[工学]计算机辅助几何造型实验指导书.doc

计算机辅助几何造型实验指导书敖志强 编南昌航空大学飞行器制造工程系二一年12月实验注意事项一、计算机辅助几何造型课程共开设“曲线造型实验”和“曲面造型实验”两个实验，是学习计算几何课程的一个重要环节，它可以帮助学生加深理解课程中的基本概念，巩固课堂上学的知识；加深对各种曲线、曲面造型理论和方法的认识和体验，加强对理论知识的理解和运用能力，掌握常见曲线、曲面造型方法。二、在每次实验前，要认真复习课程有关的内容并预习实验指导书，了解有关工具的使用方法。三、实验中要严格遵守实验室条例，严格按照操作要求进行操作，发现问题要及时向指导教师报告。四、实验完毕，清理卫生，切断电源，认真填写实验报告，按期交指导员教师批阅。五、试验成绩作为本课程考核成绩的一部分。一：CAD软件介绍UG（Unigraphics）是Unigraphics Solutions公司推出的集CAD/CAE/CAM为一体的全三维参数化机械设计平台、是当今世界上最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，广泛应用于航空航天、汽车、通用机械、电子等领域。UG是一个交互式的计算机辅助设计（CAD），计算机辅助制造（CAM）系统，具备了当今机械加工领域所需的大多数工程设计和制图功能。UG是一个全三维、双精度的造型系统，使用户几乎能够精确地描述任何几何形体，通过对这些形体的组合，就可以对产品进行设计、分析和制图。UG自从1990年，进入我国以来，以其强大的功能和工程背景，已经在我国的航空、航天、汽车、模具和家电等领域得到广泛的应用。尤其UG软件PC版本的推出，为UG在我国的普及起到了良好的推动作用。实验一曲线造型综合性实验一、实验目的1、复习相关的曲线造型理论和端点条件的作用2、掌握样条曲线造型方法二、实验设备1、计算机60台三、实验内容1、给定不同曲线的型值点坐标数据。2、学生选定一组坐标数据在规定时间内按要求分别使用三种曲线造型方法构造曲线，并在每一种曲线中改变不同的端点条件，注意观察曲线上型值点和特征多边形顶点之间的关系。3、分析不同方法和不同端点条件对曲线的影响，并分析各种曲线造型方法和不同端点条件的特点。4、根据分析结果写出实验报告，并按要求画出曲线。四、实验报告内容（一）实验名称（二）实验内容（三）实验环境及设备（四）画出至少三种曲线造型方法的造型图并加以说明曲线造型实验操作指南：1 新建文件名(注意不能有中文名或者是中文目录) spline1.part，选择建模模块，如图1-1： 图1.12 构造型值点：插入（S）基准/点点（P）（如图1-2）图1.2在点构造器中输入型值点的坐标或者直接用鼠标取点（如图1-3），另存为.(型值点文件名)图1-33 在工具栏空白处点右键选取曲线，如图1-4，并在弹出的工具栏中点取工具条右上角小箭头，将样条，艺术样条选上，如图1-5图1-4图1-5在工具条中选取样条曲线的构造方法：（如图1-6）图1-4（a） 通过极点:1 指定曲线阶次，确定进入下一步（如图1-7）2 弹出点构造器对话框，选取前面构造的型值点，然后点确定进入下一步（如图1-8）3 在弹出的“指定点”对话框（如图1-9）中点确定，生成曲线（如图1-10）4 另存为：文件名图1-7 图1-8图1-9图1-10（b） 通过点的方式构造曲线 :1 指定曲线阶次，确定进入下一步2 弹出样条对话框，选取“全部成链“进入下一步（如图1-11）图1-113 在弹出的“指定点”对话框中选取前面构造的型值点起点和终点，确定进入下一步（如图1-12）4 在弹出的对话框中，点确定生成曲线，如果需要更改斜率和曲率可点赋斜率或者上赋曲率（如图1-13，14）5 另存为：文件名图1-12图1-13（c） 拟合1 点击“拟合”后，弹出样条对话框，选取“全部成链“进入下一步。