霍光青， 鄭嫦娥

（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100083）

1 同步建模技術(shù)

以前的建模技術(shù)利用幾何交并差直接進(jìn)行造型或者采用參數(shù)化特征化的造型技術(shù)。同步造型技術(shù)是在參數(shù)化、特征化造型技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型造型技術(shù)[1]，同步建模技術(shù)是無(wú)歷史、基于特征的建模系統(tǒng)，合并了尺寸驅(qū)動(dòng)和約束驅(qū)動(dòng)技術(shù)的精華，實(shí)現(xiàn)全面控制和可重復(fù)性，具有直接建模的靈活性[2]。同步造型技術(shù)造型過(guò)程中特征間沒(méi)有父子關(guān)系，可以直接對(duì)模型的表面進(jìn)行編輯。也可以對(duì)其他系統(tǒng)生成的無(wú)約束模型直接進(jìn)行編輯和修改，系統(tǒng)實(shí)時(shí)地自動(dòng)識(shí)別模型的幾何條件。

同步造型仍然是基于草圖的參數(shù)化特征造型，利用草圖確定特征的結(jié)構(gòu)和形狀，但是特征創(chuàng)建以后，草圖就完成了它的使命，不能再利用草圖對(duì)特征進(jìn)行編輯。同步造型技術(shù)可以應(yīng)用于零件造型和裝配造型。

2 利用表面編輯進(jìn)行造型

2.1 方向盤(pán)工具在截交線模型造型中的應(yīng)用

Solid edge ST2和UG軟件采用了同步造型技術(shù)，方向盤(pán)是表面和特征編輯的重要工具。可以移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)平面，也可以旋轉(zhuǎn)選定的特征組，圖1為圓錐截交線的模型建立中同步造型方向盤(pán)的應(yīng)用。

圖1 方向盤(pán)在截交線造型中的應(yīng)用

圓錐截交線模型的建立就是旋轉(zhuǎn)和切割，這與傳統(tǒng)的建模方法是一致的，關(guān)鍵是截面角度的改變與交線形狀改變的演示過(guò)程。在圓錐面上沒(méi)有直線，不能將方向盤(pán)移動(dòng)到希望的旋轉(zhuǎn)軸上，可以用交線工具先求出坐標(biāo)面YOZ與截平面的交線（也可以使用草圖畫(huà)一條直線），選擇截面如圖1（a）所示，顯示的是方向盤(pán)的一個(gè)軸的方向，使用鼠標(biāo)選擇A處將其移動(dòng)到坐標(biāo)面YOZ與截平面的交線BC上，如圖1（b）所示，拖動(dòng)方向盤(pán)圓上的點(diǎn)D轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入旋轉(zhuǎn)角度即可得到截面旋轉(zhuǎn)后的新模型，如圖1（c）所示。圖1（d）是用傳統(tǒng)方法改變角度的方法，直接使用動(dòng)態(tài)編輯拖動(dòng)切割特征的草圖的兩個(gè)端點(diǎn)即可。兩種技術(shù)的區(qū)別在于同步技術(shù)造型以后不再依賴形成該特征的草圖，不能通過(guò)草圖修改來(lái)改變模型，而是直接對(duì)模型進(jìn)行編輯和修改。比較兩種方法利用傳統(tǒng)的技術(shù)修改草圖改變模型反而更方便一些。

2.2 表面修改在切割體造型中的應(yīng)用

切割體是在立體上切去一部分形成新立體的方法。在傳統(tǒng)的造型中對(duì)于用平面切割的立體需要畫(huà)草圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用同步技術(shù)可以直接旋轉(zhuǎn)平面實(shí)現(xiàn)立體模型的切除。如圖2所示，選擇模型的左表面，將方向盤(pán)移動(dòng)到底邊上，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，輸入旋轉(zhuǎn)角度即可。圖2所示的模型定義時(shí)構(gòu)造了左右的對(duì)稱關(guān)系，左表面改變，右表面將同時(shí)改變以形成仍然對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。

