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4.6.直素线回转曲面 一个经典集合构成的例子。这是一条直线,绕着与其异面的另一条直线回转,得到的结果曲面。 按说,这样的模型可以用Inventor提供的回转特征简明地完成。但是不行,因为回转特征的轴 线必须与草图所在面共面。 用扫掠特征可以勉强完成,但结果不太光滑,参见 4-06a.IPT。目前最终解决方案是使用几乎 无所不能的“放样”特征。 (1)结构分析 其中,用10个截面轮廓来作为放样的基础. 参见图 19-57,其中,“面基线”(最小直径截面基线)从原始坐标系的原点投影开始,角度基 线与轴的距离控制了模型最小直径。 (3)直素线草图的创建和条件准备 以“面基线”及其与“角度基线”的交点为基准,创建工作面(“基面”);在这个工作面上创建 草图,投影“面基线”成为一个点,参见图19-58。 绘制经过这个点的直线,标注三个约束尺寸(30/60/40°),这样直素线本身的创建就完成了。 (4)创建截面工作面、创建截面轮廓 做经过上述草图点,并垂直于“轴线”的工作面10个。在每个工作面上建新草图,投影原始坐 标系的原点和在这个面上草图点,之后绘制以原点投影为圆心、经过草图点投影的圆。(5)完成模型 这就很简单了,顺次选定这些轮廓,放样。最后抽壳,顺利完成模型… 笔者先是想用回转特征直接完成,可Inventor规则不允许;后来用扫掠特征,倒也凑合,但不能满意;最后使用了放样,很顺利,全参数驱动… 就是说,某几何模型可能有好几种表达方法,只有与软件规则一致的方法,才是可用的,也是 最顺利的。这就是设计表达与软件规则整合的问题所在。 4.7.薄螺旋面 参见图19-59的零件模型,特点在于有三片0.5mm厚度的螺旋叶片。 (1)结构分析 (2)叶片厚度的表达 ◆螺旋扫掠的草图建在未来特征的法向截面中; ◆“法截面”工作面是基于“法截面定位”草图的直线确立的; ◆“法截面定位”草图是基于心部圆柱展开长度和螺距而建立的; ◆相关参数是事先已经在“参数”功能中建立好了的。 这样,就能与其他参数相关联,正确地完成了叶片的轮廓描述。 (3)点评 4.8.另一个螺旋叶片 这也是个风扇模型,叶片7片,参数:叶片厚度0.5mm、内曲线在直径10mm下螺距为60mm;而 外曲线在直径60mm下螺距为50mm;叶片在轴向视图中为弯刀形状… 结果参见4-08d.IPT。 (1)构成分析 这个模型比上一个要复杂一些,因为叶片有两个螺距。 (2)建模过程 ◆创建芯子模型,参见4-08a.IPT; ◆创建单个叶片模型,两个螺旋扫掠曲面特征,分别控制叶片的内、外螺距,参见4-08b.IPT。 其中注意原始曲面的创建、修剪和加厚,其中延伸面是为了能与芯子正确圆角修整; ◆开始新装配,装入叶片和芯子,叶片用装配阵列呈环形,7个; ◆做新零件,衍生装配模型成实体,完成叶片根部圆角。 (3)点评 结果参见 4-08d.IPT。这个模型的处理过程中,基础是纯曲面,而不是直接放样成实体。用装 配并衍生,只是为了解决顺利进行完整叶片结构阵列,在零件环境中不能顺利完成。 4.9.曲面还是实体? 参见图19-61,这是个挺典型的模型,曾经有人企图用这个模型证明Inventor曲面功能不好. 对方企图按Pro/E的流程,在Inventor中使用:曲线-〉曲面片-〉曲面镜像-〉曲面缝合-〉包缝成实体… 这样的过程完成这个模型,结果是失败。但是,Inventor 并不需要这样做,甚 至连一片曲面也不需要,就顺利完成了这个模型,参见图19-62和4-10.IPT。 这是因为Inventor能顺利地使用三维封闭曲线作放样特征的轮廓,而不必曲面-〉实体… 在这个基础上,如果一定要曲面的话,可以简明地得到。 4.10.点评Inventor的曲面 在最后这套模型的制作中,看似非曲面不可的模型,却没用到了一处曲面。 可见,在Inventor中,并不是像其他软件那样地使用曲面,而是可以直接使用实体特征完成,也许这说明了Inventor的先进之处? 因为题目来源的限制,笔者尚未碰到Inventor不能实现,而其他CAD软件能够实现的、与曲面 相关的机械设计模型。至少笔者可以因此证明Inventor的曲面功能还不错。 (1)关于曲面的认识 通观CAD软件技术的发展过程,实际上是经过了:二维矢量图线-〉三维线框模型-〉三维曲面 模型-〉三维曲面的缝合和修饰-〉三维实体模型-〉复杂三维实体模型… 这样的发展过程。 参见图19-63的例子,表达了模型构成复杂程度的实例。 为什么是一个“线-面-体”这样的次序而不是其它?这就是数学模型算法、程序设计水平、硬 件支持能力由低到高,逐渐提升和完善的结果。在实体模型构成技术尚不成熟的时候,人们只能使 用相对比较简单的处理(曲面构造)来进行模型构建。虽然明知道这样做会缺少许多模型属性(质 量、力学特性…),实属无奈。 一个好的模型构建体系,完全能满足以前只有用曲面才能完成的模型构建需求。在图19-63中,左面三个模型就是实例。当然,如果一定需要曲面,在实体模型基础上提取,是相当简单而顺畅的 事情。所以,笔者预言,在将来的CAD软件中,独立的曲面功能将越来越少,而实体功能会愈加强 大,这是技术进步的必然。就像我们在Inventor中看到的这样… 经过了上边的许多练习和分析,笔者认为值得使用者注意的是: 在Inventor中虽然也能、却并不需要,像某些CAD软件那样创建独立的曲面片、之后再缝合、 围成实体这样的过程,因为Inventor的“混合造型”实际上不是曲面和实体两种算法的混合,而是 同一个算法中的两种处理方法的结果。 从几何模型描述能力上看,Inventor因为具有了三维样条和提升了放样轨道控制能力,并且可 以使用三维封闭曲线作放样的轮廓,使得复杂实体建模能力已经基本上接近了传统的高级曲面建模 水平。这样,在Inventor中既然能用实体建模表达几何模型,就不必刻意追求曲面建模能力了。当 然,如果后边的处理确实需要曲面,在Inventor中也是很简单的,衍生或者零间距的曲面创建,就 能够完成了。 这就是说,以前用曲面建模才能实现的模型表达,在Inventor中,很有可能利用实体建模完全 解决,而且这种模型则是完全可顺畅参数化的结果,这比单纯的曲面建模要好。因此,非要追求在 这种条件下的“曲面建模”能力,应当不是很必要的想法。可以这样说:因为Inventor的优秀的实体建模能力,许多情况下没必要再用纯曲面建模了。 其实,在Inventor中完全可以像其它软件那样,创建出“纯曲面”的模型,参见4-09.IPT和 图19-64。 (2)关于方法的认识 用其他软件(例如Pro/E)中的模型构成流程,来指导使用Inventor创建同样的模型,无论从可能性上还是从数据表达上,都是不适当的想法,结果必然造成许多的麻烦和错误… 再说前边的4-10.IPT,原始素材是一个Inventor未来使用者提交的问题,对方是Pro/E的熟 练使用者,于是就按照Pro/E的“规则”使用Inventor,结果不能创建出正确的模型,这才把这个 模型当做Inventor曲面功能不好的证据提交出来。 就这个问题,笔者却用已经完成的实际结果证明,这个模型在Inventor中可能更简洁、更方便… 对方按照Pro/E的方法需要:创建曲线、完成一系列曲面、镜像、包缝、形成实体。这样在Inventor 中肯定会出问题,因为两者的算法核心很不相同。 这就类似于用惯了手刨,新接触电刨的木匠,您必须先了解和掌握了电刨,之后才有资格评价 两者的性能对比。用手刨的方法使用电刨,是不可能好用的。这是个很关键的问题,无论对软件商还是用户。 (3)问题和对策 在后期工程图处理中,Inventor能够直接创建曲面的二维工程图投影图线,这就能完成“创建 纯曲面的工程图”的需要… 一个明显的问题是:Inventor目前还不能对结果曲面进行网格化、并直接的编辑结果。 (4)展望 通观Inventor在“曲面”上的能力,再与数学上的U-V曲面概念和算法项比较,可见放样特征 是最为关键的,几乎无所不能的建模工具。 未来Inventor在下列两点功能上需要有所加强: ◆三维样条线的可控制能力需要增强,最好能接近或者达到二维样条的控制能力。 ◆应当具有“直接控制结果曲面”和“网格划分”的能力,就像MDT曾经做到的那样。Inventor 目前还没有,只能间接地通过控制轮廓线来控制整张曲面。 ◆应当具有直接创建许多经典数学曲线的、可参数化的三维曲线创建能力。 |
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