如图1-142 在弹出的“指定点”对话框中选取前面构造的型值点起点和终点，确定进入下一步3 在弹出的对话框中（如图1-15），选择拟合方法，修改样条拟合条件，点确定生成曲线（如图1-16）4 另存为：文件名图1-14图1-15图1-164 在工具条中选取艺术样条曲线的构造方法：由型值点直接生成样条（如图1-17） 在由点生成样条对话框中，直接用鼠标输入型值点或调用给定的型值点，指定曲线阶次，点确定创建样条曲线。图1-17（1） 编辑型值点的位置：在由点生成样条对话框中，点击编辑型值点位置按钮，编辑型值点的位置，观察曲线的变化情况。（如图1-18）图1-18（2） 编辑型值点切矢和曲率：在由点生成样条对话框中，在型值点的位置点右键，选择指定约素束，出现样切矢和曲率的编辑工具。分别修改样条切矢和曲率，观察曲线变化情况，如图1-19，1-20，1-21图1-19图1-20图1-215 由极点直接生成样条及样条曲线的编辑在艺术样条中选择由极点直接生成样条曲线，如图1-22图1-22样条的生成：在由极点生成样条对话框中，直接用鼠标输入型值点或调用给定的型值点，指定曲线阶次，点确定创建样条曲线。（如图1-23）图1-23编辑极点的位置：在由极点生成样条对话框中，点击左键极点会出现编辑极点位置的工具，观察曲线的变化情况。（如图1-24）图1-24删除/插入极点：在窗口中，点取所要修改的点，点删除点按钮，可删除部分多余的或不合适的点，也可以添加极点，观察曲线变化情况。（如图1-25，1-26，1-27）图1-25 删除前1-26 添加后图 1-27 删除后光顺样条曲线 在工具栏空白处点右键，选取编辑曲线，再在弹出的对话框中选取光顺曲线，并选取所要光顺的曲线（图1-28）图1-28选择要修改的参数（最大曲率半径或最小曲率半径），通过改变光顺因子或百分比来光顺曲线。图1-29，1-30 ，1-31图1-29图1-30图1-316编辑样条曲线（编辑曲线参数） 自行构造一条样条曲线（通过定义点的方式），点击编辑曲线按钮，然后选择该样条曲线，系统弹出编辑样条曲线对话框，如图1-32，1-33图1-32图1-33根据此对话框可进行编辑点，编辑极点，更改斜率，曲率等多个操作，如图1-34，1-35，1-36，大家可以将这些操作全部走一遍。图1-34 编辑点图1-35 编辑极点7 曲线分析 在空白处点右键，选取形状分析选项，然后勾取如图1-36所示的曲线分析功能，同学可依次完成这些功能的使用，如图1-37为曲率疏分析图，图1-38为曲线分析曲率图表图图1-36 曲线形状分析图1-37 曲线形状分析图1-38 曲线图表分析实验二曲面造型综合性实验一、实验目的1、复习相关的曲面造型理论2、掌握曲面造型方法二、实验设备1、计算机60台三、实验内容1、给定不同曲面网格点坐标数据或样条曲线（文件形式）。2、学生采用给定的文件数据在规定时间内按要求分别使用各种不同的曲面造型方法构造曲曲，注意观察每种曲面造型方法的不同点。3、分析不同方法和条件对曲面的影响，并分析各种曲面造型方法的特点，加深对各种曲面造型原理和方法的理解。4、根据分析结果写出实验报告，并按要求画出曲面及其特征网格。四、实验报告内容（一）实验名称（二）实验内容（三）实验环境及设备（四）画出曲面及其特征网格图，按指导书步骤，完成实验内容曲面造型实验操作指南：一：直纹面的构造（1）打开所给定的曲线文件spline1.prt，或自行构造一条曲线，进行偏置操作，在曲线工具条中选择曲线偏置（图2-1），选取曲线后点击确定进入下一步，在弹出的偏置曲线对话框中选择三维轴向偏置，并输入偏置值（图2-2），确定生成另一条曲线（图2-3）图2-1图2-2图2-3（2）构造直纹面：选择曲面工具条，选择直纹面命令按钮（如图2-4），弹出对话框后，选择一条曲线，单击一次“确定“按钮或者按鼠标中键确定，在所选择的曲线上显示了截面线的方向。选择第二条曲线，在所选择的截面线上同样出现箭头（图2-5），截面线的方向根据曲线上所单击的位置不同会出现不同，如果出现的箭头方向与所希望的相反，单击“后退”，取消线串的选择，重新选取。