作者：何思嘉
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
NX10曲面设计及应用案例试读：
前言
这是一本NX用户期盼已久的书，长期以来，无论是过去使用UGS的用户还是今天使用NX的用户，一直缺乏一本详细讲述NX软件在贝塞尔曲面非四边形区域铺设过程中连续性控制技巧与思路的书籍。作者从多年曲面设计实践经验中精心萃取精华，编写了本书，并录制了流畅的操作视频。
书中使用清晰的图示、简洁的表述和详细的操作视频，介绍SIEMENS NX10在曲面设计与应用领域的技巧和心得，对真实的汽车、航空及家电设计实践进行分析，并结合曲面建模的技巧和实践经验，通过视频讲解曲面铺设思路的精华。
本书严格按照SIEMENS原版操作指南及帮助文件要求编写，同时结合作者10余年的NX培训与技术支持经验，并由国内最早引入NX软件并编写第一部官方培训教程的前NX高级顾问洪如瑾老师亲自审校而成。全书分为两部分共8章，前3章为NX曲面功能介绍，后5章为NX曲面应用实例。
在实例的设计、操作思路及步骤的表述中，充分将NX功能应用与实际设计需求相结合，告诉读者如何将NX的曲面设计流程应用于实践。其主要章节均有适当练习、操作文件和视频文件。作者结合产品设计对象的特点和不同的NX曲面功能，进行设计意图描述和曲面建模思路分析，而且视频讲解的操作步骤清晰、详细。
参与本书编写及光盘开发的人员有何思嘉、洪如瑾等，他们为本书的编写付出了辛勤的劳动。
前SIEMENS PLM公司（上海）研发中心大中华区教育高级顾问洪如瑾老师为本书做了认真、细致的审核，在此深表感谢！
本书技术支持和实例源文件、视频文件下载地址：www.nxworkroom.com，hweitt@126.com师嘉科技第1章NX曲面设计介绍【目的】
本章描述在NX系统下曲面设计的正向与逆向概念和设计准备。
在完成本章学习之后，将能够：
● 理解正向设计与逆向设计概念。
● 理解NX曲面设计的核心点是铺设曲面的技巧。
● 定制工具栏及角色，完成NX曲面设计前的准备工作。1.1 NX曲面正向设计流程
NX软件系统作为目前市场上主流的集成化设计系统，在设计曲面造型过程中有两种不同的设计方式即正向设计与逆向设计，这两种设计方式各有其优势和劣势。
正向曲面设计步骤如下。1．外形参数化布线阶段
此阶段需要很多基准平面和基准点作为配合，同时需要与周围零部件进行关联，以达到避让空间或者与其他零部件配合的结果。这一阶段要求设计人员有很高的产品设计及加工经验，同时对NX的建模基础需要非常扎实，充分利用NX的曲线编辑功能将设计轮廓表达在软件实践中。2．曲面铺面阶段
此阶段对设计人员的要求最高，必须对曲面连续性的构成原理有非常明晰的了解。充分利用NX强大的曲面编辑功能，将设计意图充分表现在曲面外观这一艺术化的效果中。3．产品实体化阶段
此阶段是将曲面通过加厚或者缝合成空间封闭实体，以便后期内部结构设计的实施。
正向设计的优势，在于可以保证其参数的完整性和联动性，由于设计初期的点、线、面数据可以保留，所以，可以很方便地进行快速修改以达到最终的设计效果。
正向设计的劣势，在于它需要设计人员对所设计产品的外观构成非常了解，一般没有经验的新员工很难根据要求顺利完成设计。其在设计初期所布局的点、线、基准也经常会因为曲面最终效果不佳而修改，再者，由于参数的完整性会造成模型数据量巨大，对计算机运行速度造成一定影响。
总的来说，正向设计适合小型简单的曲面外观产品，比如，电子消费产品、摩托车、日用品等产品。1.2 NX曲面逆向设计流程
逆向曲面设计步骤如下。1．概念设计阶段
此阶段可以有多种实现方式，比如手绘和油腻泥塑等方法。
手绘方法相对简单，适合低成本产品外形开发，可以用铅笔或记号笔在平面上表达出三视或者多视角的效果图，这对设计人员需要一些美术和艺术功底。
油腻泥塑就相对复杂，但更专业，适合汽车和航空领域的外观曲面设计，也是手绘法的进一步具体化体现，这对设计人员需要专业的泥塑手感经验，同时也需要艺术功底。2．数据采集阶段
