第2篇 特征设计操作篇

第4章 三维设计基础

学习要求

4.1 实体建模概述

实体建模是一种复合建模技术，它基于特征和约束建模技术，具有参数化设计和编辑复杂实体模型的能力，是UG CAD模块的基础和核心建模工具。

4.1.1 实体建模的特点

实体建模有如下特点：

● UG可以利用草图工具建立二维截面的轮廓曲线，然后通过拉伸、旋转或者扫掠等得到实体。这样得到的实体具有参数化设计的特点，当草图中的二维轮廓曲线改变以后，实体特征自动进行更新。

● 特征建模提供了各种标准设计特征的数据库，如长方体、圆柱体、圆锥、球体、管体、孔、圆形凸台、型腔、凸垫和键槽等，用户在建立这些标准设计特征时，只需要输入标准设计特征的参数即可得到模型，方便快捷，从而提高了建模速度。

● 在UG中建立的模型可以直接被引用到UG的二维工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析中，并保持关联性。如在工程图上，利用Drafting中的相应选项，可从实体模型提取尺寸、公差等信息标注在工程图上，实体模型编辑后，工程图尺寸自动更新。

● UG提供的特征操作和特征修改功能，可以对实体模型进行各种操作和编辑，如倒角、抽壳、螺纹、比例、裁剪和分割等，从而简化了复杂实体特征的建模过程。

● UG可以对创建的实体模型进行渲染和修饰，如着色和消隐，方便用户观察模型。此外，还可以从实体特征中提取几何特性和物理特性，进行几何计算和物理特性分析。

4.1.2 特征工具条

UG的操作界面非常方便快捷，各种建模功能都可以直接使用工具条上的按钮来实现。新建文件后，单击【开始】按钮，在打开的菜单中选择【建模】选项，UG进入建模环境。在非图形区单击鼠标右键，弹出如图4-1所示的快捷菜单。

从图4-1中可以看到，【特征】选项已经被启用，这表明【特征】工具条已经显示在UG界面的工具条中了。【特征】工具条用来创建基本的建模特征，它在UG界面中显示如图4-2所示。

图4-2中只显示了一部分【特征】的按钮，如果用户需要添加其他的特征按钮，单击图4-2中的下三角形，则显示【添加或移除按钮】菜单。打开【添加或移除按钮】菜单，再选择【特征】选项，系统打开【特征】的所有按钮，如图4-3所示。

在图4-3中可以看到，只有【草图】、【拉伸】、【回转】、【扫掠】和【孔】等几个按钮被启用，这是系统默认显示的特征。如果用户需要显示其他的特征，只需要启用相应的按钮即可。

【特征】工具条也可以用鼠标拖动到窗口的其他位置。当添加所有的特征按钮后，用鼠标将【特征】工具条拖动到图形区后，工具条如图4-4所示。

如图4-4所示，特征的按钮按照【草图】、【扫描特征】、【成型特征】、【用户定义特征】、【参考特征】和【基本体素】等分类排列在一起，这样既简单明了，又方便用户选取某一类特征的按钮。

4.2 基本体素特征

基本体素是一个基本解析形状的实体对象，是本质上可分析的。它可以用来作为实体建模初期形状，即可看做一块【毛坯】，再通过其他的特征操作或布尔运算得到最后的【加工】形状。当然，基本体素特征也可用于建立简单的实体模型。因此，在零件建模时，我们通常在初期建立一个体素作为基本形状，这样可以减少实体建模中曲线创建的数量。在创建体素时，必须先确定它的类型、尺寸、空间方向与位置。

UG NX 7中文版提供的基本体素有：

● 长方体。

● 圆柱体。

● 圆锥。

● 球体。

4.2.1 动手操练——长方体

1. 原点和边长

（1）在【特征】工具条中单击【长方体】按钮，打开如图4-5所示的【长方体】对话框。

（2）在【类型】下拉列表框中按照默认选择【原点和边长】选项，在【尺寸】选项组中设置【长度】、【宽度】、【高度】的值均为100，单击【预览】选项组中的【显示结果】按钮，无误后单击【确定】按钮，创建如图4-6所示的长方体。

