proe可变扫描教程

可变扫描指令教程详解 By 无维网 IceFai（黄光辉） 不管版本如何变更，可变截面扫描始终是重要的造型命令。这是因为可变截面扫描除了可 以得到相对规则的曲面外，它丰富的控制属性和可以预见的结果形状让它更能在适当的场合发 挥作用，在实际工作中的应用中，熟练应用可变扫描甚至可以解决大部分的主要外观曲面的创 建，是 ProE 中一个非常重要和强大的造型工具。 可变截面扫描的控制主要有下面这几项：轨迹，截面的定向和截面的形状，如图 3-80 所示。 图 3-80 ??? Ice Fai ??P roE ?? 78 在可变截面扫描中有两类轨迹，有且只有一条称为原始轨迹，也就是选择的第一条轨迹。 原始轨迹必须是一条相切的曲线链(对于轨迹则没有这个要求)。除了原始轨迹外，其他的都是 轨迹，一个可变截面扫描命令可以有多条轨迹。在 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 以后的版本中， 原始轨迹和轨迹的功能性差异除了这点外可以说没有任何差异了。 截面的定向依赖于两个方向的确定：Z 方向和 X 方向。 在每条轨迹后面都有三个可选项分别用 X、N 和 T 作标题，它们分别代表的是 X 向量， Normal(垂直方向也就是 Z 方向)以及 Tangency(切向)参考，选中对应的复选框就表明采用该选 项，如图 3-81 所示。 图 3-81 显然对于可变截面扫描只能有一个 X 向量和一个 Z 方向，所以选择了某个轨迹后会自动定 义曲线为其他轨迹中对应的选择。对于切向参考，因为一条轨迹很可能是两面链的交线，所以 有两个复选框来供选择不同的面链。当然也可以手工选择作为切向参考的面链。在下面的“割 面控制”下拉列表框中，可以选择截面的定向方法，默认“垂直于轨迹”是由轨迹来确定截面 的方向，也可以用其他两个选项来确定。 z 垂直于投影：可以控制截面垂直于轨迹在平面上的投影。 z 恒定垂直向量：截面始终垂直于一个恒定的平面参考，如图 3-82 所示。 最下面就是水平竖直方向的确定，这可以在“水平/垂直控制”下拉列表框中进行选择。 z 垂直于曲面：截面的水平方向垂直于曲面。 z X 轨迹：截面的水平方向由指定的 X 轨迹来确定。 z 自动：截面的水平方向根据原始轨迹来自动计算。 如图 3-83 所示。 图 3-82 图 3-83 下面具体介绍各种组合的截面定向方法的表现形式。 截面的 Z 方向始终和轨迹曲线相切，X 和 Y 方向则根据轨迹曲线进行自动计算，如图 3-84 所示。截面的 Z 方向始终和轨迹曲线相切，X 方向则根据所选的参考确定，如图 3-85 所示。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 79 图 3-84 图 3-85 当选择垂直于曲面选项时，截面的 Y 方向将自动调整到选择的曲面的法向方向，如图 3-86 所示。如果有两条以上的轨迹并指定轨迹时，截面的 Z 方向将相切于轨迹，并且 X 方向通过 X 轨迹，如图 3-87 所示。 图 3-86 图 3-87 当选择垂直于轨迹(其他)选项时，截面上除了坐标原点在原始轨迹上外，轨迹的定向都依 靠指定的轨迹来控制，如图 3-88 所示。垂直于投影 Z 轴在所有点与沿投影方向的投影曲线相 切，截面 Y 轴总是垂直于定义的参照平面，如图 3-89 所示。 采用“恒定法向”选项，Z 轴将沿由恒定法向参照所定义的方向。Pro/ENGINEER 沿轨迹 计算 X 和 Y 值，如图 3-90 所示。如果还指定了 X 轨迹，Z 轴将沿由恒定法向参照所定义的 方向。X 轴穿过截面(垂直于此点的切线)与 X 轨迹的交点，如图 3-91 所示。 Z 轴将沿由恒定法向参照所定义的方向。X 和 Y 方向由沿 Z 轴的参照所定义的方向的 投影所确定，如图 3-92 所示。Z 轴将沿由恒定法向参照所定义的方向，Y 方向通过在恒定法 向上投影曲面法线来设置，如图 3-93 所示。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 80 图 3-88 图 3-89 图 3-90 图 3-91 图 3-92 图 3-93 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 81 1. 