圖2 利用面旋轉(zhuǎn)構(gòu)造切割體

3 三維尺寸標(biāo)注及投影

同步造型技術(shù)的采用，實(shí)現(xiàn)了在模型中直接標(biāo)注尺寸驅(qū)動(dòng)模型的方法，改變了以往改變草圖尺寸驅(qū)動(dòng)模型的方式，造型以后草圖將失去作用，草圖中的尺寸和幾何約束將遷移到模型中去。投影時(shí)可以直接從模型中提取尺寸進(jìn)行標(biāo)注，充分的發(fā)揮了從模型到投影的思維方式，三維模型中的尺寸就是將來(lái)投影中的尺寸?？朔诵D(zhuǎn)等造型中草圖尺寸繪制一半，投影也自動(dòng)標(biāo)注一半的缺點(diǎn)。

采用同步造型技術(shù)，草圖中可以不標(biāo)注尺寸，直接畫(huà)出希望設(shè)計(jì)的圖形形狀，造型后在模型上直接標(biāo)注尺寸。但是必須注意，草圖的幾何關(guān)系必須保證，如對(duì)稱、同心等等。同樣對(duì)于對(duì)稱的物體，一定要選擇關(guān)于坐標(biāo)面對(duì)稱的方式繪制圖形，這樣將來(lái)采用移動(dòng)等方法編輯表面時(shí)仍能保持相應(yīng)部分對(duì)稱的關(guān)系。

圖3為一個(gè)簡(jiǎn)單的三維模型，造型后標(biāo)注的尺寸如圖3（a）所示，選擇25尺寸，將顯示尺寸延伸方向的箭頭，點(diǎn)擊圖中的箭頭可以改變方向。對(duì)于添加對(duì)稱約束的尺寸將按照對(duì)稱的方式改變相應(yīng)的尺寸，延伸方向不起作用，使用右側(cè)的鎖符號(hào)可以鎖定尺寸（紅色），模型的編輯將不能改變這一尺寸。圖3（b）為該模型投影后的視圖，直接提取模型的尺寸基本上能夠滿足工程圖的要求。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中上面的圓柱應(yīng)當(dāng)給出尺寸，直接提取模型尺寸不符合標(biāo)注總體尺寸的要求，在同步設(shè)計(jì)中可以在模型上直接標(biāo)注總的高度，投影后提取的尺寸正好符合要求。

圖3 三維尺寸標(biāo)注

4 讀圖方法

讀圖是制圖教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在三維環(huán)境下，采用電子作業(yè)的方式，直接給出兩個(gè)視圖然后補(bǔ)第3個(gè)視圖。采用常規(guī)的方法是將給出的二維視圖轉(zhuǎn)移到三維空間，利用可以利用的圖線進(jìn)行造型，然后投影再補(bǔ)充第3個(gè)視圖[3]。采用同步造型技術(shù)可以采用同樣的方法，不同的是同步造型具有草圖區(qū)域識(shí)別功能，默認(rèn)自動(dòng)識(shí)別封閉的草圖區(qū)域，這樣要做出中間部分的拉伸造型，需要在主視圖中選擇多個(gè)相鄰的區(qū)域（按下CTRL繼續(xù)選擇），組成一個(gè)更大的區(qū)域，再捕捉俯視圖該部分的寬度即可完成該部分的造型。也可以在造型的命令條窗口中選擇鏈或者單一圖線的方式選擇俯視圖中的線構(gòu)成封閉區(qū)域然后造型，視圖中圖線較多時(shí)采用這種方法就較好一些。

對(duì)于繪圖平面與視圖所在平面不重合的情況，造型必須先畫(huà)草圖，而視圖中的圖線是疊加在一塊的，可以采用草圖工具欄中的投影工具投影到相應(yīng)的平面，然后再進(jìn)行造型。這與傳統(tǒng)技術(shù)中的方法是類似的，不過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)造型是先選擇造型命令，再選擇繪圖平面，然后繪圖或選擇視圖中的圖線造型，同步造型繪制草圖過(guò)程與造型過(guò)程是分離的。圖4（c）中的左側(cè)半圓柱就是以下面平板的上表面作為繪圖平面，將俯視圖的半圓投影后完成的造型。中間的方孔直接選擇俯視圖的矩形區(qū)域拉伸除料即可。選擇視圖中的草圖區(qū)域后，默認(rèn)進(jìn)入拉伸狀態(tài)，即可進(jìn)行相應(yīng)的拉伸操作。如果是旋轉(zhuǎn)或其他造型，則需要在彈出的快速工具條浮動(dòng)菜單中選擇其他相應(yīng)的命令。

