圓軌跡可變掃描方法是作者總結(jié)出的一個(gè)創(chuàng)建類橢圓輪廓弧頂面的簡(jiǎn)便方法，因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、適用范圍廣、生成曲面質(zhì)量高等特點(diǎn)，很多用戶用上后便徹底迷上了這個(gè)方法。可以說，圓軌跡可變掃描方法是在ProE/Creo中創(chuàng)建封閉輪廓弧頂面的不二首選，也是ProE/Creo曲面功能的一個(gè)很好的補(bǔ)充。

典型圓軌跡可變掃曲面

圓軌跡可變掃描通過增加一個(gè)圓作為原始軌跡結(jié)合產(chǎn)品的外觀輪廓曲線進(jìn)行可變掃描方法來創(chuàng)建曲面，使用這個(gè)方法所創(chuàng)建的曲面就類似于使用旋轉(zhuǎn)特征所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)曲面，不同的是普通的旋轉(zhuǎn)得到的輪廓是圓，而這個(gè)方法的輪廓?jiǎng)t可以是自由形狀。典型的通過圓軌跡可變掃描所創(chuàng)建的曲面如圖所示

典型的圓軌跡可變掃描曲面2

為了讓用戶對(duì)圓軌跡可變掃描方法有個(gè)直觀的了解，首先來看個(gè)簡(jiǎn)單的曲面案例，要使用如圖3所示的平面不規(guī)則輪廓曲線，創(chuàng)建一個(gè)高度為20的弧形曲面。對(duì)于這樣的曲面，看起來比較簡(jiǎn)單，但如果采用傳統(tǒng)的構(gòu)造曲線線加截面進(jìn)行邊界混合的方法來創(chuàng)建，操作起來卻也是相當(dāng)繁瑣的，得到的曲面質(zhì)量不高。下面就來看看如何運(yùn)用圓軌跡可變掃描來進(jìn)行創(chuàng)建。

確定弧頂面最高點(diǎn)

第一步

首先確定弧形曲面的最高點(diǎn)，然后在輪廓曲線所在的平面上對(duì)應(yīng)這個(gè)最高點(diǎn)的投影位置上草繪一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0。

第二步

在輪廓曲線所在的平面上，以前面所創(chuàng)建的基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0為圓心，草繪一個(gè)一定大小的圓，這個(gè)圓的直徑可以隨意但不能太小否則會(huì)可能導(dǎo)致失敗，其中的原因后面將會(huì)有講解。

創(chuàng)建輔助圓軌跡

第三步

采用上一步所創(chuàng)建的圓作為原始軌跡，輪廓曲線作為軌跡進(jìn)行可變掃描。

第四步

進(jìn)入可變掃描的草繪截面環(huán)境，這一步是整個(gè)方法成功與否的關(guān)鍵，很多用戶就是因?yàn)椴堇L中所選擇的參考和約束方法不當(dāng)導(dǎo)致可變掃描的失敗，所以務(wù)必看清楚下面的步驟并且能夠仔細(xì)思考理清楚其中的原理。

選擇第一步所確定的中心基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0作為草繪參考(圖7)，在這一步中，很多用戶不注意選擇這個(gè)參考，特別是在輪廓曲線的中心剛好就是在默認(rèn)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的時(shí)候，不少用戶就直接選擇了其中一個(gè)基準(zhǔn)曲面作為參考從而導(dǎo)致最終的失敗，其實(shí)只需要仔細(xì)考慮一下在整個(gè)可變掃描過程中你所選擇的參考是否還能夠一樣的存在就可以了，顯然選擇基準(zhǔn)平面的話當(dāng)軌跡轉(zhuǎn)一個(gè)方向后這個(gè)基準(zhǔn)平面不再和草繪截面垂直，自然也不會(huì)再有這個(gè)參考存在了。而如果系統(tǒng)在進(jìn)入草繪環(huán)境后默認(rèn)選擇了其中一個(gè)基準(zhǔn)平面作為參考，也建議用戶刪除然后自己選擇基準(zhǔn)點(diǎn)參考。

