基于Pro/E由带曲面控制三边曲面质量

李志刚

【摘要】为了提高现代工业产品外形的流畅感和自由平滑感，通常将不规则的自由曲面特征融入产品外形设计中。在三维设计软件中，用三角曲面建模解决不规则的自由曲面特征是常用的手段之一。三角曲面的建模：首先测绘出三角曲面边界上关键点的空间位置；然后在造型环境下描出三角曲面构架线；最后用构架线铺出三角曲面特征。构建出的三角曲面在曲面曲率分析中不难发现：在三角曲面的两端尖角处易出现收敛现象，影响曲面的质量。在三角曲面创建过程中，通过带曲面控制三角曲面的边界相切，可以有效控制三角曲面在尖角处收敛现象。

【关键词】带曲面；收数；三角曲面；曲面曲率

在三角曲面的两端尖角处易出现收敛现象，常见的处理方法：一是将三角曲面的两端尖角处将收敛曲面部分修剪掉，以四边曲面来创建收敛曲面部分，再定义四边曲面与三角曲面相切；二是沿三角曲面的走势创建带曲面，然后定义三角曲面与带曲面相切，从而有效控制在尖角处的收敛现象。以下通过带曲面控制三角曲面收敛现象。

一、创建主体曲面

（一）创建主体曲面第一方向构架线1

点击曲线按钮→【草绘】/【完成】→选取基准平面TOP-【正向】→【缺省】→绘制椭圆曲线→【√】→【确定】。生成构架线1.

（二）创建主体曲面第一方向投影曲线2

【特征】→【创建】→【曲面】/【新建】→【扫描】/【完成】→【草绘轨迹】→选取基准平面FRONT→【正向】→【缺省】、绘制轨迹线→【开放终点】/【完成】→绘制扫描截面→【√】→【确定】。点击曲线按钮→【投影】/【完成】→选取基准平面TOP→【正向】→【正向】→【缺省】→绘制椭圆曲线→【√】→选取扫描曲面→【完成选取】→【完成】→【垂直于草绘平面】/【新建】→【正向】→【确定】。生成投影曲线2.

（三）创建主体曲面第二方向构架线1和构架线3

点击曲线按钮→【草绘】/【完成】→选取基准平面FRONT→【正向】→【缺省】→绘制圆弧曲线→【√】→【确定】。生成构架线1和构架线3.

（四）创建主体曲面第二方向构架线2和构架线4

按上一步方式创建第二方向构架线2和构架线4。

（五）创建主体曲面

【特征】→【创建】→【曲面】/【新建】→【高级】/【完成】→【边界】/【完成】→【混合曲面】/【完成】→依次选取第一方向构架线1和第一方向投影曲线2→【完成选取】→【第二方向】→依次选取第二方向构架线1、2、3、4→【完成选取】→【确认曲线】→【确定】。生成如图1所示边界主体曲面。

二、创建三角曲面构架线

（一）创建造型曲线1和造型曲线2

点击点按钮→【曲线X曲面】→选取投影曲线2→选取基准平面FRONT→【完成选取】→【完成】，生成基准点PNTO和基准点PNT6.【插入】→【造型】→选取造型曲线按钮→【平面的】→选取基准平面FRONT→进入ISDX曲线绘制界面→绘制ISDX曲线。【编辑】→先按住shift键.左键点选ISDX曲线左端点，拖动光标至基准点PNT6处，松开shift键，按住Alt键，ISDX曲线自动捕捉到基准点PNT6上。按住shift键，左键点选ISDX曲线另一端点，拖动光标至基准点PNTO处，松开shift键，按住Alt键，ISDX曲线自动捕捉到基准点PNTO上。按住shift键，左键點选ISDX曲线上的其他插入点，将其拖动到合适位置。

【编辑】→选取ISDX曲线1端点→出现一条黄色相切指示线→拖动相切指示线，改变曲线的形状。右键单击相切指示线→【相切】→选取主体曲面，使ISDX曲线1与主体曲面相切→【丫】。右键单击曲线1另一端点→【法向】→选取基准平面RIGHT使ISDX曲线1与基准平面RIGHT垂直→【√】。击曲线按钮→【分割】/【完成】→选取ISDX曲线→选取基准平面RIGHT→【两者都】→【正向】→【确定】。生成如图所示造型曲线1和造型曲线2。

（二）创建造型曲线3和造型曲线4

点击点按钮→【曲线X曲面】→选取投影曲线2→选取基准平面RIGHT→【完成选取】→【完成】，生成基准点PNT2和基准点PNT4。【插入】→【造型】→选取造型曲线按钮→【平面的】→选取基准平面RIGHT→进入ISDX曲线绘制界面→绘制ISDX曲线。【编辑】→先按住shift键，左键点选ISDX曲线端点，拖动光标至基准点PNT4处，松开shift键，按住Alt键，ISDX曲线自动捕捉到基准点PNT4上。按住shift键，左键点选ISDX曲线另一端点，拖动光标至基准点PNT2处，松开shift键，按住Alt键，ISDX曲线自动捕捉到基准点PNT2上。按住shift键，左键点选ISDX曲线上的其他插入点，将其拖动到合适位置。