此阶段需要配合上一阶段中概念设计的方法，使用相应设备来实现数据采集到计算机的目的。
针对于手绘，只需要将手绘进行扫描或者拍照成像为NX可以读取的tiff或bmp高保真图片格式即可。
针对于泥塑，就需要三坐标测量机或者光栅摄影机等设备，实施起来非常专业，且其设备的大小要以开发的曲面产品大小而定。3．数据处理阶段
此阶段基本与正向曲面设计中的曲面铺面所用方法一致，只是其曲面大多是用NX的逆向快速造面工具来实现铺设的，但是最终的细化部分都与正向设计一样，需要小范围布线铺面，其铺面的连续性原理也与正向设计一致。4．产品实体化阶段
此阶段是将曲面通过加厚或缝合成空间封闭实体，以便后期内部结构设计的实施。
逆向设计的优势，在于可以事先在概念设计阶段将需要的效果展现在泥塑或者效果图上，后期对在NX中修改的幅度大幅降低，模型数据规模也不会很大，且更容易表达设计人员的初衷。
逆向设计的劣势，在于由于使用NX逆向方法进行设计，其过程中含有参数性的特征非常有限，所以一旦遇到大幅度修改时，其特征外形一旦修改都不能恢复，设计人员一般只能选择重塑，这样会造成效率低下。
总的来说，逆向设计适合于大型的复杂曲面外观产品，比如汽车、航空、叶轮等产品。
综上所述，无论是正向设计还是逆向设计，都需要在NX中进行铺面操作这个核心点，它是连接概念设计和产品最终外观效果的桥梁，也是将曲面艺术外观的设计风格表达在设计实践中的方式，所以，本教程就是阐述如何使用NX曲面工具进行曲面合理铺设，并保持曲面连续性的技巧。1.3 NX曲面设计的界面定制
SEIMENS NX从NX9开始，界面从原先的经典工具条改变为功能区选项卡的显示模式，这样能很好的基于微软的视窗操作系统界面，更简洁、更直观地显示各功能的分布，请读者一定要适应这样的界面，由于版本的演变，后续NX版本将只能运行在这样的界面模式下。
如果老用户在短时间内不能完全适应这样的界面模式，请单击工具栏上的菜单→首选项→用户界面，或直接使用快捷键CTRL+2，进入“用户界面首选项”对话框（图1-1），在布局选项卡下的用户界面环境栏目中，选择经典工具条模式，最后单击“确定”按钮即可，这样，所有的界面设置就回到了NX9之前的工具栏模式。但作者建议尽可能适应新的版本界面，NX技术的发展很快，只有不断适应新事物，放弃旧事物，才能更好地适应时代，所以，本书之后的所有功能介绍，都基于新功能区选项卡的显示模式。图1-1 “用户界面首选项”对话框1.3.1 NX选项卡定制
● 根据设计领域的不同，自定义选项卡。
● 可以将不同的命令组集中放置到同一选项卡内，以方便用户快速找到命令。
● 可以使用角色来保存自定义的选项卡和界面。1．自定义选项卡（1）菜单→工具，弹出“定制”对话框，或使用快捷键CTRL+1。（2）选择“选项卡/条”，单击“新建”按钮。（3）命名后，单击“确定”按钮。2．为自定义的选项卡添加命令（1）菜单→工具，弹出“定制“对话框，或使用快捷键CTRL+1。（2）选择“命令”选项卡。（3）依次从左侧的类别中找到需要添加的命令组，从右侧找到命令拖拽到选项卡中。【练习1-1】自定义选项卡（源文件位置：C1 Part \1_1.prt，视频文件位置：C1 VD\1_1）
第一步 打开定制工具对话框。（1）单击文件“打开”按钮，找到C1 Part \1_1.prt文件，并打开。（2）单击工具栏上菜单的下拉菜单栏，在工具中单击“定制”或使用快捷键CTRL+1进入“定制”对话框（图1-2）。图1-2 “定制”对话框（3）命名后，单击“确定”按钮。
第二步 新建选项卡。（1）单击定制对话框上的“选项卡/条”选项卡，单击“新建”按钮。（2）在名称栏中输入要定制的选项卡的名字（中英文任意，本书作者命名为“曲面设计”），最后单击“确定”按钮。
这样就可以在顶部选项卡中找到自定义的选项卡，接下来，就要添加曲面设计所需要用到的命令（请勿关闭或保存文件直接做以下练习）。【练习1-2】为自定义的选项卡添加命令（源文件位置：C1 Part \1_1.prt，视频文件位置：C1 VD \1_1）