单击“确定“完成截面线的选择，并生成直纹面。（图2-6）图2-4图2-5图2-6注：同学自己可以尝试一下当截面线的方向相反时生成的曲面形状。二：通过曲线组构造曲面 打开给定的文件curves.prt，点击曲面工具条中的通过曲线组构造曲面（图2-7），在弹出的对话框中依次选定每一条曲线，每选一条点一次鼠标中键确定，注意观察每条曲线的方向，需要保持所有曲线方向一致（图2-8），所有曲线选定后点确定生成曲面（图2-9）图2-7图2-8图2-9三：通过曲线网格构造曲面打开给定的文件mesh.prt，点击曲面工具条中的通过曲线网格构造曲面（图2-10），在弹出的对话框中依次选定主线串，每选一条主线串点一次鼠标中键确定，注意主线串方向一定要保持一致（图2-11），如果不一致请重新选择，选择完所有的主线串后再按一次中键，开始选择交叉线串，每选一条交叉线串点一次鼠标中键确定，要求按照主线串的方向依次选取，每选好一条会有一个编号（图2-12），选四条以后，点击确定就能生成曲面（图2-13），如果选取交叉线串的时候，所选的第一条线重复选一次就会生成实体，（图2-14）图2-10图2-11图2-12图2-13图2-14四：通过扫掠方式构造曲面打开给定的文件swept.prt，点击曲面工具条中的通过扫掠构造曲面按钮（图2-15），在弹出的对话框中选定引导线串，如果有多条，那么每选一条点一次鼠标中键确定，所有引导线串选择完毕后，再点一次鼠标中键结束引导线串的选择（图2-16），开始选择截面线串，（图2-17），选择好截面线串后，点击确定进入下一步指定参数，（图2-18）参数指定后点确定进入下一步选取定位方法（图2-19），选择固定的定位方法，确定进入下一步选取比例方法（图2-20），选恒定的，确定进入下一步输入比例因子（图2-21），再点确定生成实体（图2-22），如果界面线串不是封闭的，那么就生成曲面打开给定文件swept1.prt，重复上述操作，生成曲面（图2-23）图2-15图2-16图2-17图2-18图2-19图2-20图2-21图2-22图2-23五：通过数据点方式构造曲面打开给定的文件points.prt，点击曲面工具条中的通过点构造曲面（图2-24），在弹出的对话框中输入曲面参数（图2-25），选取好参数后点确定选择点的选取方法（图2-26），使用全部成链的方法，确定开始选择点，逐行选取，每行选一次起点和终点（图2-27），选多少行取决于所设定的曲面的次数是多少，比如3次曲面，那么选择四行后，会弹出对话框提示是否选取完了所有的点（图2-28），如果还要选取点，点击指定另一行，如果不需要选取数据点了，那么点击指定了所有的点就能生成曲面（图2-29），选取了所有的点的曲面 如图2-30图2-24图2-25图2-26图2-27图2-28图2-29图2-30六：通过极点方式构造曲面打开给定的文件points1.prt，点击曲面工具条中的通过极点构造曲面（图2-31），在弹出的对话框中输入曲面参数（图2-32），选取好参数后，点确定出现点构造器，来选择已存在的点，（图2-33），依次选定每一行数据点，选好一行后点确定，会弹出对话框询问是否指定好了点，选择是完成一行的选取，然后选取另外一行，重复操作（图2-34），选取4行后会弹出对话框询问是否指定了所有的点，如果完成了点的选择，点击选取了所有的点后就能生成曲面 （如图2-35），如果还要继续指定点，那么点击指定另外一行，如图2-36图2-31图2-32图2-33图2-34图2-35图2-36七：移动曲面的定义点 打开所给定的文件movepoint.prt，在空白处点右键，将曲面编辑工具条选出（图2-37）点移动定义点按钮，弹出的对话框提示选择要编辑的曲面（图2-38），弹出确认对话框，点确定进入下一步选择要移动的点（图2-39），可以选择单个点也可以是整列或者整行移动，如选择中间一个点，向Z方向移动20CM（图2-40，2-41）， 点确定生成新的曲面（2-42） 同学们可尝试按其他方式修改曲面的定义点。图2