模是指在建模时，没有使用“曲面”工具条及“自由曲面形状”工具条中的命令而进行的建模，这类建模常用于一般的机械零件建模，较复杂的主要有箱体类零件、壳体类零件等。而曲面建模则用到曲面命令，可制作难度较大的模型，可用于玩具、汽车及其它复杂外形零件的建模，如玩具中的动物建模、汽车飞机外形设计、化妆品及装饰品外形建模等。•2.2.1拉伸命令及实例•一.拉伸命令•“拉伸”命令是UG建模的重要命令，它功能强大，可以制作沿任意方向增长的实体或片体。单击“插入”“设计特征”“拉伸”或单击“特征”工具条中的“拉伸”命令按钮，均可以弹出“拉伸”对话框，如图2-20所示。•二.实例操作•实例1吹风机外壳制作•吹风机外壳如图2-21所示。•操作步骤：•（1）首先，启动UG，新建CFJ.PRT文件，然后单击“特征”工具条中的“拉伸”命令来完成圆锥台的拉伸，效果如图2-22所示。•（2）单击“特征”工具条中的“边倒圆”命令按钮，弹出“边倒圆”对话框，将对话框中的“Radius1”的值设置为20，并回车，然后单击选中图2-22中的拉伸体的上边缘，然后单击鼠标中键，完成边倒圆操作。•（3）再次使用“拉伸”命令作如图2-23所示的草图。•作该草图时•（4）再次使用“拉伸”命令得到如图2-24所示的草图。完成草图后，再单击鼠标中键完成拉伸，完成拉伸。（5）依照步骤（3），仍然使用“拉伸”命令，以X-Z为草图平面，制作如图2-25所示的草图。完成拉伸，结果如图2-26右侧图所示。•（6）完成另一侧拉伸。•（7）使用“特征”工具条中的“边倒圆”命令按钮，对图2-28所示各边倒圆。（8）单击“特征”工具条中的“抽壳”命令按钮，将弹出“壳”对话框，然后选择图2-29所示的二个面，并将“壳”对话框中的“厚度”修改为1.5，然后单击鼠标中键完成抽壳操作，结果如图2-30所示。•（10）类似地，做出开关孔和拉线孔，结果如图2-32右侧所示。•（11）使用变换命令来完成另一侧操作，结果如图2-33所示。•实例2箱体制作•箱体制作是机械产品制作中较复杂的零件，但在UG环境下制作箱体类零件，主要使用“拉伸”命令，下面详细说明一下制作过程。箱体的效果如图2-34所示。操作步骤：（1）制作箱体底部草图及拉伸得到底部。•（2）用拉伸完成周边制作（3）制作箱体上表面•（4）制作半圆拉伸。•（5）制作半圆形凸台。•（6）制作对称的半圆形凸台。（7）以图2-38中所示的前面板为拉伸平面，拉伸出加强筋，并使用“镜像特征”进行镜像，结果如图2-40右侧图所示。（8）制作拔模效果。（9）制作补充凸台。（11）制作油标凸台。（12）制作油标凸台孔。（13）制作放油孔。•实例3话筒面板制作话筒的形式多样，如图2-45所示是一种话筒面板效果。分析：制作话筒面板，可以通过多次拉伸得到，但中间要用到其它多种命令，如“偏置曲面”、“抽壳”、“修剪体”等，同时，由于结构特殊，操作过程也是很重要的。•操作过程：•（1）制作主拉伸体。（2）制作耳机凸台体。（3）制作拔模效果。（4）制作凹球面。（5）制作凸弧部分。（6）制作凸弧斜面。制作修剪效果•（7）制作螺钉孔与麦克风槽。•（8）抽壳。•（9）制作其它孔。•（10）作结合边。11）图层隐藏“拉伸”命令小结：“拉伸”命令能完成不同的拉伸效果，是一个十分强大的建模命令，配合适当的其它命令，可拉伸出各种形状的实体，操作拉伸命令时，注意灵活设置拉伸参数，如：改变“截面”参数，使截面封闭或开放时，可分别得到实体或片体；修改“矢量”参数，可得到不同方向的拉伸效果；修改“极限”参数，可得到不同拉伸长度与终端效果；修改“布尔”可得到不同的布尔结果；修改“拔模”则可得到锥形拉伸效果；修改“偏置”参数，则可得到实心实体或空心实体。在实际作图时，注意根据三维图形的不同，适当修改以上各参数，是作图成功的关键之一，分进行图形分解与组合，是获得成功的另一关键因素。读者可通过反复练习逐步掌握“拉伸”命令的各种操作技能。在上面的实例中，出除了进行拉伸加材料、拉伸减材料等常用操作外，还有两种斜拉伸的方法，灵活的草图制作，基准平面制作等多种知识，请读者仔细研究并予以掌握。2.2.2回转命令及实例•一.回转命令•“回旋”命令是建模中常用的另一个重要命令，用来制作中心对称的回旋体。“回转”命令的启动后的对话框如图2-56所示。从图中可以看出，“回转”对话框与“拉伸”对话框类似，“截面”区用来获得“回转”曲线，可以是封闭的曲线，也可以是开放的曲线；“轴”区用来指定回转的轴的方向及轴的位置，其位置的设置用“指定点”来完成，由于矢量及点的操作在前面有介绍，读者可以按前面的方法进行，“极限”区指定回转的起始位置与结束位置，其余设置与“拉伸”命令一样，在此不一一介绍。•进行“回转”操作，首先选择或草绘截面曲线，然后选择回转轴，再设置回转的起始与结束位置，其它设置类似“拉伸”命令的设置。具体操作请看下面的实例操作。•二.实例操作•实例1轴制作•轴类零件是机械中常用的零件，使用“回转”命令来制作轴类零件方便快捷，如图2-57所示一根轴。•操作步骤：•（1）制作回转主体。•（2）制作键槽。•（3）制作倒角。•（4）制作螺纹。•（5）制作两端的中心孔。•（6）进行后处理。隐藏不用的其它内容。最终结果如图2-57所示。•实例2通气塞制作•通气塞的效果如图2-61所示。•操作过程：•（1）建立回转主体。•（2）制作退刀槽。•（3）制作孔。•（4）制作拉伸孔。•（5）制作倒斜角与螺纹。•（6）制作螺纹线。•（7）制作草图。（8）制作切纹。•（9）阵列切纹。2.2.3扫掠命令及实例在UG中，扫掠命令有5个，分别是“扫掠”、“沿