构建草图曲线

UG草图简介：

草图是特征、且是具有约束的一组二维曲线，用于形成拉伸、旋转或扫描特征。

草图反映模型某一截面的大致轮廓，草图中所用的图形元素都可以进行参数化控制。

草图用途举例如图5．1所示。

UG草图特点：

（1）UG草图是二维特征，具有特征的操作性和可修改性。

（2）草图特征是由定位在指定平面上的一组点和曲线组成，并用名字命名。

（3）草图设计时，只要粗略画出零件轮廓大致形状，精确尺寸由约束来控制。

（4）通过几何约束和尺寸约束得到精确二维几何尺寸。

单击“插入”→“任务环境中的草图”，系统就进入建模功能的创建草图环境，如图5．2所示。

图5．1　草图用途举例

图5．2　创建草图对话框

进入草图任务环境的其他入口：

①在工具栏中单击草图按钮，点击右键，定向视图到草图。

②已有草图，对其编辑的入口：

点击“编辑”→“草图”→选择要打开的草图→“确定”→点击右键定向视图到草图（如刚开始建模，还没有建有草图，不能从此入口进入）。

③对已创建的草图进行编辑，最常用的方法是：在部件导航器栏，将光标放在将要编辑的某个草图上，例如草图（5），点击右键，在弹出的菜单中，点击“可回滚编辑”，就进入草图状态，可以进行编辑，如图5．3所示。编辑结束，点击“完成草图”退出编辑。

图5．3　编辑草图常用入口

进入UG　NX草图后，草图环境如图5．4所示。

图5．4　草图创建界面

点击草图工具栏中的“完成草图”按钮，就退出草图。

意图设计（分析零件设计方法）→设定工作层（草图放在哪一层）→检查预设置（检查预设计的约束、精度和尺寸）→指定草图平面→构建草图曲线（大致勾画轮廓）→添加约束（加几何、尺寸约束）→建立实体（应用拉伸等构建特征）→修改设计（编辑修改草图）。

草图的强大功能在于能够捕捉设计意图，通过施加约束，可以使得草图按照我们的意图来改变。设计思路通常为：

①分析零件，明确要控制的参数，对形状和轮廓的要求，潜在的变化区域在哪里。

②明确设计方法。

③用哪个特征。

④建模分几步进行。

设定工作层是为了便于图形查看、修改等，参见图层管理。

检查预设置：利用草图首选项，可以进行草图文本高度、小数位数和默认前綴名称等基本参数设置，以便于更准确有效地绘制草图。

选择“首选项”→“草图”，打开草图首选项对话框，如图5．5～图5．7所示。

图5．5　草图首选项1

图5．6　草图首选项2

图5．7　草图首选项3

草图样式

屏幕上固定文本高度。不选取，则在草图工作界面中标注尺寸文本的大小，随着视觉的远近改变大小；打钩选取该项，则标注尺寸文本的大小，就是该选项下面的文本高度后的设定文本框中的数值大小。

其余选项意义见图5．5～图5．7所示。

创建草图类型有两种：在平面上、在轨迹上。

1）在平面上

（1）以平面为基础创建所需的草图平面。在“平面方法”下拉列表中，提供了4种指定草图工作平面的方式，如图5．8所示。

①自动判断：可以是系统默认的或指定某一基准平面作为草图工作平面。

②现有平面：可以将现有的任意基准面或模型中的平面设置为草图工作平面。

③创建平面：利用现有平面、曲线、点以及基准平面等元素为参照，创建出新的平面作为草图工作平面。用创建平面作为草图平面，如图5．9所示。

点击指定平面后面的“平面对话框”按钮，用弹出的平面对话框，如图5．10所示，创建出所需的工作平面。

图5．8　创建草图

图5．9　用创建平面的方法创建草图平面

图5．10　创建平面对话框

④创建基准坐标系：该方法以指定点、矢量、平面或坐标等图素为参考，创建一个新的工作坐标系，然后再利用“创建草图”对话框来定义草图平面。

在草图平面的平面方法中，单击“创建基准坐标系”按钮，如图5．11所示，弹出“基准CSYS”对话框，创建所需的基准坐标系。如图5．12所示。

图5．11　平面方法为创建基准坐标系

图5．12　基准CSYS对话框

（2）图5．8中的草图方向的参考下拉列表中有“水平”和“垂直”两种参考。

（3）图5．8中的草图原点的指定点就是用点构造器指定坐标系原点。

2）在轨迹上

利用直线、圆弧、圆，以及实体边线、棱边和截交线等现有曲线为轨迹，创建草图的工作平面。如图5．13所示，是以实体的一条边，在其长度的35%地方创建垂直于或相切于该轨迹的草图工作平面。

