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SolidWorks2014曲线与曲面造型特征

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第4章  曲线与曲面造型特征
    实体模型一般是由曲线和曲面组成的，因此曲线和曲面的绘制是三维实体绘制的基础．
    在学习曲线与曲面造型之前，先要掌握三维草图绘制的方法，它是生成曲线、曲面造！
的基础。曲面是一种可用来生成实体特征的几何体。本章主要介绍曲面工具栏中常用的曲i
工具，以及曲面的修改方法。
本章要点
  曲线设计
  曲面造型
  曲面编辑
  曲线／曲面造型实例
  习题
4.1曲线设计
    在复杂曲面的产品开发中，经常会用到曲线、曲面造型技术，SolidWorks提供的曲线功
能包括投影曲线、螺旋线、组合曲线、通过参考点的曲线和通过XYZ点的曲线等。曲线可
以用来建立实体特征或曲面特征。 SolidWorks提供了曲面建模技术，能够完成绝大部分工业产品的曲面造型设计需求，可以生成拉伸曲面、旋转曲面、扫描曲面、放样曲面、平面区
域、等距曲面和中间曲面等特征。
    本节主要介绍曲线的基本功能，其中曲线部分主要介绍常用的几种曲线的生成方法。在
SolidWorks 2014中，可以使用以下方法来生成三维曲线：投影曲线、组合曲线、螺旋线和
涡状线、分割线、通过模型点的样条曲线、通过XYZ点的曲线等。
4.1.1  曲线、曲面概述
    曲线可以用来生成实体模型特征，主要命令有【投影曲线】、【组合曲线】、【螺旋线／涡
状线】、【分割线】、【通过参考点的曲线】和【通过XYZ点的曲线】等。曲线的绘制方式
有两种：一种是直接单击【曲线】工具栏中的各种曲线图标来绘制各种曲线，如图4-1所
示；另一种是通过菜单的方式来绘制，选择【插入】【曲线】命令可以选择绘制曲线的各
个命令，如图4-2所示。
    曲面是一种可用来生成实体特征的几何体。生成曲面的主要命令有【拉伸曲面】、【旋转曲面】、【扫描曲面】、【放样曲面】、【等距曲面】和【延展曲面】等。可以对生成的曲面进行
编辑，编辑曲面的主要命令有【缝合曲面】、【延伸曲面】、【剪裁曲面】、【填充曲面】、【移动／复制缝合曲面】等。
    曲面的绘制方式有两种：一种是利用【曲面】工具栏，如图4-3所示，绘制哪种曲面直
接单击相应图标即可；另一种是选择【插入】【曲面】命令，选择各种曲面绘制的命令，
如图4-4所示。

图4-1 【曲线】工具栏图4-2 【曲线】菜单

4.1.2三维草图
    三维草图的绘制是生成曲线、曲面造型的基础，在学习曲线造型之前，需先掌握三维草
图的绘制方法。三维草图可以作为扫描路径、扫描引线、放样路径或放样的中心线等。在SolidWorks中可以直接绘制三维草图。
    三维草图与二维草图的不同之处在于以下几个方面。
    · 在3D中绘制草图时，可以捕捉主要方向（X、Y或Z），并且绘制过程中通过
    右键选项可以分别应用约束沿X、沿Y和沿Z，这些是对整体坐标系的约束。
    · 在基准面上绘制草图时，可以捕捉到基准面的水平或垂直方向，并且约束将
    应用于水平和垂直。这些是对基准面、平面等的约束。
    · 在2D草图中，可绘制一条平行于模型边线的线，并添加几何关系。但是，平
    行和重合指的是投影边线，而不是实际边线，直线的端点与实际模型边线不重
    合，也不是其平行线；而在3D草图绘制中，没有这种投影。如果用户添加平
    行关系到红色的3D草图中，则它在3D空间中平行。
    一、建立坐标系。
    新建或打开一个文件。在绘制三维草图时，首先要建立自定义坐标系，然后才开始草图
的绘制。
    建立坐标系，操作步骤如下。
    1．  单击【参考几何体】工具栏中的