切向参考 很多用户都知道用切向参考可以实现扫出面和已有的面相切连接，但如果仅是局限于定义 面相切，那就是人为的把这个选项的作用局限在一个点上了，事实上利用这个选项可以把扫出 面定义成和参考面成任何角度关系(当然也包括相切的 0°关系)。设定这个选项只是告知系统 需要一条关于参考曲面的切线参考，至于用来定义成什么关系则完全由用户决定。 因为参考切线实际上就是已有曲面在截面处的切线，所以当在截面中定义截面的图元和参 考线相切时，那么该图元扫出形成的面自然就与参考曲面相切了。下面就是对同一条曲面边轨 迹不使用切线参考和使用切线参考的情况，如图 3-94 所示，可以注意到在使用切线参考的情况 下进入草绘环境后会自动生成一条曲面的切线。 图 3-94 图 3-95 中假设截面为一在切线参考上的直线段，那么扫出的面就是一个和参考面相切的带 面，如图 3-96 所示的效果。 图 3-95 图 3-96 但是如果刻意标准直线段和参考线成一角度(如 30°)，那么扫出的带面在公共边的任一垂 直截面上与参考面的交线都是 30°(或说是 150°)，如图 3-97 所示。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 82 图 3-97 在可变截面扫描的“选项”操控板中还有几个选项，说明 如下。 图 3-98 z “可变剖面”和“恒定剖面”单选按钮：控制扫出过 程中截面的形状变化，分别表示可变和恒定，在下面 会用图来说明这两者的区别。 z “封闭端点”复选框：用于在截面是封闭的时候可以 生成端部封闭的曲面 z “草绘放置点”文本框：用来确定草绘平面的位置， 如图 3-98 所示。 图 3-99 和图 3-100 分别说明可变剖面和恒定剖面所产生的不同效果。选中“可变剖面”单 选按钮则表明在扫出过程中截面严格按照在草绘中的约束和尺寸来生成扫出过程的截面形状， 所以截面形状是可变的，不变的是截面的约束和尺寸，下例中草绘的截面是使用拉伸圆柱的边 界而得到的圆，那么在扫出的过程中因为草绘平面的定位改变，使用边界得到的就有可能是椭 圆(因为“使用边界”这个约束维持不变)，所以就会得到如图 3-99 所示的形状。而如果选中“恒 定剖面”单选按钮，那么扫出过程中系统就会维持原来的截面形状不改变(本例中是正圆)，如 图 3-100 所示。 图 3-99 图 3-100 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 83 下面再举一个例子，图 3-101 所示的可变截面扫描有两条轨迹，截面圆经过两条轨迹。 图 3-101 从图 3-102 中就可以很明显看到两个选项的不同之处。可以说“恒定剖面”选项的可变截 面扫描已经不再是可变截面扫描了，它的截面形状在扫出过程中并不发生变化。 图 3-102 要灵活使用可变截面扫描，必须理解轨迹参数 trajpar。轨迹参数实际就是扫出过程中当前 位置对应的原始轨迹位置相对整个原始轨迹的比例值，其值在 0～1 之间，它也是可变截面扫 描特征特有的一个参数。在草绘截面时，可以把这个参数作为已知参数来编写关系以控制截面 的形状。如图 3-103 所示，假设 PNT0 在曲线中的位置比例为 0.3，那么在可变截面扫描的过程 中在这点处的轨迹参数值就是 0.3(或 0.7)。假设在截面中添加的关系为 sd3=trajpar*50，那么点 sd3 就是 0.3*50=15。 图 3-103 ??? Ice Fai ??P roE ?? 84 推而广之，那么在整个扫出过程中截面的 sd3 值就从 0～50 发生线性变化，形状如图 3-104 所示。 图 3-104 利用这个参数和不同的数学 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数的组合就可以生成各种规则的变化。而很多复杂的变化其 实就是一些简单的变化的累加。 2. 大小渐变 尺寸实现从某个值渐变到另一个值(变大或变小)，常用有两个关系(当然，用任何关系都可 以)，线性变化和正弦变化： 线性：sd#=V0+Vs*trajpar 正弦：sd#=V0+Vs*sin(trajpar*90) 其中：V0 是初始值，Vs 是变化幅度，它决定变化的速度和终了值(V0+Vs)，Vs 为正值则 增大，为负值则为减小。