图5．13　在轨迹上创建草图

预览以上草图平面，如合适，可直接按“确定”，创建出草图基准平面。

创建草图就是在草图平面内，利用草图曲线工具徒手画出大小相近、形状相似的草图曲线，不需精确构造。单个草图曲线尽可能地简单。

工具栏的“草图工具”工具条，如图5．14所示。

图5．14　草图工具工具条

（1）轮廓：连续地画线（或连续地画线、相切的圆弧）、画圆弧，接点处的圆圈表示相切。如图5．15所示。

图5．15　画连续线

（2）直线：画直线。

（3）圆弧：画圆弧。有两种方法：起点、终点、圆弧上的点；圆心点、起点、终点。

（4）圆：画圆。有两种方法：圆心、圆上的一点；三点画圆。

（5）圆角：两交线或三交线之间倒圆角，分修剪和不修剪两种。如图5．16所示。

图5．16　倒圆角图例

（6）倒斜角：在两线交角处倒斜角，可设定一个数值或随意地动态倒角，倒斜角的偏置方式有：对称、非对称、偏置和角度。

点击工具栏的“草图工具”工具条中的“倒斜角”功能按钮，弹出图5．17所示的对话框。操作图例如图5．18所示。

图5．17　倒斜角对话框

图5．18　倒斜角图例

（7）矩形：可以创建三种矩形。

点击工具栏的“草图工具”工具条中的“矩形”按钮，弹出矩形对话框，如图5．19所示。

①两点：指定矩形的对角线上的两点创建矩形，如图5．20所示。

图5．19　矩形对话框

图5．20　两点创建矩形

②三点：用三点定义，第一点起点，第二点确定矩形的宽度和角度，第三点确定矩形的高度，如图5．21所示。

③从中心：也是用三点定义，第一点为矩形的中心，第二点为矩形的宽度和角度，第三点确定矩形的高度。如图5．22所示。

图5．21　三点创建矩形

图5．22　从中心三点创建矩形

（8）多边形：指定多边形的对称中心、设定边数、设定大小。

设定大小有三种形式：多边形的内接圆半径、外接圆半径、边长。

单击“草图工具”工具栏中的“多边形”按钮，弹出多边形对话框如图5．23所示。

以内、外半径定大小，见图5．24、图5．25所示，以边长定大小，见图5．26所示。

图5．23　多边形对话框

图5．24　以内接圆半径定六边形大小

图5．25　以外接圆半径定六边形大小

图5．26　以边长定六边形大小

（9）艺术样条：采用动态反馈的、交互的方法，通过定义点建立相关或不相关的一条曲线。

入口路径：点击“插入”→“曲线”→“艺术样条”命令，弹出艺术样条曲线对话框，如图5．27 （a）所示，（b）为通过点方法生成的艺术样条。艺术样条的每一个点都可以用光标拽着移动位置，动态地修改样条曲线的形状。