【坐标系】按钮，或
    选择【插入】【参考几何体】_ 【坐标系】命令，会
    弹出如图4-5所示的【坐标系】属性面板。
    2．  在【坐标系】属性面板中，单击图标右侧的

【原点】
    显示框，然后在零件或装配体中选择一个点或系统默认
    的原点，实体的名称就显示在【原点】显示框中。
    3．  在X.Y、Z轴的显示框中选择【X/Y/Z轴参考方向】，然
    后选定实体作为所选轴的方向，此时所选的项目将显示
    在对应的方框中。
4．  如果要反转轴的方向，单击

【反向】按钮即可。

5．如果没有选择轴的方向，则系统会使用默认的方向作为坐标轴的方向。
6．单击

【确定】按钮，完成坐标系的建立。
    在设置坐标系时，X轴、Y轴和Z轴的参考方向可以选以下实体。
    ·  顶点、点或中点：轴的参考方向与所选点对齐。
    ·  线性边线或草图直线：轴的参考方向与所选边线或直线平行。
    ·  非线性边线或草图实体：轴的参考方向与所选实体所选位置对齐。
    ·  平面：轴的参考方向与所选面的垂直方向对齐。
    二、绘制步骤
    绘制三维草图的操作步骤如下。
    1．  在开始绘制三维草图之前，打开【标准视图】工具栏，单击【等轴测】按
    钮，如图4·6所示。原因是在此方向中X、Y和Z方向均可见，可以方便生成
    3D草图。或者单击绘图区域上部【前导视图】工具栏中的【视图定向】按
    钮，在其下拉列表中单击【等轴测】按钮，如图4.7所示，亦可将视图的
   X、Y、Z方向可见。

图4-6 【标准视图】工具栏图4-7 【前导视图】工具栏

2．  单击【草图绘制】工具栏中的【3D草图】按钮，进行三维草图的绘制；或
    者选择一个基准面，然后单击【草图】选项卡中的【3D草图】按钮；或者选
    择【选择】【插入】【3D草图】命令，添加一个3D草图。
3．  在使用三维草图绘制工具在基准面上绘图时，系统会提供一个图形化的助手
    （即空间控标）帮助保持方向。
4．  在空间绘制直线或样条曲线时，空间控标就会显示出来。使用空间控标也可
    以沿坐标轴的方向进行绘制，如果要更改空间控标的坐标系，按  键即
    可。
5．  再次单击【草图绘制】工具栏中的

【3D草图】按钮，即可关闭三维草图，
    三维草图在特征管理器设计树中以图标  的形式来表示，如图4-8所示。
注意，所有的2D绘图工具都可以用来生成2D草图，而有些工具只有在3D中可用。
三、3D点／直线／圆角，样条曲线的绘制
(1)3D点。
·  单击【草图】选项卡中的【3D草图】按钮，进入3D草图绘制状态。
·  单击【草图】选项卡中的【点】按钮，此时鼠标指针形状变为如图4-9所示
    的形状。在属性管理器窗口弹出【点】属性面板，如图4-10所示，在【参
    数】选项区中分别设置点的X、Y、 Z轴的坐标值。

图4-8特征管理器设计树图4-9 鼠标指针的形状图4-10 【点】属性面板

·   单击【确定】按钮，绘制完一点后，【点】命令仍保持激活状态，可以继续
    绘制点。
    (2)3D直线。
·  单击【草图】选项卡中的【3D草图】按钮，进入3D草图绘制状态。

·  单击【草图】选项卡中的

【直线】按钮，在属性管理器窗口弹出【插入线
    条】属性面板，如图4-11所示。在图形区域中单击开始绘制直线，此时出现
    空间控标，以便在不同的基准面上绘制草图。如果想改变基准面，按  键
    变换。
·  拖动鼠标指针直至完成，然后释放鼠标。
    (3)3D圆角。
· 单击【草图】选项卡中的  【3D草图】按钮，进入3D草图绘制状态。
· 单击【草图】选项卡中的  【绘制圆角】按钮，在属性管理器窗口弹出【绘
    制圆角】属性面板，如图4-12所示。在【圆角参数】选项区中设置  【半
    径】数值。
·  选择两条相交的线段，即可绘制出圆角。
    (4)样条曲线。
·  单击【草图】选项卡中的【3D草图】按钮，进入3D草图绘制状态。
·  单击【草图】选项卡中的【样条曲线】按钮。
·  在图形区域单击确定第一点，拖动鼠标定义曲线，在属性管理器窗口弹出
【样条曲线】属性面板，如图4-13所示。

