Pro/E可變截面掃描在凹陷曲面設計中的應用

■山東水利技師學院 （淄博 255130） 楊興民 尹鴻雁

Pro/E可變截面掃描在凹陷曲面設計中的應用

■山東水利技師學院 （淄博 255130） 楊興民 尹鴻雁

摘要：在產品外形設計中，為了美觀和豐富造型需要，或者滿足抓握等使用功能的目的，外觀表面經常會出現一些截面漸變的凹陷曲面。對于這類造型，如果采用邊界或造型曲面設計都比較麻煩。通過長時間的嘗試，發現可變截面掃描結合Trajpar 和Evalgraph這兩個函數可以快速完成類似曲面的構建，并且便于零件的設計變更。

1. 產品設計需求

在產品外形的設計過程中，經常會遇到凹陷曲面造型（見圖1），這種外形在塑料制品的表面經常會應用到。它們一般起到豐富外形的作用，使產品看起來不再單調呆板；或在產品使用時起到滿足增加摩擦力和便于抓握的功能。因此掌握一種相對固定而且快速的方法對提高設計效率無疑是非常有幫助的。

2. Pro/E造型曲面工具

一種比較容易想到的方法是使用Pro/E的造型曲面（ISDX交互式曲面）工具。理論上來說，造型曲面工具可以搭建出想象中的任意曲面，所以這種方法一定是可以完成的。但是由于凹陷曲面與表面交線（見圖2）是一條光滑的曲線鏈，直接構建這樣一條曲線比較麻煩，而且在造型中一次使用邊界曲面鋪設全部凹陷曲面也是難以實現的，需要構建多條曲線和多次鋪設邊界曲面，并設置各邊界曲面之間的連接方式，因此比較麻煩。

仔細觀察曲面的形狀可以發現一定的規律：在這類凹陷曲面中存在一條軌跡（見圖2），從平面上看它既控制著凹陷曲面的走向，另一個方向又控制著曲面凹陷的深度；凹陷的形狀為圓弧截面，沿著該軌跡凹陷的寬度開始為零，隨后逐漸增大，然后再漸變為零；凹陷的深度也是如此。因此可以考慮使用可變截面掃描。

圖1

圖2

圖3

3.可變截面掃描方法

（1）方法一：首先創建一條平面草繪軌跡，然后投影到圓柱曲面上，將這條曲線作為可變截面掃描的原點軌跡，繪制如圖3所示的截面，將圓弧的圓心約束在豎直的中心線上（使截面圓弧的圓心在軌跡上方對齊），標注圓弧的弦高，在界面中添加如圖所

示的關系式。變量符號（sd8）弦高控制著凹陷的深度，關系式中最深凹陷為4mm，圓弧半徑為常數，控制凹陷的寬度。當然凹陷寬度也和深度存在一定的關系。將掃描的曲面與主曲面合并，設計出的效果讀者可以自行嘗試。

（2）方法二：想要對凹陷深度做更靈活的控制，可以再使用一條輔助軌跡（見圖4），輔助軌跡要位于主軌跡的一側，輔助軌跡和主軌跡中間不相交，兩條軌跡之間的距離用來控制凹陷的深度。

繪制如圖5所示的的剖面，圓心和主軌跡豎直對齊，約束圓弧的弦高sd8，再約束兩個構建點之間的水平距離kd4，這兩個構建點實際上就是草繪剖面與主軌跡和輔助軌跡的交點，在剖面中添加關系式sd8=kd4，以使凹陷的深度隨兩構建點之間的距離自動變化。注意在添加kd4這個約束的時候有一個小技巧，因為在掃描軌跡的起點位置，這兩個構建點是重合的，不好添加約束，所以可以事先將主軌跡的起點向內偏移一定距離，這樣便于添加kd4這個約束，完成后再偏移回去。

（3）方法三：直接通過上述兩條軌跡之間的距離來控制凹陷，唯一的問題就是不能清楚地確定任意剖面位置的凹陷深度，要實現對凹陷深度既精確又靈活的控制，就必須使用基準圖形，在可變截面掃描之前先插入如圖6所示的基準圖形特征“deepth_ graph”。基準圖形由兩個圓弧和一條直線組成，直線和圓弧相切，保證曲面光滑過度，基準圖形的橫向總長216mm與可變截面掃描原點軌跡曲線長度相等或基本相等，基準圖形縱坐標就用來控制曲面的凹陷深度。

只需要使用如圖4所示的一條主軌跡為可變截面掃描的原點軌跡（法向軌跡），繪制如圖3所示的截面，位置約束條件相同，在剖面中添加sd8=Evalgraph（“deepth_ graph”，trajpar*216）的關系式。Evalgraph函數的作用是將名稱為deepth_graph的基準圖形特征通過橫坐標的值返回縱坐標后賦值給sd8，Trajpar是沿主軌跡從0～1線形變化的函數，trajpar*216的范圍為0～216，這樣就可以返回圖形曲線上每一個點的縱坐標值，實現凹陷深度的準確控制。

4. 結語

通過上述實例可以發現，可變截面掃面配合使用Evalgraph、Trajpar函數或輔助軌跡，可以有效解決此類凹陷曲面的設計任務。這類造型的共同特點是沿主軌跡掃描時剖面的截面面積初始為零，然后逐漸增大后又漸變為零，例如各種瓶口用以連接端蓋的旋緊結構（見圖7）。今后若再遇到此類外形特征可以大膽使用這一工具。

圖4

圖5

圖6

圖7

收稿日期：（20141219）