图5．27　样条曲线通过点

根据极点的方法生成的艺术样条示例：艺术样条的每一个控制点都可以用光标拽着移动位置，动态地修改样条曲线的形状。如图5．28所示。

图5．28　根据极点的方法生成的艺术样条

（10）拟合样条：通过与指定的数据点拟合来创建样条。

入口路径：点击“插入”→“曲线”→“拟合样条”命令，弹出拟合样条曲线对话框，如图5．29 （a）所示：

类型：阶次3次，单段；选择步骤：用点构造器生成点，来产生的拟合曲线示例如图5．29（b）所示。

图5．29　生成拟合样条曲线

（11）椭圆：创建椭圆

入口路径：点击“插入”→“曲线”→“椭圆”命令，弹出椭圆对话框，如图5．30（a）所示。

图5．30　创建椭圆

在对话框中指定中心点，设定大半径、小半径、起始角度、终止角度、中心轴的旋转角度，按“确定”就产生出所要画的椭圆。椭圆创建示例如图5．30（b）所示。

（12）二次曲线：用起点、终点、控制点和Rho值创建二次曲线。

入口路径：点击“插入”→“曲线”→“二次曲线”命令，弹出二次曲线对话框，如图5．31（a）所示，所创建的二次曲线示例如图5．31（b）所示。

图5．31　创建二次曲线

控制点与起点决定曲线起点的斜率，控制点与终点决定曲线终点的斜率，Rho值决定曲线的弯曲程度，Rho值大弯曲程度大，Rho的意义参见后面的第6．11．5节。

该项有五种功能：偏置、阵列、镜像、交点、现有曲线。

（1）偏置曲线：对草图平面上的草图曲线或由曲线功能画出的曲线、边缘沿指定方向偏置一定距离而产生的新曲线。

单击“草图工具”工具栏中的偏置曲线命令，弹出偏置曲线对话框如图5．32（a）所示，图（b）为创建偏置（向内）10mm的曲线。两曲线过渡处处理（端盖选项）：延伸端盖。

图5．32　创建偏置曲线1

创建偏置（向外）2mm的偏置示例，两曲线过渡处处理（端盖选项）：圆弧帽形体，即圆弧过渡，如图5．33所示。

图5．33　创建偏置曲线2

（2）阵列曲线：对草图平面上草图曲线或曲线功能画出的曲线进行阵列，生成阵列曲线。

图5．34　创建圆形阵列曲线示例

入口路径：点击“插入”→“来自曲线集的曲线”→“阵列曲线”命令，弹出阵列曲线对话框，如图5．34（b）所示。圆形阵列创建示例：对称中心（0，0），数量5个，节面角50°，如图5．34（a）所示。线性阵列示例如图5．35所示，偏置方向为Y方向，数量3个，节距50mm。