图4-11 【插入线条】属性面板图4-12 【绘制圆角】属性面板图4-13 【样条曲线】属性面板

图4-11 【插入线条】属性面板图4-12 【绘制圆角】属性面板图4-13 【样条曲线】属性面板

·  单击鼠标，都会出现空间控标来帮助在不同的基准面上绘制草图。按  键
    改变基准面．
·  完成样条曲线的绘制，双击鼠标，单击  【确定】按钮。
提示：用户可在3D草图中使用转换实体草图工具．
4.1.3曲线造型
    曲线造型是曲面造型的基础，常用的几种生成曲线的方法有【投影曲线】、【组合曲线】、
【螺旋线／涡状线】、【分割线】、【通过参考点的曲线】和【通过XYZ点的曲线】等。
    在SolidWorks中绘制曲线，可以通过【曲线】工具栏和菜单两种方式，选择【插入】
【曲线】命令，或在【曲线】工具栏上选择相应的图标，如图4-14和图4-15所示。

图4-14 【曲线】菜单图4-15 【曲线】工具栏

    一、投影曲线
    将所绘制的曲线投影到曲面上的方式，生成一个三维曲线。SolidWorks有两种方式生成
投影曲线。
    ·  在两个相交的基准面上分别绘制草图，利用两个相交基准面上的曲线草图投
    影到曲面而生成三维曲线（即草图到草图）。
    ·  将草图绘制的曲线投影到模型面上得到三维曲线（即草图到面）。
    (1)将草图曲线投影到模型面（即草图到面）。
    ·  单击【新建】按钮，新建一个文件，在左侧设计树中选择前视基准面作为
    草图绘制的基准面。
    ·  单击【样条曲线】按钮，绘制样条曲线，如图4-16(a)所示。
    ·  单击【曲面】工具栏中的【曲面-拉伸】按钮，弹出【曲面-拉伸】属性面
    板，如图4-17所示，设置好各项参数，单击【确定】按钮，生成拉伸曲
    面，如图4-16 (b)所示。
    ·  以上视基准面为参考面添加基准面（见图4-18），如图4-16(c)所示，在基
    准面上绘制样条曲线，如图4-16 (d)和图4-16 (e)所示，绘制完后退出草
    图绘制状态。
    ·  单击【曲线】工具栏中的【投影曲线】按钮，弹出【投影曲线】属性面
    板，如图4-19所示。
    ·  勾选【面上草图】复选框，在  【要投影的草图】框中，选择在基准面上绘
    制的样条曲线，在固【投影面】框中，选择先前拉伸的曲面。观察投影曲线
    是否投影到曲面上，若没有可勾选【反转投影】复选框使曲线投影到曲面上，
    如图4-16(f)所示。
    ·  单击【确定】按钮，完成投影曲线的操作。

图4-16 【草图到面】投影曲线的生成

图4-17 【曲面．拉伸】属性面板图4-18 【基准面】属性面板图4-19 【投影曲线】属性而板

(2)利用两个相交的基准面上的曲线生成投影曲线（即草图到草图）。
·  单击【新建】按钮，新建一个文件，选择前视基准面作为草绘基准面。
·  单击【样条曲线】按钮，绘制样条曲线并退出草绘状态。
·  选择上视基准面作为草绘基准面，绘制样条曲线，如图4—20 (a)所示。
·  单击【曲线】工具栏中的【投影曲线】按钮，弹出【投影曲线】属性面
    板，如图4-20(b)所示。
·  选中【草图上草图】单选按钮，在【要投影的草图】框中，选择先前绘制
    的两条样条曲线。
·  单击【确定】按钮，生成投影曲线，如图4-20(c)所示。