2. 两点和高度

（1）在【类型】下拉列表框中选择【两点和高度】选项，【长方体】对话框如图4-7所示。

（2）【原点】选项组是指允许使用捕捉点选项定义块的原点。按照默认选择基准坐标系的原点为块的原点。

（3）单击【从原点出发的XC，YC】选项组中的【点构造器】按钮， 打开【点】对话框，按照如图4-8所示设置XC和YC的参数。单击【确定】按钮，返回【长方体】对话框。

（4）在【尺寸】选项组中设置【高度】为100，单击【确定】按钮，创建如图4-9所示的两点和高度式的长方体。

3. 两个对角点

（1）在【类型】下拉列表框中选择【两个对角点】选项，此时的【长方体】对话框如图4-10所示。

（2）按照默认设置长方体的原点位置，单击【从原点出发的点XC，YC，ZC】选项组中的【点构造器】按钮，打开【点】对话框，按照图4-11中所示设置点的绝对坐标值。单击【确定】按钮，返回【长方体】对话框后，单击【确定】按钮，创建的长方体如图4-12所示。

4.2.2 动手操练——圆柱体

1. 轴、直径和高度

该方法是按指定高度和直径的方式创建圆柱体。

（1）在【特征】工具条中单击【圆柱】按钮，打开【圆柱】对话框，如图4-13所示。

（2）在【类型】下拉列表中显示了创建圆柱体有两种方式：【轴、直径和高度】及【圆弧和高度】，如图4-14所示。按照默认选择【轴、直径和高度】选项。

（3）按照如图4-13所示设置圆柱的【直径】和【高度】，单击【确定】按钮，创建如图4-15所示的圆柱体。

2. 圆弧和高度

该方法是按指定高度和圆弧的方式创建圆柱体，其操作步骤如下：

（1）绘制如图4-16所示的圆弧，其圆弧角为150 。

（2）打开【圆柱】对话框后，在【类型】下拉列表框中选择【圆弧和高度】选项，此时的对话框如图4-17所示。

（3）在绘图区选择刚刚绘制的圆弧，按照默认的方向，在【尺寸】选项组的【高度】文本框中输入60，单击【确定】按钮，创建如图4-18所示的圆柱。

4.2.3 动手操练——球体

1. 中心点和直径

该方法要求选择中心点和输入直径值。

（1）在【特征】工具条中单击【球】按钮，打开【球】对话框，如图4-19所示。

（2）按照默认设置，在【类型】下拉列表框中选择【中心点和直径】选项，在【尺寸】选项组的【直径】文本框中输入100，单击【确定】按钮，创建如图4-20所示的球体。

2. 圆弧

（1）绘制如图4-21所示的圆弧角为60的圆弧。

（2）在【类型】下拉列表框中选择【圆弧】选项，此时的【球】对话框如图4-22所示，然后在绘图区选择绘制的圆弧，单击【确定】按钮，创建的球体如图4-23所示。

4.2.4 动手操练——圆锥

1. 直径和高度

采用这种方式要求指定圆锥的底部直径、顶部直径、高度、圆锥轴的矢量和起始点 5个参数。

（1）单击【特征】工具条中的【圆锥】按钮，打开如图4-24所示的【圆锥】对话框。圆锥操作的结果可以是圆锥体或者是圆锥台。

（2）在如图4-25所示的【类型】下拉列表中选择【直径和高度】选项。

（3）在【轴】选项组中单击【矢量构造器】按钮，打开如图4-26所示的【矢量】对话框。

（4）在【类型】下拉列表中选择【XC轴】选项，如图4-27所示，单击【确定】按钮，返回【圆锥】对话框。或者直接在【轴】选项组中（见图4-28）的【矢量】列表中单击【XC轴】按钮。

（5）在【尺寸】选项组中按照图4-29所示设置圆锥的【底部直径】、【顶部直径】和【高度】，单击【确定】按钮，创建的圆锥如图4-30所示。

2. 直径和半角

该方式要求定义圆锥的底部直径、顶部直径、半角、圆锥轴的矢量和起始点5个参数。这种方法与上面类似，只是参数有些不同。

（1）在【类型】下拉列表框中选择【直径和半角】选项后，【圆锥】对话框如图4-31所示。

（2）选择ZC轴为矢量轴，设置圆锥的各项尺寸，如图4-32所示。需要注意的是半角的取值范围为1°~89°，可正可负，如果为正，则底圆大顶圆小，反之，则是底圆小顶圆大。设置好参数后，单击【确定】按钮，创建的圆锥如图4-33所示。