如果要实现先小再大最后再变小的峰状变化，可以用 Sd#=V0+ Vs*abs(trajpar-0.5)或 sd#=V0+Vs*sin(trajpar*180)，如图 3-105 所示。 图 3-105 3. 螺旋变化 螺旋变化其实就是线性变化和圆周变化的累加。原始轨迹的自动变化就是线性变化，截面 的变化只需加上角度的圆周变化就可以完成螺旋变化，一般的关系形式如下： Sd#=trajpar*360*n 其中，#是变化角度尺寸，trajpar 是轨迹参数，n 是需要的螺旋圈数，如图 3-106 所示。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 85 图 3-106 扫出的结果如图 3-107 所示。 图 3-107 4. 周期变化 一般都是用正弦(sin)函数或余弦(cos)函数来实现截面的周期变化，基本的关系表现形式 如下： Sd#=Vs*sin(trajpar*360*n)+V0 其中 V0 是基准值，Vs 是幅度值(变化幅度)，n 是周期数。如图 3-108 所示，原始轨迹为直 线，截面为正圆，关系如下。 图 3-108 这个关系表明在扫出过程中圆的直径 sd4 的值以 20 为基准，10 为幅度做 4 个周期的变化。 结果如图 3-109 所示，最小的直径为 10，最大的直径为 30，总共发生 4 个周期的变化。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 86 图 3-109 而如果把原始轨迹换成为圆周，那么就实现了圆周和周期变化的叠加，得到结果如图 3-110 所示。 图 3-110 同样的原理，可以实现和螺旋以及其他任何形状的叠加。读者会发现很多看似复杂的形状 其实很简单。 而在实际情况中，更多的是遇见椭圆和圆之间的过渡变化，这个时候要善于应用椭圆和 conic 线，要注意的是长短轴相等的椭圆就是正圆，而 rho 值为 sqrt(2)-1 的 conic 线就是正椭圆 弧。而当轨迹相切的时候要实现形状的连接相切时要保证截面形状在端点处的导数连续，下面 举例说明。如图 3-111 所示，我们要实现长轴为 40 短轴为 20 的椭圆到直径 20 的圆柱间的顺接， 或许很多人都能想到用轨迹参数来控制长轴的变化，以使得在和圆柱的接合点处值变为 20，为 此就会加入下面的关系。 图 3-111 但是结果出来后就会发现虽然在结合的地方形状是对了，但是却不能实现顺接，如图 3-112 所示。 这是因为截面的变化是线性的，也就是说如果把 trajpar 作为一个变量来看待，那么截面在 连接点的导数值就为-10，而圆柱的导数则为 0，所以导数不连续不能实现相切。知道道理后要 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 87 修改就简单了。只需把上面的关系改为下面的形式： Sd4=20-10*sin(trajpar*90) 图 3-112 结果如图 3-113 所示，至于原因读者应不难想到。 图 3-113 轨迹参数通常还和计算函数 evalgraph 来结合使用，也正是因为它们结合使用频繁，所以 给很多人造成一个错觉，那就是 evalgraph 本身就是专给可变截面扫描而使用的，其实不然， evalgraph 只是 Pro/ENGINEER 提供的一个用于计算图表 graph 中的横坐标对应纵坐标的值的一 个函数，可以用在任何场合而非只是可变截面扫描特征。如图 3-114 所示，假设有一个名为 graph 的图表，要计算它在横坐标 x 处对应的值，那么就可以用 evalgraph(“graph”，x)来获得，函 数返回的就是这条 graph 在 x 处的纵坐标值。 图 3-114 ??? Ice Fai ??P roE ?? 88 利用这个函数的结果和轨迹参数，我们就可以实现通过 graph 图表来控制截面的目的。首 先创建一个 graph，名字是 sec，它的形状和值如图 3-115 所示。 图 3-115 然后用直线作为轨迹、正圆作为截面创建可变截面扫描，并添加关系如图 3-116 所示。这 样就把截面中 sd3 的值和图表 sec 建立起了一一对应关系，注意，在 graph 中的横坐标值最大 为 100，而 trajpar 的变化范围是 0～1，所以需要把轨迹参数放大 100 倍才能建立一一对应关系。 