選擇中心基準(zhǔn)點(diǎn)作參考

通過前面所選的基準(zhǔn)點(diǎn)PNT0參考創(chuàng)建一條豎直的中心線)，這條中心線是用于約束草繪截面的最高點(diǎn)的。

通過中心點(diǎn)創(chuàng)建中心線

接下來是創(chuàng)建截面，根據(jù)所要?jiǎng)?chuàng)建的弧面的不同，用戶可以選擇圓弧、圓錐曲線或樣條曲線作為截面的圖元，但不管用什么圖元，都有幾點(diǎn)需要注意的。首先在一般情況下，圓軌跡只是輔助用來確定截面的法向以保證掃描過程中草繪平面始終通過中心軸，因此圓軌跡的參考點(diǎn)一般是不會(huì)參與截面的約束的，如果你不小心被自動(dòng)捕捉上了，就要想清楚是否確實(shí)需要。其次，截面圖元的最高點(diǎn)必須在中心軸上并且圖元要法向于中心軸(圖9)，這樣才能保證將來的可變掃描結(jié)果在最高點(diǎn)是光滑的而不是出現(xiàn)尖點(diǎn)或窩點(diǎn)；最后也是最容易出錯(cuò)的是，必須要固定草繪截面在中心軸上的最高點(diǎn)的高度，而最直接保險(xiǎn)的方法當(dāng)然是直接標(biāo)注這一點(diǎn)的高度，有的用戶在使用圓弧作為截面的時(shí)候，往往不注意這一點(diǎn)，雖然他注意到了圓弧的中心要在中心軸上，但他直接保留默認(rèn)的圓弧半徑標(biāo)注從而導(dǎo)致將來可變掃描結(jié)果曲面在最高點(diǎn)處不重合，形成一個(gè)螺旋形狀，這一點(diǎn)仔細(xì)想想輪廓軌跡交點(diǎn)到中心軸的交點(diǎn)距離并不是不變的就不難明白其中的原因了。

總結(jié)草繪的截面需要注意的地方如下(雖有例外，但對(duì)新用戶不妨照搬)：

i. 草繪的參考必須選擇中心基準(zhǔn)點(diǎn)而非默認(rèn)基準(zhǔn)平面

ii. 草繪的圖元一個(gè)端點(diǎn)在外輪廓軌跡交點(diǎn)上，另外一個(gè)在通過中心基準(zhǔn)點(diǎn)的豎直中心線上

iii. 圓軌跡的交點(diǎn)一般不參與截面的約束

iv. 必須標(biāo)注草繪截面在中心軸上的端點(diǎn)的高度

v. 草繪的截面必須法向于通過中心基準(zhǔn)點(diǎn)的豎直中心線。

標(biāo)注截面的最高點(diǎn)

完成草繪的截面退出草繪環(huán)境，就可以看到這個(gè)可變掃描成功生成弧形面了。

圓軌跡可變掃描曲面

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前面說過這樣生成的曲面和采用普通的旋轉(zhuǎn)指令所生成的曲面效果類似，下面可以通過曲面的UV網(wǎng)格來對(duì)比一下驗(yàn)證這個(gè)說法，可以看到他們的網(wǎng)格分布方式是非常相似的)，而實(shí)際上用戶也可以把旋轉(zhuǎn)看出是一個(gè)特殊的圓軌跡可變掃描，特殊的地方在于外輪廓是和圓軌跡同心的圓罷了。

曲面UV網(wǎng)格對(duì)比

從曲面質(zhì)量而言，上面的方法得到的曲面光滑程度和曲率半徑都可以說是滿足了造型的要求，但美中不足的是結(jié)果曲面被分成了四塊，如圖13所示，這雖然在大部分情況下沒什么影響，但有些場(chǎng)合還是會(huì)帶來一些麻煩，如果能減少這個(gè)曲面的塊數(shù)自然是最好的。在Pro/Engineer中，封閉的樣條曲線都會(huì)被自動(dòng)分成兩段，外輪廓正是這樣被分成兩段的樣條曲線，同樣一個(gè)圓在Pro/Engineer中也是會(huì)被自動(dòng)分成兩半的，而在上面的可變掃描中，因?yàn)閮蓷l軌跡的斷點(diǎn)不對(duì)應(yīng)(圖14)，所以便得到了四塊曲面。要減少這個(gè)曲面塊數(shù)，就必須手工參與圓的打斷以便讓它在掃描的時(shí)候可以和外輪廓曲線的斷點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

圓軌跡可變掃描曲面面片

要在期望的位置打斷草繪的圓軌跡，首先在進(jìn)入草繪環(huán)境時(shí)選擇外輪廓曲線的兩個(gè)端點(diǎn)作為參考點(diǎn)

設(shè)置分割點(diǎn)

然后分別通過圓心和兩個(gè)斷點(diǎn)連中心線，在這這兩條中心線和圓的交點(diǎn)上放置兩個(gè)打斷點(diǎn)就可以把圓按要求分成圖示的兩段了