3. 底部直径、高度、半角

这种方式要求指定圆锥的底部直径、半角、高度、圆锥轴的矢量和起始点5个参数，同上述方法一样，半角的值只能取1°~89°，可正可负。

在这里要注意的是，应防止出现顶部直径小于0的情况，因为当高度增加时，顶部直径减小。当顶部直径小于0时系统出现错误信息。例如，在选择【底部直径、高度、半角】方式后，按照如图4-34所示设置圆锥的各项尺寸，单击【圆锥】对话框中的【应用】按钮，系统出现如图4-35所示的提示。

4. 顶部直径、高度和半角

这种方法要求指定圆锥的顶部直径，半角、高度、圆锥轴的矢量和起始点5个参数，与第3种方法相似，同样要注意当使用负半角时，底部直径不能小于0。

5. 两个共轴的圆弧

这种方法需要指定圆锥的顶部、底部两圆弧。

（1）打开名称为“cjyuanzhui.prt”的文件，其中的两圆弧同轴，两圆不同轴，如图4-36所示。

（2）在【特征】工具条中单击【圆锥】按钮，打开【圆锥】对话框后，在【类型】下拉列表框中选择【两个共轴的圆弧】选项，此时的【圆锥】对话框如图4-37所示。

（3）在绘图区依次选下方和上方的两个圆弧，单击【应用】按钮，创建的圆锥如图4-38所示。

（4）当两圆弧不同轴时，系统会把第二次选定的圆弧移到与最初选择的圆弧同轴，然后画出圆锥。在绘图区依次选择位于下方和位于上方的两个圆，单击对话框中的【确定】按钮，创建的圆锥如图4-39所示。

4.3 扫描特征

扫描特征主要针对非解析结构建模，是截面线圈沿引导线或指定方向扫掠所形成的几何体。它包括拉伸扫描、回转扫描、沿引导线扫掠、管道扫描4种操作方式。本章主要介绍拉伸扫描、回转扫描、沿引导线扫掠3种方式。

截面线圈有多种形式，如草图、一般绘制的曲线、成链曲线、边缘线等，引导线也是一样。指定方向有很多，对于拉伸操作而言，它是指拉伸方向。对于回转操作而言，它是回转方向。

4.3.1 动手操练——拉伸体

拉伸体是截面线圈沿指定方向拉伸一段距离所创建的实体。

（1）在【特征】工具条中单击【拉伸】按钮，或者选择【插入】|【设计特征】|【拉伸】菜单命令，打开如图4-40所示的【拉伸】对话框。

（2）在【截面】选项组中可直接在绘图区选择绘制好的曲线。也可通过【绘制截面】命令，进入草图环境绘制草图截面来作为截面线圈。单击【绘制截面】按钮，打开如图4-41所示的【创建草图】对话框，按照默认，选择 XC-YC 平面作为草绘平面，单击【确定】按钮。

（3）绘制如图4-42所示的截面，单击【草图生成器】工具条中的【完成草图】按钮，退出草图绘制环境。

（4）确定方向：按照默认方向。也可以在【矢量】列表中选择相应的类型，或者单击【反向】按钮，对选择好的矢量方向进行反向操作。

（5）在用来确定拉伸的开始值和终点值【限制】选项组中设置参数，如图4-43所示。

（6）展开【布尔】下拉列表，如图4-44所示，该下拉列表用来实现拉伸扫描所创建的实体与原有实体的布尔运算。

（7）打开【拔模】选项组中的【拔模】下拉列表，启用它可以在拉伸扫描时拔模，如图4-45所示，草图下拉列表中包含6种拔模角起始位置类型。

（8）预览：在【预览】选项组中启用【预览】复选框，可以在拉伸扫描过程中预览，如图4-46所示。

4.3.2 动手操练——旋转体

回转体是指截面线圈绕一轴线旋转一定角度所形成的特征体。

（1）打开名称为“huizhuancaotu.prt”的草图，如图4-47所示。

（2）在【特征】工具条中单击【回转】按钮，或选择【插入】|【设计特征】|【回转】菜单命令，打开如图4-48所示的【回转】对话框。此对话框与【拉伸】对话框非常类似，功能也一样，唯一不同的是它没有【拔模】选项组，而是在【轴】选项组下多了【指定点】选项。