第一步打开定制工具对话框。（1）单击工具栏上的“菜单”，在下拉菜单栏中选择工具，然后单击“定制”。或使用快捷键CTRL+1，进入“定制”对话框。（2）单击“定制”对话框上的“命令”选项卡。
第二步将命令添加到选项卡中。（1）在类别中单击“经典工具条（按组）”，在右侧可以看到一些功能组的名字（图1-3），依次拖拽（单击左键不放，一直保持到自定义的选项卡上放开）曲面、编辑曲面、曲线、编辑曲线、命令到上一步已经自定义的选项卡中。图1-3 定制对话框中的类别
将“形状分析”拖拽到右侧的选项卡中，添加到选项卡上，这样就完成了选项卡的定制（图1-4），以后在曲面设计过程中，就可以快捷地找到命令所在位置（请勿关闭或保存文件，直接做下一节练习）。图1-4 完成定制后的选项卡1.3.2 NX角色定制
利用角色，可以用多种方式来控制用户界面的外观，例如，菜单条上的显示项目、选项卡上显示的按钮、命令和快捷键等。
当定义己知的角色时，用户或系统管理员可以添加它们放置在企业公共服务器中，以方便与他人共享。1．新建角色（1）菜单→首选项，弹出“用户界面”对话框，或使用快捷键CTRL+2。（2）选择“角色”选项卡。（3）单击“新建”按钮，命名后，单击“确定”按钮。（4）选择路径，单击“保存”。2．保存角色（1）在资源条中→角色资源条。（2）在角色资源条中空白处右击，单击“新建用户角色”，弹出“新建用户角色”对话框。（3）命名后，单击“确定”按钮。【练习1-3】新建角色并保存（源文件位置：C1 Part \1_1.prt，视频文件位置：C1 VD \1_1）
第一步 新建可供多台计算机共享的角色文件。（1）单击工具栏上“菜单”的下拉菜单栏，在首选项中单击“用户界面”，或使用快捷键CTRL+2。（2）进入“用户界面首选项”对话框（图1-1）。（3）在“角色”选项卡中，单击“新建角色”按钮。（4）选择要保存的路径后确定，这样刚刚定制的选项卡。可以将此保存的mtx角色文件直接复制到其他安装有NX10的计算机上，通过打开“用户界面首选项”对话框下的“角色”选项卡，单击“加载”，并选择这个文件，这样，就可以将此处的自定义选项卡复制到其他计算机上使用。
第二步 新建并保存角色，可供同一计算机中多用户进行切换。
在左侧的资源条上单击“角色”图标按钮（图1-5）。
在角色的空白区域右击，并单击弹出的“新建用户角色”按钮。（3）命名后，单击“确定”按钮。这样角色资源条就会显示新命名的角色，如果NX的选项卡被其他用户修改了，只需要单击一下刚刚新建的角色就可以还原（无需保存文件，直接关闭）。图1-5 资源条中的角色条和新建的角色第2章NX曲面设计的基本功能【目的】
本章介绍在NX系统下曲面设计中所用到的曲线和曲面命令。
在完成本章学习之后，将能够：
● 掌握创建和编辑曲线工具。
● 掌握创建和编辑曲面的基本功能。
● 掌握形状分析工具对于曲线和曲面连续性的分析。2.1 曲线工具
在NX系统中曲线工具是建立曲面设计的重要基础功能，它是控制曲面连续性的主要工具。从曲面建模逻辑出发，依次是，创建点来控制线，再由线控制曲面。所以，在曲面建模中曲线工具是非常重要的一组功能集合。2.1.1 点集
● 点集功能可以在曲线和面上，按照规律创建一组点。
● 点集功能可以在已有样条上，按控制点位置创建一组点。
● 点集在曲线或面上的分布区域，可以自由调节。
● 点集功能可以创建多条曲线与多个面的交点。1．打开点集功能（图2-1）图2-1 “点集”对话框（1）菜单→插入→基准/点→点集。（2）曲线选项卡→点下拉菜单栏→点集。2．使用点集对话框（1）选择点集的类型和子类型。（2）按类型选择曲线或面，并设置分布区域。（3）设置关联性。【练习2-1】创建点集（文件位置：C2 Part\2_1.prt，视频文件位置：C2 VD\2_1）第一步 打开“点集”对话框。（1）文件→打开，找到C2 Part\2_1.prt文件，并打开。（2）单击菜单，在插入中单击“基准/点”，打开“点集”对话框。