【编辑】→选取ISDX曲线3端点→出现一条黄色相切指示线→拖动相切指示线，改变曲线的形状。右键单击相切指示线→【相切】→选取主体曲面，使ISDX曲线与主体曲面相切→【√】。右键单击ISDX曲线另一端点→【法向】→选取基准平面FRONT→使ISDX曲线3与基准平面FRONT垂直→【√】。点击曲线按钮→【分割】/【完成】→选取ISDX曲线→选取基准平面FRONT→【两者都】→【正向】→【确定】。生成如图1所示造型曲线3和造型曲线4。

（三）创建三角曲面

【特征】→【创建】→【曲面】/【新建】→【高级】/【完成】→【边界】/【完成】→【混合曲面】/【完成】→依次选取投影曲线2、ISDX曲线2→【完成选取】→【第二方向】→依次选取ISDX曲线3、基准点PNTO→【完成选取】→【确认曲线】→【边界条件】/【定义】→【边界#1】→【边界条件自由】/【定义】→【相切】/【完成】→选取主体曲面→【确定】→【边界#3】→【边界条件自由】/【定义】。【法向】/【完成】→选取基准平面RIGHT→【确定】。生成如图1所示边界曲面。

四、三角曲面的曲面质量分析

【分析】→【曲面分析】→在类型下拉菜单下选取高斯曲率升选取三角曲面→【计算】，高斯曲率云图显示蓝色色块，且颜色突变。曲率云图色块为蓝色且颜色突变，表明曲面质量在某处收敛于一点，使曲面质量降低。曲面收敛于一点对后期的曲面偏距和生成的薄壳实体，在收敛处会出现褶皱现象，使实体不顺滑，影响造型，甚至不能生成实体。曲面质量分析如图2所示。

五→创建带曲面

【特征】→【插入模式】→【激活】→在模型树上选取三角曲面。【插入】→【基准】→【带】→选取ISDX曲线2→【确认曲线】→选取ISDX曲线3作为参考曲线→【完成选取】→【确认曲线】→【确定】。生成如图3所示带曲面。

六、创建三角曲面

【特征】→【创建】→【曲面】/【新建】→【高级】/【完成】→【边界】/【完成】→【混合曲面】/【完成】→依次选取投影曲线2、ISDX曲线2→【完成选取】→【第二方向】→依次选取ISDX曲线3、基准点PNTO→【完成选取】→【确认曲线】→【边界条件】/【定义】→【边界#1】→【边界条件自由】/【定义】→【相切】/【完成】→选取主体曲面→【确定】→【边界#2】→【边界条件自由】/【定义】→【相切】/【完成】→选取带曲面→【确定】→【边界#3】→【边界条件自由】/【定义】→【法向】/【完成】→选取基准平面RIGHT→【确定】。生成如图3所示三角曲面。

七、三角曲面的曲面质量分析

【分析】→【曲面分析】→在类型下拉菜单下选取高斯曲率斗选取三角曲面→【计算】，高斯曲率云图显示为由绿色均匀渐变为淡黄色。表明曲面曲率凸凹关系和谐，曲面顺滑，没有出现收敛现象，曲面质量得到很好改善。曲面質量分析如图4所示。

八、创建主体顶部曲面

依次按上一步三角曲面的方法，创建另外三个三角曲面。【特征】→【创建】→【曲面】→【合并】→依次选取顶部的三角曲面→【√】。【特征】→【创建】→【曲面】→【合并】→依次选取顶部曲面和顶部曲面→【√】。生成如图5所示曲面。

九、结束语

三角曲面的构建：首先沿着三角曲面的走势创建三角边界线，并以边界线为参照，创建带曲面；接着，创建三角形边界曲面，并定义曲面边界与带曲面相切，与基准平面垂直。实践证明：以带曲面控制三角曲面的曲面质量得到很大的改善，并且这种方法简单易行。另外，三角曲面质量在很大程度上取决于ISDX造型曲线质量。因此，由带曲面控制的三角曲面造型设计，不仅在工业产品和建筑饰品中得到广泛的应用，而且赋予工业产品、建筑饰品艺术元素，增强设计效果。

参考文献：

[1]张沛欣，裴建昌，黄圣杰.Pro/E2001高级攻略.北京：人民邮电出版社.

[2]林清安.Pro/E2001零件设计高级篇（下）.北京：清华大学出版社.

[3]张选民.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0曲面造型设计.北京：清华大学出版社.