图4-20 【草图到草图】投影曲线的生成

    二、组合曲线
    组合曲线就是指将所绘制的曲线、模型边线或者草图几何进行组合，使之成为单一曲线。组合曲线可以作为生成放样特征或扫描的引导曲线或轮廓线。
    组合曲线的生成步骤如下。
   · 打开一个文件。单击【曲线】工具栏中的

【组合曲线】按钮，弹出如图4-
    21所示的属性面板。
   · 在图形区域选择要组合的曲线、直线或模型边线（必须是连续的），如图4-22
    所示。
   · 单击【确定】按钮，完成生成组合曲线的操作，在特征设计树中就会显示
    组合曲线，如图4-23所示。

   图4-21 【组合曲线】属性框图4-22选择组合的线图4-23特征设计树

提示：注意，组合曲线是一条连续的曲线，可以是开环的，也可以是闭环的，但在选择组合曲线的连接实体必须是连续的，中间不能有间隔，而选择的顺序没有区别。
三、螺旋线／涡状线
螺旋线／涡状线通常在零件中生成，用来生成螺纹、弹簧、蚊香片及发条等零部件，可以应用由螺旋线／涡状线工具生成的螺旋或涡状曲线作为路径或引导线。
用于生成空间的螺旋线或者涡状线的草图必须只包含一个圆，该圆的直径将控制螺旋线的直径和涡状线的起始位置。
生成一条螺旋线／涡状线，可以采用如下步骤。

单击【草图】选项卡中的

【草图绘制】按钮，打开一个草图并绘制一个圆，该圆的
直径决定了螺旋线的直径，如图4-24所示。
单击【曲线】工具栏中的

【螺旋线／涡状线】按钮，弹出【螺旋线／涡状线】属性面
板，如图4-25所示。其属性面板中各选项的含义如下。
    ①【定义方式】，如图4-25所示。
·   螺距和圈数：创建由螺距和圈数所定义的螺旋线，选择该项时，下面的参数
    相应发生变化。
·   高度和圈数：创建由高度和圈数所定义的螺旋线，同样选择该项时，下面参
    数也会发生变化。
·   高度和螺距：创建由高度和螺距所定义的螺旋线，选择此项时，参数发生相
    应的改变。
·   涡状线：生成一个涡状线。
    ②在【定义方式】下拉列表框中选择【螺距和圈数】时，如图4-26所示，其各选项参
数含义如下（选择其他定义方式时，其基本参数的设置基本相同，不再赘述）。
    当选中【恒定螺距】（在螺旋线中生成恒定螺距）单选按钮时。
·  螺距：为每个螺距设定半径更改比率。
·  反向：勾选此复选框，螺旋线延伸的方向变为相反方向。
·  圈数：设定旋转数。
·  起始角度：设定在绘制的圆上的什么位置开始旋转。
·  顺时针：设定旋转方向为顺时针。
·  逆时针：设定旋转方向为逆时针。
·  锥形螺纹线：用于设置生成雏形螺纹线，其设定及效果如图4-27所示。

图4-24草绘圆图4-25 【螺旋线／涡状线】属性面板图4-26 定义方式

    当选中【可变螺距】（按设定的参数生成可变的螺距，如图4-28所示）单选按钮时。
·  区域参数：设定可变螺距螺旋线生成的圈数、高度、直径及螺距。在设定完
    最后一行时，会自动增加一行空行。
·   起始角度：设定第一圈螺旋线的起始角度。
·   顺时针：设定旋转方向为顺时针。
·   逆时针：设定旋转方向为逆时针。
    ③当【定义方式】选择【涡状线】时，其各项参数的设置与螺旋线基本一样，如图4-
29和图4-30所示。
图4-28选中【可变螺距】单选按钮图4-29选择【涡状线】图4-30生成的涡状线