第二步 在曲线上均布点集（图2-2）。图2-2 通过曲线建立均布点集（1）选择点集的类型为“曲线点”和“子类型”中“曲线点产生方法”为“等弧长”。（2）选择车身轮眉边缘上的红色曲线作为曲线均布对象。（3）在“等弧长定义”选项卡中，设定点数为25，起始百分比为0，终止百分比为100。（4）在“设置”选项卡中，将“关联”打上钩，单击“确定”按钮。
第三步 在曲线与基准面的交点处建立点集（图2-3）。图2-3 通过曲线与基准面相交得到点集（1）选择“点集”的类型为交点。（2）依次选择6个基准平面，作为第一组相交面的对象。（3）选择车身侧围上边缘的蓝色曲线，作为第二组相交曲线对象。（4）在“设置”选项卡中，将“关联”打上勾，单击“确定”按钮。
第四步 在参数曲面上建立点集（图2-4）。（1）选择点集的类型为“面的点”，子类型中面点产生方法为模式。（2）基本几何体（图2-4）车身上高亮的部分即灯孔靠后部分。图2-4 在参数曲面上建立点集（3）阵列定义设置为U向和V向均为10。（4）图样限制设置以百分比来限制，设置起始U值为35，终止U值为100，起始V值为0，终止V值为89。（5）在设置选项卡中将关联打上勾，单击“确定”按钮，完成后关闭，不用保存。2.1.2 曲线连续性基础知识
NX在构建曲面时，所使用的是使用NURBS样条曲线，NX中NURBS曲线的最高阶数是24阶。以NURBS样条曲线所构建的曲面，称之为NURBS曲面。NX在曲面的应用过程中，需要与周围其他曲面建立连续性，曲面的连续性必需由事先构建的曲线来保证。1．什么是NURBS
NURBS是非均匀有理B样条曲线（Non-Uniform Rational B-Splines）的缩写，NURBS由Versprille在其博士学位论文中提出，1991年，国际标准化组织（ISO）颁布的工业产品数据交换标准STEP中，把NURBS作为定义工业产品几何形状的唯一数学方法。1992年，国际标准化组织又将NURBS纳入到规定独立于设备的交互图形编程接口的国际标准PHIGS（程序员层次交互图形系统）中，作为PHIGS Plus的扩充部分。Bezier、有理Bezier、均匀B样条和非均匀B样条，都被统一到NURBS中。
NURBS曲线和NURBS曲面在传统的制图领域是不存在的，是为使用计算机进行3D建模而专门建立的。在3D建模的内部空间，用曲线和曲面来表现轮廓和外形。它们是用数学表达式构建的，NURBS数学表达式是一种复合体。这里，只是简要介绍一下NURBS的概念，帮助了解怎样建立NURBS和NURBS，物体为什么会有这样的表现。2．什么是连续性
本书不展开曲线连续性的数学计算过程，主要偏向于实际应用方式，所以在此只介绍影响连续性的重要因素。所有的曲线都有Degree（次数）与Order（阶数），阶数等于次数加一。一条曲线的次数在表现所使用的等式中是最主要的指数。一个直线的等式次数是“1”（图2-5），一个二次的等式次数是“2”，NURBS曲线表现是立方等式，它的次数是“3”，可以把次数设得很高，但通常不必要这样做。虽然次数越高曲线越圆滑，但计算时间也越长，一般只要记住Degree（次数）值越高曲线越圆滑就可以了（图2-6、图2-7）。图2-5 一次曲线阶数是二图2-6 二次曲线阶数是三图2-7 三次曲线阶数是四3．NX中G0、G1、G2、G3的连续性意义（1）G0点连续
可见状态：线与线有公共的交点（图2-8）。图2-8 “艺术样条”对话框
用途：一般机械面线连接。（2）G1相切连续
可见状态：线与线在相接点处相切（函数值=导数值）（图2-9）。 用途：产品圆角。（3）G2曲率连续
可见状态：线与线在相接点处曲率半径相等（图2-10）。
用途：汽车等有一定气动要求及艺术外观反射要求。（4）G3流连续
可见状态：线条连接处在有限元风动中无异样反应（图2-11）。
用途：航空航天器材、空力套件等有严格气动要求的产品。
连续性和次数是有关系的，要建立曲线一端的G2连续性，那么该曲线的次数至少需要三次。一条曲线可以有较高的连续性，但通常人的肉眼不能区别G2及更高的连续性，所以，一般汽车车身曲面，业内称ClassA（即A级）曲面的连续性只需要到达G2或G3即可。2.1.3 艺术样条