設(shè)置分割對(duì)應(yīng)點(diǎn)

經(jīng)過這樣的處理后，圓軌跡可變掃描得到的曲面就會(huì)變成了兩塊，比原來的少了一半，并且也避免了出現(xiàn)小片面的情況(圖17)。

合并分割面

在前面說過，進(jìn)行圓軌跡可變掃描的時(shí)候圓軌跡的大小并不太講究，但在有的時(shí)候需要注意不能太小，下面就來看看什么情況下有大小的要求。下面的案例要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)外輪廓像雞蛋形的弧面，輪廓的尺寸如圖所示，分別是半圓加半橢圓構(gòu)建的，可以看到形狀相對(duì)來說是長(zhǎng)條形，弧面的最高點(diǎn)投影位置如圖所示(圖18)。

長(zhǎng)橢圓偏心弧面

假設(shè)在這個(gè)最高點(diǎn)投影創(chuàng)建一個(gè)直徑為20的圓作為軌跡，那會(huì)帶來什么問題呢？用戶測(cè)試一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)可變掃描會(huì)失敗，而失敗的原因是為什么呢？要理解這個(gè)失敗原因首先要理解可變掃描的多條軌跡之間在掃描過程中是如何尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)的，在Pro/Engineer中是這樣計(jì)算可變掃描的軌跡對(duì)應(yīng)點(diǎn)的：比如在原始軌跡上的起始位置A1，首先確定草繪平面，得到草繪平面和第二條軌跡的交點(diǎn)，但對(duì)于封閉的軌跡而言，顯然會(huì)得到兩個(gè)交點(diǎn)如圖的B1和B2，從用戶期望來說，當(dāng)然希望是對(duì)應(yīng)B1，這樣才能正確掃描。但是對(duì)于軟件而言，它總是選擇和A1距離最近的點(diǎn)作為對(duì)應(yīng)點(diǎn)，在本案例中A1到B1的距離將是90，而A1到B2的距離卻只有60，顯然B2點(diǎn)離A1點(diǎn)更近，因此自然會(huì)選擇B2點(diǎn)作為了對(duì)應(yīng)點(diǎn)，這樣很顯然就會(huì)造成掃描結(jié)果的自相交而導(dǎo)致掃描的失敗了。

掃描過程截面對(duì)應(yīng)點(diǎn)出錯(cuò)

明白了這個(gè)道理其實(shí)就不難算出中間的圓軌跡半徑最小是多少了，經(jīng)過計(jì)算會(huì)知道中間的圓半徑要大于25(直徑50)才能保證D1的距離小于D2從而建立正確的軌跡對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此可以把圓直徑改為60就可以了(圖20)，在實(shí)際中我們未必需要通過這樣的計(jì)算來確定，大概用眼睛觀察都知道應(yīng)該采用多大的圓了，當(dāng)然用戶其實(shí)也可以選擇一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法，也就是把可變掃描原始軌跡的默認(rèn)起點(diǎn)從A1改到A2就可以了，這樣就不會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)點(diǎn)錯(cuò)位的情況了。

輔助圓軌跡適當(dāng)畫大一點(diǎn)

對(duì)于這個(gè)模型，可以直接創(chuàng)建一條中心軸作為參考(實(shí)際上前面的模型也可以通過點(diǎn)創(chuàng)建一條法向于草繪平面的中心軸作為參考)。選擇圓做原始軌跡，外輪廓曲線做為軌跡進(jìn)行可變掃描。

草繪的截面和前面的類似，都是需要注意幾個(gè)約束和尺寸的標(biāo)注方法

圓軌跡可變掃描截面

確定草繪的截面退出草繪可以得到可變掃描的曲面(圖23，24)，

雖然圓軌跡可變掃描的適用性比較廣，但并不是所有輪廓形狀都可以，圓軌跡可變掃描的輪廓曲線是最好是凸類圓形的，換言之，兩個(gè)方向的長(zhǎng)度差不能太遠(yuǎn)，同時(shí)也不能有太凹的地方，如下圖所示合適和不合適的情況

圓軌跡可變掃描的適用范圍

以上內(nèi)容為黃光輝IceFai原創(chuàng)作品，本文共分兩部分，這是第一部分，講解圓軌跡可變掃描方法的原理和基本實(shí)現(xiàn)方法，第二部分講解曲面上的圓軌跡可變掃描應(yīng)用和高級(jí)圓軌跡可變掃描曲面實(shí)例，歡迎大家閱讀。

總結(jié)

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