图5．35　创建线性阵列曲线示例

（3）镜像曲线：对草图平面上的草图曲线或由曲线功能画出的曲线镜像生成镜像曲线。

入口路径：点击“插入”→“来自曲线集的曲线”→“镜像曲线”命令，弹出镜像曲线对话框，如图5．36所示。

镜像曲线操作示例1：选择曲线，即选取将要镜像的曲线，选择中心线，如图5．37（a）所示，镜像结果如图5．37（b）所示，其中作为镜像中心线的实线将转变成参考线。

图5．36　镜像曲线对话框

图5．37　镜像曲线操作示例1

镜像曲线操作示例2：如图5．38所示，镜像中心线选择Y轴。

图5．38　镜像曲线操作示例2

（4）交点：创建曲线与草图平面的交点。

在草图环境下，草图基准平面与所选择的曲线相交产生一个交点。

产生曲线与草图平面的交点示例，如图5．39所示。

入口路径：点击“插入”→“来自曲线集的曲线”→“交点”命令，弹出交点对话框，如图5．39所示。

图5．39　曲线与草图平面的交点

（5）派生曲线：产生草图平面上的已有曲线的平行线或角平分线。

入口路径：点击“插入”→“来自曲线集的曲线”→“派生曲线”命令，弹出Derived　Line对话框，如图5．40所示。

选取曲线（一条），在弹出的偏置文本输入框中输入偏置尺寸，如45，回车，如图5．40所示。

选取第一条曲线，选取第二条曲线，在长度文本输入框中输入长度尺寸，如70，回车，如图5．40所示。

（6）现有曲线：对于在建模环境中利用“曲线”工具栏中的功能，构建的二维基本曲线，可以利用该功能将曲线转换成草图曲线。

入口路径：点击“插入”→“来自曲线集的曲线”→“现有曲线”命令，弹出添加曲线对话框，如图5．41所示。选取现有基本曲线，将其添加到草图中。

图5．40　创建派生曲线

图5．41　添加曲线

该项有两种功能：相交曲线、投影曲线。（在进入草图的状态下）

（1）相交曲线：创建实体表面、曲面与草图平面相交的曲线。

入口路径：点击“插入”→“处方曲线”→“相交曲线”命令，弹出相交曲线对话框，如图5．42所示。

选取要相交的面，按“确定”，生成的相交曲线如图5．43所示。

图5．42　相交曲线对话框

图5．43　创建与草图平面相交的曲线

图5．44　投影曲线对话框

（2）投影曲线：投影曲线是将草图外部的曲线、边、点沿草图平面的法线方向投影到草图上。可投影所有的二维曲线、实体、片体的边缘。

入口路径：点击“插入”→“处方曲线”→“投影曲线”命令，弹出投影曲线对话框，如图5．44所示。

选取要投影的曲线或实体的边，曲线就投影到草图平面中，如图5．45所示。

图5．45　创建投影曲线

草图约束分为几何约束和尺寸约束，通过约束确定草图曲线的位置和尺寸。

1）约束与自由度

未加约束的草绘曲线在他们的草图点上显示黄色自由度箭头，意味着该点可以沿箭头方向移动，加约束将消除自由度。

2）草图约束状态

（1）欠约束：草图上还存在橙色自由度箭头。状态栏显示“草图需要X个约束”。

（2）充分约束：草图上没有自由度箭头，草图各对象都有唯一位置。状态栏显示“草图已完全约束”。

（3）过约束：多余的约束被添加，草图曲线和尺寸变成红色，状态栏显示“草图包含过约束的几何体”。

（4）为了便于约束的建立，在工具栏的工具条中有两个功能键：几何约束的“创建自动判断约束”和尺寸约束的“连续自动标注尺寸”。这两个功能键可以设定成是否有效。但是自动加上的约束不一定能满足设计人员的要求，通常设定几何自动约束有效，尺寸自动约束无效。

入口路径：点击“插入”→“尺寸”→“自动判断”命令，弹出尺寸对话框（简约式），如图5．46所示。

按“草图尺寸对话框”按钮，弹出展开式草图尺寸对话框如图5．47所示。

5．46　尺寸对话框

图5．47　尺寸对话框

尺寸标注常用的快捷入口，点击工具栏中的“自动判断尺寸”按钮，同样弹出尺寸对话框，如图5．47所示。当前表达式下面两个文本区域中显示约束尺寸的名称和数值。

尺寸约束项有：自动判断、水平、竖直、平行、垂直、角度、直径、半径、周长。

①自动判断：系统能根据用户所选择的内容，对要生成的尺寸作出“最佳推断”。

②水平：标注水平方向尺寸。

③竖直：标注竖直方向的尺寸。

④平行：在两点间标注与特征平行的尺寸。

⑤垂直：标注点与边之间的垂直距离。

⑥角度：标注两直线之间的夹角。

⑦直径：标注草图上圆的直径。

⑧半径：标注草图上圆弧的半径。

⑨周长：约束所选的直线和圆弧集体总长度。

尺寸标注示例，如图5．48和图5．49所示。

图5．48　尺寸标注示例1

图5．49　尺寸标注示例2

几何约束用于确定草图对象与草图，以及草图对象与草图对象之间的几何关系。

1）几何约束类型

几何约束类型有水平、竖直、相切、平行、垂直、共线、同心、等长、等半径、点在曲线上、重合这几种。

（1）水平：将直线约束为水平。

（2）竖直：将直线约束为竖直。

（3）相切：定义直线与圆或圆与圆之间相切。

（4）平行：定义两条或两条以上直线或椭圆之间相互平行。

（5）垂直：定义直线之间为相互垂直。

（6）共线：定义两条或两条以上直线重叠通过同一直线。

（7）同心：定义两个或两个以上圆弧和椭圆具有同一中心。

（8）等长：定义两条或两条以上直线具有相同的长度。

（9）等半径：定义两个或两个以上圆弧具有相同的半径大小。

（10）点在曲线上：定义点的位置在曲线上。

（11）重合：定义两个或两个以上的点具有相同的位置。

自由约束入口路径：在“草图工具”的工具栏中点击“约束”命令，选择图素就弹出约束选项对话框，根据选择的图素的不同，约束对话框中的约束项内容也不一样，其中约束对话框示例见图5．50所示。