图4-28选中【可变螺距】单选按钮图4-29选择【涡状线】图4-30生成的涡状线

    设置完成后单击【确定】按钮，即完成操作。
    四、分割线
    分割线是通过将实体投影到曲面或平面上生成的。将所选的面分割为多个分离的面，从
而可以选择其中一个分离面进行操作。分割线也可以通过将草图投影到曲面实体而生成。投
影的实体可以是草图、曲面、面、基准面、模型实体或者曲面样条曲线。利用分割线可创建
拔模特征、混和面圆角，并可延展曲面来切除模具。创建分割线有下面几种方式。
·  投影：将一条草图直线投影到一表面上。
·  侧影轮廓线：在一个圆柱形零件上生成一条分割线。
·  交叉：以交叉实体、曲面、面、基准面或曲面样条曲线分割面。
    生成分割线，其具体操作步骤如下。
    1．  首先选择【插入】【参考几何体】【基准面】命令，添加一个新的基准
    面。利用草图绘制工具在此基准面内绘制一条要投影为分割线的线，退出草
    图绘制状态。
2.  单击【曲线】工具栏中的要分割

【分割线】按钮，或选择【插入】【曲线】【分割线】命令，此时会出现【分割线】属性面板，分割线一共有3种分割类型，现分别介绍如下。
·  轮廓：在圆柱形零件上生成分割线，如图4-31所示。
·  投影：将草图线投影到表面上生成分割线，如图4-32所示。
·  交叉点：以交叉实体、曲面、面、基准面或者曲面样条曲线分割面，如图4-33所示。
3．  若选中【轮廓】单选按钮，其属性面板各选项含义如下。
·  拔模方向：在图形区域或者在特征管理器设计树中选择一个通过模型轮廓投
    影的基准面。
·  要分割的面：选择一个或者多个要分割的面（注意分割的面必须是曲面，
    不能是平面）。
·  反向：设置拔模方向。若勾选此复选框，则以反方向拔模。
·  角度：设置拔模角度，主要用于制造工艺的考虑。

图4-31 【轮廓】分割线图 4-32 【投影】分割线图4-33 【交叉点】分割线

图4-31 【轮廓】分割线图 4-32 【投影】分割线图4-33 【交叉点】分割线

单击

【拔模方向】按钮，在特征管理器中或图形区域内选择一个通过模型轮廓投影的
基准面，如图4-34 (a)所示：然后在固【要分割的面】下，选择一个或多个要分割的面，
注意不能是平面，得到的效果如图4-34 (b)和图4-34 (c)所示。

图4-34 以【轮廓】生成分割线

4．  若选中【投影】单选按钮，其属性面板如图4-32所示。
·  要投影的草图：在图形区域或特征管理器设计树中选择草图作为要投影的草
    图。
·  要分割的面：选择要分割的面。
·  单向：以单方向进行分割以生成分割线。

·  反向：以反向投影生成分割线。
生成【投影】类型的分割线，如图4-35所示。

图4-35 生成投影分割线

    注意，在生成【投影】类型的分割线时，要投影的草图在投影面上的投影必须穿过要投影的面，否则不能生成分割线。
    5．  若选中【交叉点】单选按钮，其属性面板如图4-33所示。
·  分割所有：分割线分割所有可以分割的曲面。
·  自然：按照曲面的形状进行分割。
·  线性：按照线性方向进行分割。
    在属性管理器中，单击【分割实体／面／基准面】按钮，在图形区域或特征管理器设计树中选择分割实体／面／基准面，单击【要分割的面／实体】按钮，选择要分割的面／实体，单击【确定】按钮，生成分割线。
  提示：注意，生成分割线时，如选用【交叉点】类型时，分割实体和目标实体必须有相交处，否则不能生成分割线。
    五、通过参考点的曲线
    通过参考点的曲线是通过一个或多个平面上的点而生成的曲线，其操作步骤如下。
1.  单击【曲线】工具栏中的【通过参考点的曲线】按钮，或选择【插入】【曲线】【通过参考点的曲线】命令，在属性管理器窗口弹出【通过参考点的曲线】属性面板，如图4-36所示。
·  通过点：选择通过一个或多个平面上的点。
·  闭环曲线：勾选此复选框，表示生成的曲线自动闭合，否则没有闭合。
2.  在图形区域中选择曲线通过的点，如图4-37所示。
3．  如果想要将曲线封闭，勾选【闭环曲线】复选框。
4．  单击【确定】按钮，即可生成模型点的曲线，如图4-38所示。