图 3-116 最后就会得到类似图 3-117 所示的形状，可以看出截面的变化和 graph 的变化是一致的， 这就是两者结合使用的奥妙所在。 图 3-117 使用可变截面扫描，如果在生成几何前不能想象出它的大概形状的话，可以说你并没有真 正理解可变截面扫描。使用可变截面扫描时一定要明白：①截面垂直于什么？②X 方向通过什 么？③尺寸和约束变化如何引起截面的变化？前两项在前面讨论过了，下面来详细讨论最后 一项。 可变截面扫描在进入草绘环境的时候，默认情况下会生成在原始轨迹交点处的水平和竖直 的参考线，并且生成每条轨迹在草绘平面的交点参考。在草绘中一旦几何建立和这些参考的尺 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 89 寸或约束关系，也就是建立了截面和对应轨迹的约束关系。同样的道理，如果想让截面和轨迹 建立起约束关系，在草绘中就必须显式的进行定义，比如，想在扫出过程中某个几何的端点在 轨迹上的话，就要在草绘中添加一个点对齐的约束把几何端点显式的对齐到轨迹的参考点上。 当可变截面扫描形状并没有跟着轨迹走时应检查约束条件是否错了。 下面以具体的实例来说明，如图 3-118 所示，草绘三条直线作为可变截面扫描的轨迹，其 中中间那一条是原始轨迹。注意上下两条轨迹的两个端点只有一端是对称的，另一端不对称。 图 3-118 1 尺寸标注对截面形状的影响 3.6. 本节先来看一下不同的标注形式对扫出形状的影响。因为可变截面扫描只需要用户提供一 个草绘截面，所以对于同一形状的截面或许就有不同的标注方法。但是不同的标注方法就有可 能带来不同的形状，这就要根据 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 意图来定标注方法。 要预先知道将要扫出的形状如何，一定要紧记可变截面扫描过程中系统维持的是截面的尺 寸标注和约束，而并不一定是形状(当然设了恒定截面的除外)，所以在创建截面的时候一定要 注意约束和尺寸。如图 3-119 所示，假设用通过两个轨迹的交点的圆弧来扫出，并且标注圆弧 半径。这样就相当于告诉系统要在扫出的过程中维持这个 R30 不变，并且两个端点在上下两条 轨迹上。因为轨迹是渐开的，所以不难想象：圆弧“高度”会不断升高，如图 3-120 所示。 图 3-119 图 3-120 同样的圆弧，假设标注的是“高度”的话，出来的形状又会大不相同，如图 3-121 所示， 至于为什么会这样，读者应自己体会。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 90 图 3-121 细心的读者可能注意到了上面的两个扫出得到的面的最高脊线不在原始轨迹(中间那条)的 Y 方向上。但是在草绘的截面上最高点确实就在原始轨迹的 Y 参考线上，为什么得到的形状又 会偏离了呢？这是因为尽管草绘的截面的最高点是在 Y 参考线上，但那仅仅是巧合，因为轨迹 在起点处刚好是对称的，所以通过了两个交点的圆弧的圆心刚好在 Y 参考线上，但这并不是约 束条件，当扫出的过程中两条轨迹不再是对称的情况下，圆心自然就偏离了原始轨迹的 Y 参考 线了。假设我们的设计意图要求最高脊线是在原始轨迹的 Y 参考线上，就要对它进行显式的约 束，而且为了避开干扰，应该故意把草绘平面定在一个一般位置(非对称)来进行截面的绘制。 如图 3-122 所示，注意两个圆心的约束，很显然两边的圆弧不能再保持一致了，所以要把原来 的一段圆弧分为两段。 图 3-122 2 改善可变扫出质量的思考过程 3.6. 下面用一个范例来讲解。 原题是要用提供的轮廓线来作一个凸 15mm 的面，侧面形状为正椭圆，另外还要求是单面， 如图 3-123 所示。不过单面这个要求在 Pro/ENGINEER 中就是勉为其难了，对于 CATIA 或 Solidworks 来说就是个填充命令，可对 Pro/ENGINEER 来说就只能自己想办法来解决了，有关 本案例的更详细的故事和改良，可以到无维网去作详细的了解，本文不再作展开讨论。不过根 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 91 据题意，假如能用一个命令一步做出所有的面，也就是说所有面具有“同等”地位。 图 3-123 联想到异形按钮的方法，不妨试一下做出来的效果。