一种基于UG软件的水斗等距截面三维建模方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种复杂曲面的ug建模方法。

背景技术：

冲击式水轮机水斗型面属于复杂曲面，即曲面形状不规则，各处曲率不一致。复杂曲面的微分几何方程式及其计算都较为复杂。传统的二维建模设计存在周期长、修改困难多、局部细节难以表达清楚的局限，尤其对于一些复杂曲面的表达更为困难。因此，复杂零件的曲面造型在三维软件设计中应用得非常广泛，三维模型可以清晰直观地呈现在设计人员面前，发现问题可以及时更改模型，重新设计，极大地提高了设计效率。

现阶段关于复杂曲面三维建模方法，许多学者进行过深入研究。例如，用测量数据去拟合二次曲面方程，然后根据遗传算法提取二次曲面特征参数，优点是能够识别和提取所有类型的二次曲面特征，但遗传算法复杂，计算量大，同时由于提取的二次曲面类型过多，受误差的影响较大。还有用聚类思想来识别二次特征曲面，把具有相同特征的数据点聚合到一起，通过拟合这些数据点来识别该特征曲面，该方法简单，但对于较复杂的曲面类型很难识别。

技术实现要素：

针对上述建模方法的不足，本发明以冲击式水轮机水斗为建模对象，采用ug软件，提出一种等距截面建模方法，主要针对以往方法算法复杂计算量大的问题进行优化改善。

本发明为实现上述目的所采用的技术方法，其特征包括如下步骤。

1，以某型号的转轮水斗为例，获得其水斗部分的各项设计尺寸，并绘出其以水斗凹面为正面的主视图，该视角的主视图能更直观的反应出水斗的整体特征。

2，对该主视图分别进行纵向和横向的断面划分。由于在纵向方向水斗的曲面特征变化更为明显，尤其在分水刃附近断面型线变化较大，所以纵向要比横向划分出更多的截面，以便获得更多更准确更能反应曲面特性的曲面特征点。在横向方向，由于水斗凹面底部曲面对比两侧曲面趋于平缓，采用较少的特征点即可反映其曲面特征，所以划分截面时可以适当增加截面间距，减少截面数量，降低工作量。

3，在ug建模环境下依据水斗的截面型线图完成水斗的建模。首先根据纵向断面创建基准平面，因水斗左右对称，所以只需要创建分水刃一侧的断面基准平面即一半的纵向断面型线即可。然后在输入对应坐标点，根据坐标点使用ug的样条曲线构造功能创建出纵向和横向的断面型线。最终使用曲面造型，实体缝合，镜像等命令完成水斗的三维建模。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：从水斗零件的实际尺寸形状出发，以设计图纸简化复杂的曲面特征参数计算，方法更为直截了当，并充分利用ug软件样条曲线曲面构造优势，提高了水斗三维模型的曲面平顺性，增加建模效率。

附图说明

图1为某型号转轮水斗的截面型线图。

图2为ug建模环境下创建的水斗截面型线图。

图3为ug软件构造完成的水斗的三维模型。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚地描述，具体包含以下步骤。

1，以某型号转轮水斗为例，获得其单个水斗的设计尺寸，主要包括：水斗高度，水斗宽度，分水刃横向宽度，分水刃纵向宽度等。依据其尺寸得到以水斗凹面为正面的主视图。

2，如图1所示，对水斗作截面型线划分图。根据水斗的纵向宽度，对水斗进行纵向断面划分，将分水刃所在纵线标为ⅰ，以12.13mm为间距，分别在其两侧划分等距型线，并编号为ⅱ～ⅺ，总计一共21个纵向断面型线。然后根据水斗的横向宽度，在其横向方向进行断面划分，中间对称线标记为5，两侧型线根据每处位置的曲面曲率变化程度的不同，划分了编号为0～9的10个间距不等的横向断面型线。

3，在ug“建模”环境下，创建在xoy平面内的编号为ⅰ的水斗断面型线所在的基准平面。然后以12.13mm为偏置距离，-z轴方向为法线方向，依次复制出其余10个水斗纵向断面型线所在的基准平面，根据产品图所示编号为ⅰ～ⅺ的水斗纵向断面型线尺寸，确定纵向断面型线通过的坐标点数据，在相应的基准平面内一一创建出来。点击“插入”/“曲线”/“样条”命令，弹出创建“样条”曲线对话框，点击“样条”中的“通过点”，弹出“通过点生成样条”曲线对话框，选择“曲线类型”为“多段”，“曲线阶次”为“3”次，点击“确定”后弹出“样条”对话框，点击“点构造器”，按照产品图上的水斗纵向断面型线尺寸标注，在相应的基准平面内依次点击纵向断面型线所通过的坐标点，选择完毕后点击“点构造器”中的“确定”，点击“指定点”中的“确定”及随后弹出的“通过点生成样条”中的“确定”，生成一条样条曲线，重复上面的步骤，完成其余10条样条曲线的创建。同样，按照产品图的要求，采用样条曲线将编号为0～9的水斗横向断面型线所通过的坐标点依次一一对应的连接起来。全部创建完成后的水斗纵向、横向断面型线如图2所示。

4，单个水斗下半部分的断面型线创建完毕后，接下来是对其进行曲面造型。点击“插入”/“通过曲线网格”命令，弹出“通过曲线网格”对话框，选择横向曲线为主线串，其切线方向为从左至右；选择纵向曲线为交叉线串，其切线方向为从上至下，对话框中其余的参数设置不变。点击“确定”生成曲面。需要注意的是：为了保证水斗曲面的平滑性，在创建其余曲面的时，“通过曲线网格”对话框中，“主线串”与“交叉线串”的“起始”或“结束”处的“连续性”应设置为g1(相切)。然后使用镜像命令以xoy平面为对称平面创建水斗的另一半。此时完成了单个水斗曲面的造型，生成的是水斗的片体，接下来需要创建水斗实体。由于水斗曲面呈半封闭状态，不能直接生成实体，因此需要做些辅助曲面和平面，使水斗曲面完全封闭起来。完成曲面封闭的水斗三维模型如图3所示。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种使用UG软件对水轮机水斗进行几何建模的方法。方法的特征和主要思路是：参考现有的刀具轨迹规划方法之一的等平面法，提出一种利用等距平行截面与水斗曲面进行截交，把得到的交线和点迹展开到平面上从而得到水斗的截面型线图，再根据该型线图上各点的坐标在UG软件中绘出水斗的断面型线，最终构造出水斗三维模型。该方法改善了以往水斗建模方法中因水斗曲面不均匀带来的迭代计算量过大问题，增加了建模效率，改善了水斗模型的曲面平顺性。

技术研发人员：翟元盛;刘海淼
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.04.25
技术公布日：2019.07.26