   图4-36属性面板图4-37选择参考点图4-38 生成曲线

提示：注意，在生成通过参考点的曲线时，选择的点可以是草图中的点，也可以是模型实体中的点．
    六、通过XYZ点的曲线
    样条曲线在数学上指的是一条连续、可导而且光滑的曲线。【通过XYZ点的曲线】就
是通过用户定义的点生成样条曲线。在SolidWorks中，用户可以自定义样条曲线通过的点，也可以利用点坐标文件生成样条曲线。
    生成通过XYZ点的曲线，可采用下面的操作。
    1．  单击【曲线】工具栏中的【通过XYZ点的曲线】按钮，或选择【插入】
    【曲线】【通过XYZ点的曲线】命令。
    2．  在弹出的如图4-39所示【曲线文件】对话框中，输入自由点空间坐标，同时
    在图形区域中可以预览生成的样条曲线。单击【确定】按钮，完成操作，如
    图4-40所示。
   图4-39 【曲线文件】对话框图4-40生成的曲线

·  点、X、Y、Z：【点】的列坐标定义生成曲线的点的顺序；【x】、【Y】、【Z】的列坐标对应点的坐标值，双击后即可输入数值。
·  浏览：单击该按钮，弹出如图4-41所示【打开】对话框，打开曲线文件，根
    据曲文件直接生成曲线。
·  保存：单击该按钮，弹出如图4-42所示的对话框，选择要保存的位置，然后
    输入文件名，最后单击【保存】按钮即可完成保存操作。该按钮主要用于将设
    置好的曲线文件保存下来。
·  插入：用于插入新行。如果要在某一行之上插入新行，只要单击该行，然后
    单击【插入】按钮。要删除某一行坐标，单击该行，然后按  键删除即
    可。
3．在弹出的如图4-39所示【曲线文件】对话框中，单击【浏览】按钮，弹出如
    图4-41所示的【打开】对话框，选择需要选择的曲线文件，单击【确定】按
钮。

图4-41打开曲线文件图4-42保存曲线文件

注意：
· 当在最后一行的单元格中双击时，系统会自动增加一行。如果要在一行的上
    面再插入一个新的行，只要在该行单击，然后单击【插入】按钮即可。
· 如果对刚刚编辑的曲线不太满意，可以根据需要编辑坐标，直到满意为止。
· 除了在【曲线文件】对话框中输入坐标来定义曲线外，SolidWorks还可以将
    在文本编辑器、Excel等应用程序中生成的坐标文件（扩展名为．sldxrv或.txt）
    导入到系统，从而生成样条曲线。
4.1.4实例——曲线造型

开始文件：无
结果文件：实例\Ch04\丝杠.SLDPRT

本小节以丝杠设计为例巩固前面学习的曲线造型方法。
1．打开SolidWorks软件，进入界面以后单击【新建】按钮，单击【零件】按
    钮，新建零件文件。
2．草图绘制，选择前视基准面，进入草图绘制界面。在草图上绘制直径为100mm的圆，如图4-43所示；使用拉伸命令，拉伸深度为250mm，并以前视基准面绘制直径为l00mm的圆以用于在圆柱上产生螺旋线。

图4-43 拉伸形成的圆柱

3．  选择【插入】  【曲线】【螺旋线】命令，或单击曲线工具栏中的  【螺旋
    线／涡状线】，弹出如图4-44所示的属性面板；设置螺距为20mm，圈数为
    10，起始角度设为0度，形成的螺旋线如图4-45所示。
4．  选择上视基准面，绘制直径为12mm的小圆，并添加约束，使小圆的圆心与
    螺旋线的起点重合，如图4-46所示。

图4-44属性面板图4-45 生成的螺旋线图4-46绘制的草图

5．单击【特征】选项卡中的【扫描切除】按钮，轮廓选择Rl 0的小圆，路径
选择螺旋线，生成如图447所示的丝杠。

图4-47丝杠的生成

6．选择丝杠的另一端面作为基准面，绘制直径为40mm的圆，如图4-48所示。
    图4-48丝杠端部的生成
7．  拉伸，深度设置为80mm。
8．  建立基准面，选择【插入】【参考几何体】【基准面】命令，或直接
    单击【参考几何体】工具栏中的【基准面】按钮，建立基准面，其属性面
板如图4-49所示。

图l4-49添加基准面