曲面是CAD/CAM软件中一个非常重要的组成部分，因为刀具路径的生成是建立在曲面的基础上。 MasterCAM提供了一些基本的绘制曲面的方法及通过编辑功能生成曲面的方法，这些方法的具体操作步骤在《MasterCAM实用教程》（苟琪等编著，机械工业出版社，2001年5月）中有详细的介绍，本章主要介绍各种生成曲面及编辑曲面的特点，目的是让读者遇到一个具体的曲面时，能够分析其特点，并掌握创建该曲面的快捷方法。
7.1 MasterCAM生成曲面特征
7.1.1 牵引曲面（Draft Surface）
牵引曲面是由一条母线直接牵引或拉伸生成，拉伸时可以垂直拉伸，如图7-1a所示，也可以以一定的角度拉伸，形成斜面，如图7-1b所示。图7-1中的样条曲线S1和S2为牵引曲面拉伸时的母线，牵引曲面是由一组直线组成，是最简单的一种曲面。
图 7-1
7.1.2 旋转曲面（Revolve Surface）
图 7-2
旋转曲面是由一条母线绕着一根轴线旋转而成，旋转的角度可以在0～360o之间任意选择，图7-2a为旋转角度360o，图7-2b为旋转角度40o。图7-2中直线L1和L2为轴线，样条曲线S1和S2为母线，旋转曲面在垂直于轴线平面内为一组圆或圆弧。
7.1.3 直纹曲面（Ruled Surface）
直纹曲面是由两条或两条以上母线牵引生成，母线之间可以平行，如图7-3a所示，也可以不平行，如图7-3b所示，直纹曲面与牵引曲面一样，也是由一组直线组成，生成直纹曲面时，要注意各母线串接时的起始点，对于相同的母线，串接起始点选择不同，生成的直纹曲面差别很大，图7-3中的各母线串接起始点分别为P1、P2和P3，同理，对于相同的母线，选择串接母线的次序不同，生成的直纹曲面同样有很大的差别，图7-3中的各母线串接选择次序为S1、S2和S3。
图 7-3
7.1.4 举升曲面（Loft Surface）
举升曲面是由两条或两条以上母线平滑连接生成，母线之间可以平行，如图7-4a所示，也可以不平行，如图7-4b所示，图7-4a与图7-4b中的母线分别和图7-3a与图7-4b中的母线相同，举升曲面与直纹曲面不同的是举升曲面是由一组曲线组成，而直纹曲面是由一组直线组成，因此，举升曲面比直纹曲面更光滑。与生成直纹曲面一样，生成举升曲面时，也要注意各母线串接时的起始点，对于相同的母线，串接起始点选择不同，生成的举升曲面差别也很大，图7-4中的各母线串接起始点与图7-3中的各母线串接起始点相同，同理，对于相同的母线，选择串接母线的次序不同，生成的举升曲面，同样有很大的差别，图7-4中的各母线串接选择次序与图7-3中的各母线串接次序相同，即选择次序为S1、S2和S3。
图 7-4
7.1.5 扫描曲面（Sweep Surface）
扫描曲面是由截形曲线（Across contour）沿着引导曲线（Along contour）移动而形成。由于扫描曲面形成中，可以选择多条截形曲线和一条引导曲线，如图7-5所示，S1、S2和S3为截形曲线，S4为引导曲线，该扫描曲面形成时，选择了三条截形曲线和一条引导曲线。
图 7-5
扫描曲面形成时，同样要注意各截形曲线串接起始点的位置，图7-5的截形曲线与图7-3b和7-4b中的的母线相同，图7-5中串接各截形曲线的起始点与图7-3b和图7-4b中的各母线串接起始点也相同，如图7-5中的P1、P2和P3。当扫描曲面是由多条截形曲线和一条引导曲线形成时，其操作与形成直纹曲面和举升曲面的操作类似，比较这三种曲面可以发现，当直纹曲面和举升曲面的母线（相当于扫描曲面中的截形曲线）一定时，形成的曲面是唯一的，而对于扫描曲面而言，曲面的最终形成还取决于引导曲线，引导曲线可以有多种，扫描曲面也就有多种形式，与举升曲面类似，扫描曲面连接截形曲线时也是平滑连接，其表面也就光滑；扫描曲面形成时，也可以选择一条截形曲线和一条或者两条引导曲线，图7-6a的扫描曲面形成时，选择了一条截形曲线（S1）和一条引导曲线（S4），图7-6b的扫描曲面形成时，选择了一条截形曲线（S1）和两条引导曲线（S4和S5）。综上所述，扫描曲面形成时选择的变化较多，可以形成复杂的曲面，以满足人们设计各种曲面的需要。
图 7-6
7.1.6 孔斯曲面（Coons Surface）
孔斯曲面是比较复杂的一种曲面，可以是单片曲面，如图7-7a所示，也可以是由多片曲面组成，如图7-7b所示。但是，形成刀具路径时，单片曲面与多片曲面的刀具路径会有很大不同，许多CAD/CAM软件没有提供多片曲面生成刀具路径的功能，MasterCAM第八版中利用C-hook技术，可以生成多片曲面的加工刀具路径，MasterCAM第九版中直接提供了生成多片曲面的加工刀具路径。MasterCAM中绘制单片孔斯曲面时，一般采用自动生成方式，而绘制多片孔斯曲面时，一般采用手动生成方式。
图 7-7
7.1.7 基本曲面（Primitive Surface）
MasterCAM提供了六种基本曲面的造型方法，如图7-8所示，基本曲面造型方法的共同特点是参数化造型，即通过改变曲面的参数，可以方便地绘出同类的多种曲面。如图7-8a的圆柱曲面，通过改变圆柱曲面的参数，即高度和底面直径，可以绘制出各种圆柱曲面。图7-8b为锥形曲面，当其锥顶直径不为零时，即为圆台曲面，图7-8c为长方体曲面，当长方体的长、宽和高度相等时，即为正方体曲面，图7-8d为球体曲面，图7-8e为环形体曲面，图7-8f为拉伸曲面，形成拉伸曲面的基本曲线必须是封闭的。
