基于MastercamX環境下的復雜網格曲面構建方法探討

摘要：在Mastercam X中復雜網格曲面的創建是三維曲面造型中的一大難點，本文從網格曲面的概念、構建步驟及實際操作過程中的相關注意點等方面，探討了幾種典型網格曲面的構建方法。

關鍵詞：Mastercam X 網格曲面 構建方法

0 引言

在產品的三維造型中，復雜曲面的創建一直是計算機輔助設計的難點，而在Mastercam X軟件中，恰好提供了一種最有效、最常用的構建復雜曲面的好方法，即網格曲面功能，但由于網格曲面的概念較難理解，操作步驟較為復雜，因此，如若不理解其內涵以及不掌握其操作要領的話，最后往往形成不了曲面或得不到想要的曲面。本文根據自己的實際經驗，總結了在Mastercam X環境下網格曲面的創建方法。

1 網格曲面的概念

網格曲面（又稱為昆氏曲面）是在1964年由S.A.Coons提出了一種曲面分片和拼合造型的思想，用四條邊界構造曲面片，并通過疊加修正曲面片，產生滿足需要的曲面，即由網格狀排列的曲線外形（由直線、圓弧和曲線組成）之間的熔接產生的曲面，它的最大優點就是熔接性好，擬合精度高最終加工出來的曲面光滑。

網格曲面的基本形狀是由4個邊界形成的綴面，空間4個圖素構成了一個單位的網格曲面，由許多綴面組合就形成了一張曲面。而且隨著網格曲面的發展，出現了很多網格曲面基本形狀的變形。

2 網格曲面的構建

要產生網格曲面，必須使用昆氏串連，一種只有用于產生網格曲面的串連選擇方法，在Mastercam X版本軟件中，有兩種方式：自動串連和手動串連，其中自動串連對圖形的條件要求較多，主要針對規則網格曲面，所以較少采用，而手動串連不但適用于規則的四邊形網格曲面，且更多地適用于規則的或是標準的多個引導方向和多個截斷方向的復雜曲面，甚至有些情況下對多個綴面并不是規則的或標準的網狀行列形式的復雜曲面也能進行創建，因此，本文主要探討手動串連方式下各種網格曲面的創建方法。

2.1 開放式網格曲面的構建方法

在開放式網格曲面類型中，又有幾種典型的形狀：開放式四邊形、開放式三角形、異形三種。

2.1.1 開放式四邊形網格曲面的創建

①構建正確線架后，選擇“Create Net surface”

②在串連模式對話框中，選擇串連“chain”模式，如圖1-1。注意，這種方式下可以不用對剛才的線架圖素在交點處進行打斷操作。

③進行串連選取圖素，在這個操作步驟中必須注意選取的起點、順序、方向。對于起點的選擇可以是四邊形四個角中的任意一個角點，注意，邊界上構成這個起點的圖素只能是兩條邊，所以上圖中能作為起點的只能是四個角點，邊界中間點不能算。一旦起點定了，那么構成這個點的兩條相鄰邊各自所在的方向（即通常被定義為切削方向和截斷方向，用戶可以任意定義其中一條邊的方向為切削方向，那么另一條邊所在的方向就為截斷方向）決定了接下來的串聯選取順序，即在圖素選取時，必須將所有的切削方向綴面邊界都選取結束后再轉到截斷方向選取所有的綴面邊界，而且在任意一個方向上綴面邊界選擇時不能跳躍，必須是按照同一方向一條一條地有序選取。如圖1-2。

④兩個方向上邊界全部選取結束后，按串連對話框中的確定按鈕即可生成如圖1-2所示的網格曲面。

2.1.2 開放式三角形網格曲面的創建

三角形網格曲面可以看做是四邊形中某一條邊長度為零后所構成的，或者也可以理解為某一條邊縮短成一個點，如圖1-3。

針對這種情況，同樣先要確定串連起點，然后決定切削方向與截斷方向，最后在兩個方向上依次選取圖素。起點的條件與四邊形網格曲面構建時要求的一致，所以在上圖中，能作為起點的只有點1和點2兩點，這樣構成這個起點的兩條邊就顯然確定下來，它們所在的方向也就決定了一個是切削方向另一個就是截斷方向。在上圖中，假設切削方向定義為1-5-2三點構成的圓弧邊界圖素，那么它的對邊可以看做是長度為零的3、4兩點，截斷方向則為1-3，5-3，2-3三段圓弧，具體操作步驟如下：①構建正確線架后，選擇“Create Net surface”。②在串連模式對話框中，先選擇部分串連“Partial”模式進行第一個切削方向邊界的圖素選取，因為切削方向邊界1-5-2三點構成的兩段圓弧。③由于剛才的切削方向邊界的對邊是點，所以改用單點“Point”模式選取3點，到此為止，切削方向的邊界全部選擇完畢。④接下來選取截斷方向的邊界，在截斷方向上共有三段圓弧，所以改用串連“chain”模式依次選取1-3，5-3，2-3三段圓弧。⑤邊界完畢選擇完畢后，按串連對話框中的確定按鈕即可生成如圖2-4所示的三角形網格曲面。⑥值得一提的是，在Mastercam X版本中提供了另一種較為簡便的方法，同樣以上述圖形為例，在第二步驟中選用“ApexPoint”功能模塊，而非“Chain”模塊，具體操作時只要在所有圓弧選擇完畢后根據提示選取3點即可，結果如上圖一樣。

2.2 封閉式網格曲面的創建

在封閉式網格曲面類型中，最常用的方法就是擴展法，即把封閉式線架展開或理想拓展，使復雜曲面轉換成規則的mxn網狀結構?？梢园丫€框展開成平面圖形，在這個平面圖形中判斷切削方向和截斷方向就很容易了，方法與開放式四邊形網格曲面的構建方法一樣，但是要注意的是必須將展開的圖素與封閉線框的圖素一一對應起來。

另一種方法就是直接定義切削方向為閉合圓周環繞方向，與環繞圓周方向垂直的軸線方向為截斷方向：①構建正確線架后，選擇“Create Net surface”。②在串連模式對話框中，選擇串連“chain”模式，首先選取下底邊圓周圖素。③同樣在串連模式下選取下底邊的對邊，即上圓周邊作為切削方向的第二邊界。注意，兩次選擇的起點位置要對應，方向必須一致。④在切削方向兩個邊界全部選取完畢后，開始選擇截斷方向的圖素，即軸向（也可以看做是高度方向）圖素選取，注意在兩條邊界中首先選取的是圓周方向起點所在位置的那一邊界，然后再按照切削方向邊界選取時的箭頭方向依次選取其他邊界。⑤所有圖素選取完畢后，按串連對話框中的確定按鈕即可生成網格曲面效果圖。

3結束語

以上是本人在實踐中針對幾種典型的網格曲面在Mastercam X版本軟件中創建方法的一些總結，采用這些方法可以一次性生成一張完整的網格曲面，而不是單獨一個個小綴面拼湊出來的網格曲面，這種光滑、熔接性好的整張網格曲面能夠保證曲面得到連續加工，減少刀路痕跡，從而提升加工表面精度。

參考文獻：

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