图5．50　约束对话框示例

2）操作示例

（1）共线操作

进入草图操作环境，用矩形功能画一个任意矩形，如图5．51所示。

单击“草图工具”工具栏的约束命令，用鼠标选取基准轴Y，选取矩形左侧的垂直边，如图5．52所示。

图5．51　画一个任意矩形

图5．52　选取要约束的两个图素

在弹出的约束对话框中，点击共线约束，矩形左侧垂直边与Y轴共线，如图5．53所示。

用鼠标选取X轴，选取矩形的下侧水平边，如图5．54所示。

图5．53　垂直边与Y轴共线

图5．54　选取要约束的两个图素

在弹出的约束对话框中，点击共线约束，矩形的下侧水平边与X轴共线，如图5．55所示。

图5．55　下侧水平边与X轴共线

图5．56　草图操作

（2）相切操作

进入草图操作环境，用轮廓功能画出图5．56所示的一个草图，有圆圈的两处表示相切，无圆圈的另两个连接处不相切。

单击“草图工具”工具栏的约束命令，界面上弹出的约束对话框，如图5．57（a）图所示，用鼠标选取将要使它相切的两个图素（左上角的圆弧和直线），点击相切功能，两选取的图素相切，如图5．57（b）图所示。

图5．57　相切约束

用鼠标选取将要使它相切的另两个图素（右下角的圆弧和直线），界面上弹出约束对话框，如图5．58所示，点击相切功能，两选取的图素相切。两次约束操作的结果如图5．59所示。

图5．58　相切约束

图5．59　两次相切约束的结果

（3）连接块操作示例

①进入草图环境，在“草图工具”工具栏中点击圆功能按钮，画如图5．60所示的三个圆（三个圆的圆心都在X轴附近）。

②用几何约束将中间的大圆的圆心约束在原点、两个小圆的圆心约束在X轴上，如图5．61所示。

图5．60　画三个圆

图5．61　约束圆心

③用“草图工具”工具栏的“自动判断尺寸”的尺寸约束标注以下的尺寸，如图5．62所示。

④用“草图工具”工具栏的“直线”绘图工具，画四条切线，如图5．63所示。

（如徒手画，不能保证相切，就用相切约束保证相切）

图5．62　标注尺寸

图5．63　画四条相切曲线

⑤用“草图工具”工具栏的圆绘图工具，画三个圆，并用几何约束的同心功能约束其圆心位置，如图5．64所示。

⑥用“草图工具”工具栏的“自动判断尺寸”的尺寸约束，标注三个圆的尺寸，如图5．65所示。

图5．64　画三个同心圆

图5．65　标注三个圆的尺寸

名词解释

草图（Sketch）

问答题

构建草图的一般步骤？

填空题

（1）草图约束菜单中图标“”的功能是：___________________________________________________________。

（2）草图中的约束有 、________两种类型。

（3）草图约束菜单中图标“”的功能是：__________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________。

（4）草图操作菜单中的功能图标“”是对__________________________________________________________

____________________________________________________________________________________偏置操作。

（5）草图操作菜单中的功能图标“”是添加_______________________________________________的操作。

选择题

（1）UG　NX提供了（　　）种坐标构造方法。

A．20　

B．12　

C．8　

D．16

（2）（　　）是参数化造型系统的重要特征之一。

A．特征　

B．表达式驱动模型　

C．草图　

D．支持参数修改

（3）草图特征不具备的能力是（　　）。

A．二维轮廓的曲线集合　

B．具有参数化驱动能力

C．可以作为创建实体特征、曲面的截面　

D．在曲面上创建草图曲线

（4）不可以作为草图的工作平面的是（　　）。

A．实体表面（平面）　

B．基准平面

C．实体、片体表面（曲面）　

D．实体表面（平面）和基准平面

（5）当发现草图的几何约束状态可能不符合设计思路时，但又不明确是哪个约束造成的。此时可以利用（　　）命令进行分析，找到不需要的约束将其删除。

A．显示／移除约束　

B．转换为参考曲线／激活曲线

C．显示所有约束　

D．以上三项都可以