图 7-8
7.1.8 实体曲面（Solid Surface）
实体曲面是指将实体造型的表面剥离而形成的曲面。实体曲面是MasterCAM第七版本后，才具有的很重要的一项功能，因为从三维实体造型获得一个复杂的曲面形状，相对从线框模型获得复杂曲面，要容易的多。因此，对于复杂的曲面，读者可以首先考虑实体曲面的方法。在实际应用中，通常要对生成的实体曲面经过适当的删除，才能满足要求。图7-9为经过渲染后的实体曲面。
图 7-9
7.2 MasterCAM的编辑曲面
编辑曲面是由已生成的曲面通过编辑方法得到，是一种复杂的曲面，实际应用时，常常会用到编辑曲面。MasterCAM提供了以下几种获得编辑曲面的方法。
7.2.1 倒角曲面（Fillet Surface）
倒角曲面是在已存在曲面上产生，是由一组圆弧组成，通常是与一个或两个原曲面相切。图7-10a为两个曲面之间产生的倒角曲面，图7-10b为一个曲面与一个假想平面之间产生的倒角曲面，图7-10c为一个曲面与一条曲线之间产生的倒角曲面，S1为曲线。
图 7-10
7.2.2 移位曲面（Offset Surface）
移位曲面是将原曲面移动一个固定距离产生的曲面，因此，移位曲面与原曲面平行，如图7-11所示，S1为原曲面，S2为移位曲面。
图 7-11
7.2.3 修整/延伸曲面（Trim/Extend Surface）
利用修整/延伸的方法可以得到多种编辑曲面，图7-12和图7-13列出了各种通过修整/延伸方法得到的曲面。图7-12a中为原始曲面S1和样条曲线S3，图7-12b为图7-12a中曲面S1修整到曲线S3得到的结果；图7-12c中为原始曲面S1和S2，图7-12d为图7-12c中S2修整到S1，而且删除原S1和S2多余部分得到的结果。
图 7-12
图7-13a中为原始曲面S1，图7-13b为图7-13a中的曲面S1修整到Z向高度值为15的水平面，得到的结果；图7-13c为图7-13a中的曲面S1沿直线方向延伸5mm后，得到的结果，如图7-13c中的S2；图7-13d为图7-13a中修整到边界平面，得到的结果，如图7-13d中的S2。
图 7-13
7.2.4 连接曲面（Blend Surface）
用连接方法可以生成复杂的多片曲面，MasterCAM提供了三种生成连接曲面的方法。
7.2.4.1 两曲面连接曲面（2 Blend Surface）
两曲面连接曲面是将两个已存在曲面用连接方法生成的曲面，如图7-14所示。图7-14a中为被连接的两个曲面S1和S2，图7-14b为连接图7-14a中曲面S1和S2后的结果，图7-14b中的S3为连接曲面。
图 7-14
7.2.4.2 三曲面连接曲面（3 Blend Surface）
三曲面连接曲面是将三个已存在曲面用连接方法生成的曲面，如图7-15所示。图7-15a中为被连接的三个曲面S1、S2和S3，图7-15b为连接图7-15a中曲面S1、S2和S3后的结果，图7-15b中的S4为连接曲面。
7.2.4.3 倒角连接曲面（Fillet Blend Surface）
倒角连接曲面是将三个相交的已存在曲面用倒角连接方法生成的曲面，如图7-16所示。图7-16a中为被连接的三个曲面S1、S2和S3，图7-16b为连接图7-15a中曲面S1、S2和S3后的结果，图7-16b中的S4为倒角连接曲面。
图 7-15
图 7-16
7.3 引入曲面
引入曲面是指用其他CAD/CAM软件生成的曲面，通过读入的方式引入到MasterCAM系统中。引入曲面通常是通过两种途径被读进MasterCAM系统，一种是直接读入由其他CAD/CAM软件生成的曲面；另一种是读入由其他CAD/CAM软件生成的实体模型，再通过7.1.8节的方法转换成曲面。作者在实践中多次用到此种方法，主要原因有两个：一是由于目前市场上所用到的CAD/CAM软件的种类较多，不同的用户所用的软件种类不同，当MasterCAM系统要应用其他CAD/CAM软件的造型曲面时，要采用引入曲面的方法；二是因为MasterCAM系统是用于加工的系统，偏重于CAM，生成曲面和实体造型的功能没有其他专用的CAD软件功能强，对于很复杂的曲面，需要用专用CAD软件造型，再引入到MasterCAM系统中。
MasterCAM系统引入曲面的方法是：
选择 主菜单(Main Menu)-文件(File)-数据交换(Converters)
在主菜单区出现如图7-17a所示的数据交换菜单，有多种数据格式可供选择，通常选择IGES（Initial Graphics Exchange Standard）格式，即用鼠标单击主菜单区中的“IGES”，则在主菜单区得到如图7-17b所示的IGES菜单，选择“读取文件（Read file）”或“读取目录（Read dir）”，可以将其他CAD/CAM软件产生的IGES格式的文件，读入到MasterCAM系统中。选择“写文件（Write file）”或“写目录（Write dir）”，可以将MasterCAM系统中的图形以IGES格式文件存储。
图 7-17
该文章所属专题：Mastercam教程
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