（3）选择截面线圈。在绘图工作区选择要回转扫描的线圈，如图4-47所示，即截面线圈。

（4）确定旋转轴。在绘图区选择基准坐标系的Y轴作为旋转轴。

（5）在【限制】选项组中设置角度限制：按照如图4-49所示设置【开始】值、【结束】值。

（6）打开【偏置】选项组，在【偏置】下拉列表中选择【两侧】选项，输入偏置参数，如图4-50所示。它们可以是正或负，正参数代表偏置方向与虚线箭头一致，负参数代表偏置方向与虚线箭头相反。当然，这一步可以不操作。单击【确定】按钮，创建的回转体特征如图4-51所示。

4.3.3 动手操练——沿引导线扫掠

沿引导线扫掠是指截面线圈沿引导线扫描而生成实体或片体。引导线也叫路径，可以是多段光滑连接也可以有尖角。截面线圈可以是草图、曲线、成链曲线、实体外表面等沿引导线扫掠操作方法。

（1）打开名称为“xiansaoluecaotu.prt”的文件，如图4-52所示。

（2）在【特征】工具条中单击【沿引导线扫掠】按钮，或选择【插入】|【扫掠】|【沿引导线扫掠】菜单命令，打开【沿引导线扫掠】对话框，如图4-53所示。

（3）单击【截面】选项组中的【选择曲线】收集器或者其后的【曲线】按钮，在绘图工作区选择截面线圈，即矩形的四条边。

（4） 单击【引导线】选项组中的【选择曲线】收集器或者其后的【曲线】按钮，选择如图4-52所示的折线作为引导线圈。

（5） 在【偏置】选项组中输入【第一偏置】、【第二偏置】参数值分别为0和0.5。启用【预览】复选框，生成沿引导线的扫描预览，如图4-54所示。

（6）单击【确定】按钮完成操作。效果如图4-55所示。

4.3.4 动手操练——管道

管道扫描操作是圆形截面线圈（含内外两个圆）沿引导线扫描所形成的实体特征，圆形截面线圈不是预先绘制好的，而是通过【管道】对话框中选项输入内外直径参数确定。截面线圈是以引导线为圆心的同心圆，因此，管道扫描类似于沿引导线扫掠操作。

（1）利用【艺术样条】命令绘制曲线，如图4-56所示，然后退出草图绘制环境。

（2）在【特征】工具条中单击【管道】按钮或者选择【插入】|【扫掠】|【管道】菜单命令。打开如图4-57所示的【管道】对话框。

（3）选择绘制的曲线作为扫描路径，在【横截面】选项组中设置外径和内径数值即管道外表面直径和内表面直径。这里，设置【外径】的值为10，设置【内径】的值为8。

（4）在【设置】选项组中的【输出】下拉列表框中选择【多段】选项，多段表示生成的管道由多段面构成，有圆柱面、环形面等。单击【预览】选项组中的【显示结果】按钮，生成管道预览，如图4-58所示。

（5）单击【撤销结果】按钮，取消预览，设置【输出】类型为【单段】，单段表示生成的管道由一段或两段B样条曲面构成，生成的预览如图4-59所示。单击【确定】按钮完成操作。

4.4 布尔运算

布尔运算是对两个或多个实体（片体）组合成一个实体（片体），它包括求和运算、求差运算和求交运算。执行布尔操作时，必须选择一个目标体，工具体可以是多个。其中目标体是指需要与其他体组合的实体或片体，工具体则是用来改变目标体的实体或片体。

下面要讲解的运算均以名称为“buer.prt”的零件为例，如图4-60所示。

4.4.1 动手操练——求和运算

求和运算是指实体的合并，要求目标体和工具体接触或相交。

（1）在【特征操作】工具条中单击【求和】按钮，在其下拉菜单中单击【求和】按钮，如图4-61所示。或选择【插入】|【组合体】|【求和】菜单命令，打开如图4-62所示的【求和】对话框。