艺术样条曲线是NX曲面构建过程中最主要的曲线和空间曲线的构建功能之一。其参数化的关联性设置可以方便工程师快速地通过拖动或修改相关数据来达到对流体动力学驱动形状控制的目的，如车身曲面、机翼和发动机歧管的流向控制等，其应用领域广泛。艺术样条及本书后续介绍的拟合曲线功能，将在NX10及后续版本中逐步替代原有的样条工具。
● 使用艺术样条曲线构建B样条时，可以使用“通过点”或“根据极点”方式进行操作。
● 通过可视手柄拖动控制点或者极点，来调整艺术样条趋势。
● 艺术样条可调节的参数包括：次数、段数和点的位置，并保持关联性。
● 可以控制艺术样条的绘制平面位置和点或者极点的移动方向。
● 可以在艺术样条创建时将头端和尾端进行单侧或者对称延伸。1．打开艺术样条功能（图2-8）（1）菜单→插入→曲线→艺术样条。（2）曲线选项卡→艺术样条。2．使用艺术样条对话框（1）选择类型、参数设置，如次数、段数及是否绘制封闭曲线等设定。（2）设置制图平面、控制移动点的方向。（3）捕捉点或者极点的位置，并通过右击已有的点或者极点，选择指定约束后，就可以使用可视手柄（图2-9）来控制斜率曲率和相切幅值，约束曲线的连续性。图2-9 可视手柄注意：如果使用极点方式，请务必保证捕捉极点的数量多于次数。（4）延伸及关联性设置（图2-10）。图2-10 艺术样条可延伸【练习2-2】创建艺术样条（源文件位置：C2 Part\2_2.prt，视频文件位置：C2 VD\2_2）
第一步 打开“艺术样条”对话框。（1）文件→打开，找到C2 part\2_2.prt文件，并打开。（2）菜单→插入→曲线→艺术样条。
第二步 在平面中通过描点创建艺术样条。（1）在“类型”选项卡中，设置为“根据极点”方式，“参数化”选项卡中，次数设置为5。（2）设置“制图”选项卡中，平面设置为XC-YC方式、“移动”选项卡中选择WCS模式，并选择XC-YC方式作为移动平面（图2-11）。图2-11 在XC-YC平面中绘制样条设置（3）根据图纸输入极点位置，描绘车身部分曲线轮廓（图2-12）。图2-12 在XC-YC平面中根据汽车轮廓绘制样条注意：尽量均布6个极点或更多极点描出车身顶部的轮廓，由于次数是5，所以极点数必须多于5。（4）单击“确定”按钮，完成绘制，关闭文件不用保存（图2-13）。图2-13 完成后的汽车顶侧轮廓绘制样条
第三步 打开艺术样条对话框。（1）文件→打开，找到C2 Part\2_3.prt文件，并打开。（2）菜单→插入→曲线→艺术样条。
第四步 在空间中通过现有点创建艺术样条，并建立连续性。（1）在“类型”选项卡中，设置为通过点方式，“参数化”选项卡中，次数设置为5。（2）在“制图平面”选项卡中，平面设置为视图方式，“移动”选项卡中，选择视图模式（图2-14）。图2-14 在空间中通过现有点创建艺术样条并建立连续性（3）在上边框条中的选择过滤器的点过滤器中，启用端点捕捉器和现有点捕捉器（图2-15），并以此选择汽车门框上部的左侧红线端头，并依次选择蓝色的基准点，最后，选择汽车门框上部的右侧红线端头（图2-14）。图2-15 启用端点捕捉器和现有点捕捉器（4）右击第一个点，单击G2连续，再右击最后一个点，同样选择G2连续，这样就为样条两侧添加了连续性（图2-16），单击对话框底部向下的箭头，即显示更多按钮，单击约束选项卡中的列表，这样就可以从列表中查看，并在需要的时候通过右击，修改相关点的连续性（图2-17）。图2-16 为两侧添加连续性图2-17 从列表中查看相关点的连续性（5）最后单击“确定”按钮，关闭文件，不用保存。2.1.4 拟合曲线
使用拟合曲线功能可以通过输入一组点自动拟合出直线、圆弧、椭圆及样条，是逆向曲面建模中得到曲线的一种主要方式。
● 可以创建开放的或封闭的曲线。
● 被拟合曲线的长度可以通过手柄的拖拉或输入数值进行延伸（图2-18）。图2-18 按数值进行延伸
● 如果拟合出现误差，预览结果会显示具体的误差情况和所在位置（图2-19）。图2-19 误差预览结果显示
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