圖4 讀圖練習(xí)的方法

采用這種方法造型，一般應(yīng)當(dāng)認(rèn)真的觀察視圖，選擇外輪廓比較復(fù)雜的視圖先做出模型的主體，就是先找出最大的反映主要特征的部分，完成該部分后再增加或切除模型上其他的部分即可。觀察圖 4（a），比較主視圖、俯視圖，該物體可以分成3部分，中間的部分最大，主視圖中該部分反映其特征，那么就可以選擇該部分拉伸，選擇俯視圖的相應(yīng)寬度，采用對(duì)稱拉伸即可。

造型過(guò)程中，默認(rèn)是直接在立體圖上繪圖，考慮到需要捕捉相應(yīng)的幾何關(guān)系，可以切換到繪圖平面的正方向進(jìn)行作圖，這樣繪圖時(shí)就比較方便。

草圖繪制過(guò)程中，線的端點(diǎn)位置可以捕捉視圖中的線在繪圖平面上的位置，方法是將光標(biāo)移動(dòng)到視圖中的圖線上，如圖5中的A或B位置，這時(shí)在繪圖平面上就會(huì)出現(xiàn)他們的投影，可以捕捉投影圖線上的特殊點(diǎn)進(jìn)行繪圖。如圖5所示，正在繪制的直線的端點(diǎn)為視圖上A和B直線在繪圖平面上投影的交點(diǎn)。

圖5 草圖繪制中點(diǎn)的捕捉方法

5 組合體教學(xué)中利用特征編輯構(gòu)造不同的物體

傳統(tǒng)的造型是對(duì)草圖中的圖線施加幾何關(guān)系約束和尺寸約束，同步造型將草圖中的幾何關(guān)系與尺寸直接遷移到模型中來(lái)，同時(shí)模型中特征也可以和面一樣進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，相應(yīng)的表面之間也可以設(shè)置必要的幾何關(guān)系，如平行、重合、同心等。表面和特征在編輯過(guò)程中，也可以更改幾何關(guān)系的約束規(guī)則，實(shí)現(xiàn)編輯造型的目的。

圖6為特征的編輯，圖6（b）為利用同步造型的方向盤(pán)將上面的特征在平面內(nèi)移動(dòng)形成的新立體。圖6（c）為利用同步造型的方向盤(pán)使上面的立體向右傾斜一定的角度。圖6（d）為模型的兩面設(shè)定共面的幾何關(guān)系，形成表面平齊的模型。在傳統(tǒng)的造型中，改變形狀必須通過(guò)改變草圖來(lái)實(shí)現(xiàn)，同步造型具有更大的靈活性。

圖6 特征的移動(dòng)與編輯

6 結(jié) 論

同步造型是設(shè)計(jì)過(guò)程的一種改革，目的是使設(shè)計(jì)的對(duì)象與設(shè)計(jì)過(guò)程無(wú)關(guān)，設(shè)計(jì)中草圖無(wú)需尺寸，可在模型中直接標(biāo)注，模型中的面、幾何體可以隨時(shí)更改，并保證他們之間的幾何關(guān)系。在制圖教學(xué)中可以巧妙的利用同步造型的面、特征編輯構(gòu)造截交線、相貫線、組合體等幾何模型，利用模型尺寸的提取能夠非常形象的說(shuō)明組合體尺寸的標(biāo)注。讀圖練習(xí)中，同步造型增加了草圖區(qū)域的識(shí)別可以連續(xù)選擇幾個(gè)相鄰的區(qū)域組成更大的區(qū)域進(jìn)行造型，也可以利用常規(guī)的方法投影、選擇圖線進(jìn)行造型。合理的利用同步造型技術(shù)，制圖的教學(xué)會(huì)更有趣味性，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[1]周 冰. 同步建模技術(shù)延伸至PLM中端市場(chǎng)[J]. 信息化縱橫, 2008, (9): 76.

[2]Bruce B. 突破性同步建模技術(shù)[J]. 工業(yè)設(shè)計(jì), 2008,(9): 8.

[3]霍光青, 等. Solid edge中讀圖作業(yè)類型及讀圖方法的探討[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2008, (S1): 114-117.