（2）选择目标体。在对话框中单击【目标】按钮，选择圆锥作为目标体。

（3）选择工具体。在对话框中单击【刀具】按钮，选择球体工具体。或者直接按顺序选择圆锥和球体。系统默认它们分别为目标体和工具体。

（4）若启用【保持工具】复选框，则在完成求和运算后工具体还保留。【保持目标】复选框也一样。这里不启用这两个复选框。

（5）单击【确定】按钮完成求和操作，求和运算后的结果如图4-63所示。

4.4.2 动手操练——求差运算

求差运算是用工具体去减目标体，它要求目标体和工具体之间包含相交部分。

（1）在【特征操作】工具条中单击【求和】按钮，在其下拉菜单中单击【求差】按钮；或选择【插入】|【组合体】|【求差】菜单命令，打开【求差】对话框，如图4-64所示。

（2）选择圆锥作为目标体，选择球体工具体，完成求差操作，结果如图4-65所示。

4.4.3 综合演练——求交运算

求交运算是求两相交体公共部分。

（1）在【特征操作】工具条中单击【求和】按钮，在其下拉菜单中单击【求交】按钮；或选择【插入】|【组合体】|【求交】菜单命令，打开【求交】对话框，如图4-66所示。

（2）按求和运算同样的步骤，即选择圆锥作为目标体，选择球体工具体，完成求交操作，结果如图4-67所示。

4.5 综合演练——杯子设计

通过对本实例（见图4-68）的学习，读者可掌握如下内容：

● 圆柱体的创建。

● 拉伸特征的创建。

● 布尔运算。

● 沿引导线扫掠特征的创建。

● 壳体的生成。

步骤1 新建文件

（1）在桌面上双击UG NX 7图标，启动SIEMENS UG NX 7。

（2）单击【标准】工具条中的【新建】按钮，打开【新建】对话框，选择【模板】为【模型】，在【名称】文本框中输入dz1，选择适当的文件存储路径，单击【确定】按钮。

步骤2 创建圆锥体

选择【插入】|【设计特征】|【圆锥】菜单命令或在【特征】工具条中单击【圆锥】按钮，打开【圆锥】对话框。按照默认设置【轴】选项组，按照如图4-69所示设置【尺寸】选项组中的参数，单击【确定】按钮，创建的圆锥体如图4-70所示。

步骤3 创建拉伸体

（1）选择【插入】|【草图】菜单命令或单击【特征】工具条中的【草图】按钮，打开【创建草图】对话框。在绘图区选择圆锥体的底面，如图4-71所示，单击【确定】按钮，进入草绘环境。

（2）在【草图工具】工具条中单击【矩形】按钮，按照如图4-72所示在【矩形】对话框中选择方法，以坐标系的原点为矩形的中心绘制矩形，矩形的长度和宽度均为50，绘制的矩形如图4-73所示。单击【草绘生成器】工具条中的【完成草图】按钮，退出草绘环境。

（3）单击【特征】工具条中的【拉伸】按钮或选择【插入】|【设计特征】|【拉伸】菜单命令，按照如图4-74所示设置各选项组中的参数。若拉伸方向与如图4-75所示的方向相反，则要单击【反向】按钮，无误后单击【拉伸】对话框中的【确定】按钮，创建的拉伸体如图4-75所示。

步骤4 布尔运算

选择【插入】|【组合体】|【求交】菜单命令或在【特征操作】工具条中单击【求交】按钮，打开【求交】对话框。在绘图区选择拉伸体作为目标实体，选择圆锥基体作为刀具实体，取消启用【设置】选项组中的【保存目标】和【保存工具】复选框，如图4-76所示，单击对话框中的【确定】按钮，创建的实体如图4-77所示。

步骤5 扫掠

（1）单击【实用工具】工具条中的【WCS原点】按钮，打开【点】对话框，在【坐标】选项组中选中【相对于WCS】单选按钮，在【XC】文本框中输入25，在【ZC】文本框中输入52，其他的设置如图4-78所示。单击【确定】按钮，创建的基准CSYS如图4-79所示。

（2）选择【插入】|【草图】菜单命令或在【特征】工具条中单击【草图】按钮，打开【草图】对话框。在绘图区选择与圆锥体侧面平行的基准面YC—ZC，如图4-80所示，单击【确定】按钮，进入草绘环境。