至于侧面是正椭圆，可以用 rho 值为 sqrt(2)-1 的圆锥曲线来代替，在这里采用近似的方法就用 0.41 来代替，如图 3-124 所示。 图 3-124 但是扫出来后，就会发现结果并不是很理想。如图 3-125 所示，在外形凹陷的地方顶部面 也相应出现凹陷现象。这是因为截面都是用同样的规则生成的，也就是说 rho 值都是一样的， 这样，对于 X 方向较短的圆锥曲线相对于较长的圆锥曲线变化自然要更快点，这也就是凹陷产 生的原因。 ??? Ice Fai ??P roE ?? 92 图 3-125 明白了原因，那么就想办法来弥补或消减这个凹陷。既然它产生凹陷，自然要想办法把凹 下去的地方抬起来。要抬起来很容易就能想到增加 rho 值的方法，但是要用什么方法或者说应 该用什么规则来增加 rho 值呢？ 首先来考虑梅花状的外形线，其半径是沿圆发生类似正弦变化的曲线。凭直觉推断 rho 值 的变化也应该是对应的正弦变化，这样就得到如图 3-126 所示的控制关系。至于为什么要用 0.052 来作为正弦变化的振幅，那也是根据结果调整出来的一个比较合适的值(太大就高了，太 小则不足)。 图 3-126 结果如图 3-127 所示，结果改善了很多。 图 3-127 结果虽然改善了，但是这样做出的面调整相对来说就比较麻烦了，需要不断的尝试，但不 管怎样的调整，凹陷的影响都会一直延续到中心处的，尽管可以改善但却不能完全消减。如果 可以把凹陷的影响控制到一定范围外的话，应该就可以消除顶部的凹陷情况了。最直观的方法 就用一个旋转面来代替顶部中心附近的面了。而为了保证侧面是椭圆，此处用了一段椭圆弧作 为顶部中心附近的截面，如图 3-128 所示，椭圆弧的长短轴根据外形轮廓确定的，而侧面的可 变范围同样用圆锥曲线代替，起始 rho 值维持 sqrt(2)-1。 同样为了消减凹陷，要把抬高控制关系应用到可变的圆锥曲线的 rho 值上，如图 3-129 所 示。并且为了维持“单面”的目的，需要把这两段线转化成一段样条线，命令：“编辑”→“转 ??? Ice Fai ??P roE ?? 第 3 章 基本造型命令 93 换到”→“样条线”。 这样就可以完成扫出了，效果如图 3-130 所示，在此零件上抽 2mm 的壳也没问题的。 图 3-128 图 3-129 图 3-130 面做到这里可以说已经是相当不错了，下面检查面的内部构造是不是真正合乎逻辑。 如图 3-131 所示，首先从视觉来说，外部轮廓是六边花形的，但是中间部分是一纯圆的球 面，从这点来看似乎在逻辑上不太合适，起码球面的剪切形状也应该反映轮廓的变化。基于这 点考虑，如果球面的剪切轮廓能够随外轮廓比例变化，可能会得到比较理想的结果(在没有结果 出来之前还无定论)。为达到这个目的，草绘就要进行一下改造。同样，截面还是分成两部分， 中心的圆弧和边上的圆锥曲线。但是为了和轮廓发生关系，需要添加一个中心点到轮廓的距离 ??? Ice Fai ??P roE ?? 94 尺寸(已知尺寸)kd15，然后约束球面圆弧的长度为已知长度的一定比例值(这里定为 0.5)，这样 就可以完成剪切圆弧长度的随形变化了，如图 3-132 所示。 图 3-131 图 3-132 得到的结果如图 3-133 所示。 注意：标注已知尺寸的时候需要关掉“意图管理器”选项。 应用同样的方法，可以解决异形按钮的轮廓凹陷和剧变的问题，如图 3-134 所示。 图 3-133 图 3-134 ??? Ice Fai ??P roE ?? 图3-80 图3-81 图3-82 图3-83 图3-84 图3-85 图3-86 图3-87 图3-88 图3-89 图3-90 图3-91 图3-92 图3-93 图3-94 图3-95 图3-96 图3-97 图3-99 图3-100 图3-101 图3-102 图3-103 图3-104 图3-105 图3-106 图3-107 图3-108 图3-109 图3-110 图3-111 图3-112 图3-113 图3-114 图3-115 图3-116 图3-117 图3-118 3.6.1 尺寸标注对截面形状的影响 图3-119 图3-120 图3-121 图3-122 3.6.2 改善可变扫出质量的思考过程 图3-123 图3-124 图3-125 图3-126 图3-127 图3-128 图3-129 图3-130 图3-131 图3-132 图3-133 图3-134