（3）单击【草绘工具】工具条中的【椭圆】按钮或者选择【插入】|【曲线】|【椭圆】菜单命令，以坐标系原点为中心，绘制半长轴为5，半短轴为3的椭圆，参数设置如图4-81所示，绘制的椭圆如图4-82所示。单击【完成草图】按钮，退出草绘环境。

（4）在【草绘工具】工具条中单击【草图】按钮或选择【插入】|【草图】菜单命令，打开【创建草图】对话框。在绘图区选择与椭圆所在平面垂直，且与拉伸体拉伸方向平行的基准面XC—ZC，如图4-83所示，单击【确定】按钮，进入草绘环境。

（5）在【草图工具】工具条中单击【轮廓】按钮，以坐标系原点为起点，绘制如图4-84所示的曲线轮廓，并创建相切约束和尺寸约束。单击【完成草图】按钮，退出草绘环境。

（6）选择【插入】|【扫掠】|【沿引导线扫掠】菜单命令或单击【特征】工具条中的【沿引导线扫掠】按钮，打开【沿引导线扫掠】对话框。在绘图区选择椭圆作为扫掠的界面，选择曲线轮廓中的两条曲线作为扫掠的引导线，在【偏置】选项组中【第一偏置】文本框中输入0.2，其他的设置如图4-85所示。单击【确定】按钮，创建的扫掠体如图4-86所示。

步骤6 创建壳体

在【特征操作】工具条中单击【抽壳】按钮，打开【壳】对话框。设置壳的【厚度】为2，选择杯子的表面作为要移除的面，如图4-87所示。单击【确定】按钮，创建的壳体如图4-88所示。

4.6 本章小结

本章首先概述了实体建模技术，包括实体建模技术的基本特点。实体建模工具条命令、模型导航器，接着重点介绍了成型特征建模命令，包括基本体素和扫描特征，最后对布尔运算进行说明，包括求和运算、求差运算和相交运算。

4.7 练习题

1. 填空题

（1）____________是一种复合建模技术，它基于特征和约束建模技术，具有参数化设计和编辑复杂实体模型的能力，是UG CAD模块的基础和核心建模工具。

（2）____________工具条用来创建基本的建模特征。

（3）UG中长方体的创建方法有____________、____________和____________。

2. 问答题

（1）简述实体建模的特点。

（2）说说布尔运算、目标体、工具体的含义。

3. 操作题

想想怎样略去综合演练中的布尔运算步骤而得到同样的结果？

答案及提示：

1. 填空题：（1）实体建模（2）【特征】（3）原点和边长、两点和高度和两个对角点

2. 问答题：

（1）实体建模的特点有如下几点：

1）UG可以利用草图工具建立二维截面的轮廓曲线，然后通过拉伸、旋转或者扫掠等得到实体。这样得到的实体具有参数化设计的特点，当草图中的二维轮廓曲线改变以后，实体特征自动进行更新。

2）特征建模提供了各种标准设计特征的数据库，如长方体、圆柱体、圆锥、球体、管体、孔、圆形凸台、型腔、凸垫和键槽等，用户在建立这些标准设计特征时，只需要输入标准设计特征的参数即可得到模型，方便快捷，从而提高了建模速度。

3）在UG中建立的模型可以直接被引用到UG的二维工程图、装配、加工、机构分析和有限元分析中，并保持关联性。如在工程图上，利用 Drafting中的相应选项，可从实体模型提取尺寸、公差等信息标注在工程图上，实体模型编辑后，工程图尺寸自动更新。

4）UG提供的特征操作和特征修改功能，可以对实体模型进行各种操作和编辑，如倒角、抽壳、螺纹、比例、裁剪和分割等，从而简化了复杂实体特征的建模过程。

5）UG可以对创建的实体模型进行渲染和修饰，如着色和消隐，方便用户观察模型。此外，还可以从实体特征中提取几何特性和物理特性，进行几何计算和物理特性分析。

（2）布尔运算是对两个或多个实体（片体）组合成一个实体（片体），它包括求和运算、求差运算和求交运算。

目标体是指需要与其他体组合的实体或片体，工具体则是用来改变目标体的实体或片体。

3. 操作题

在步骤3的【拉伸】对话框里的【布尔】下拉列表框中选择【求交】选项。