1、板鞋鞋底模型曲面造型实例本实例将对图 1-1 所示的板鞋鞋底模型进行曲面造型设计。 、产品名称：板鞋鞋底图 1-1 板鞋鞋底模型1.1 板鞋鞋底模型曲面造型设计分析本实例通过导入的 2d 工程图逐步绘制出 3d 曲面模型，主要步骤为整理 2d 工程图、求模口线、做大面、做台阶面、做颗粒、做底花、做商标、做侧墙条纹、做内仁面等。通过本实例可以了解板鞋鞋底曲面造型流程，了解鞋底模型曲面建模的一些思路，进一步熟悉软件功能，基本流程如表 1-1 所示。表 1-1 基本步骤序号 步骤 应该功能 完成结果1 整理 2d 工程图 图层管理移动3D 旋转2 求模口线 两视图构造曲线3 做大面 拉伸面蒙皮面面面
2、倒角线面裁剪4 做台阶面 曲线桥接曲线吸附流线裁剪蒙皮面5 做颗粒面 曲线投影皂型面6 做底花 曲线投影区域裁剪曲线7 做商标 线面裁剪8 做侧墙条纹 双轨扫掠9 做内仁 单轨扫掠拉伸面蒙皮面下面将详细介绍本实例的设计过程。1.2 整理 2D 图1.2.1 整理图素这个步骤主要是将通过 IGES 文件导入的曲线图素用不同的图层保存，方便在后面的操作中有条理的管理。具体操作如下：1在【文件】菜单中单击【 输入】在其子菜单中单击【 三维曲线曲面】 ，如图 1-2 中弹出的【输入文件】对话框中选在鞋底模型 2D 图 IGES 文件。图 1-2 输入文件2. 将造型不需要的图框、标注等图素删除。平移
3、2D 图，将 BOTTOM 视图定位至坐标原点；图 1-3 2d 工程图2点击【曲线】菜单中的【 直线】命令，绘制如图 1-4 中的直线，用绘制出的直线打断剖面参考线，为剖面翻转做准备工作；1-4 打断剖面参考线3在【图层管理】对话框中单击 【新建】建立多个图层，各个图层作用如表 1-2；表 1-2 图层图层名称 作用2d 输入的原始 2D 图形，作为原图加锁留作备份，以备误操作后恢复使用bottom 将底视图图素拷贝至此图层保存top 将顶视图图素拷贝至此图层保存in 将内腰视图图素拷贝至此图层保存out 将外腰视图图素拷贝至此图层保存aa 将龙骨剖视图图素拷贝至此图层保存sec 将截面剖视
4、图图素拷贝至此图层保存heel 将鞋头视图图素拷贝至此图层保存mk 求出模口线后保存到此视图，模口线为重要曲线，工作中需要模口线时可以将此视图中的模口线拷贝到工作层使用work 造型过程中的中间线面操作均在此图层中，不同的步骤完成后拷贝到合适的图层保存分别设定不同的图层颜色，以便在随后的造型中便于观察区分。将各个视图分别拷贝至对应图层，2d 作为一个备份图层加锁，如果在绘图中出现误操作而造成其他图层中的图素丢失，还可以从 2d 图层中找到相应的图素还原，如图 1-5。1-5 图层管理器1.2.2 挂剖面图此步骤主要是将各个视图调整到合适的位置，方便在后续的操作中观察分析 2D 图，方便提取曲线
5、建立曲面。具体操作如下：1在【变换】菜单中单击【 3D 旋转】 ，如图 1-6 所示以旋转 in 视图为例，绕着 XY 平面向下旋转 90°。同理将 aa、out、in、sec、heal 绕着 XY 平面向下旋转 90 度，完成后如图 1-7。1-6 3D 旋转剖视图1-7 旋转完成后的 2D 图2将 sec 视图中的鞋底剖视图移动到底视图相应的位置上 ，先选取一个截面剖视图，单击【变换】菜单中的【平移】 ，如图 1-8，将其移至 bottom 视图中剖面线和鞋跟中心线的交点处。完成结果如图 1-9。1-8 2D 平移1-9 平移完成3将 aa 龙骨剖面图挂到 bottom 视图的龙
6、骨线上。1) 将 bottom 视图中的龙骨线（本例板鞋中龙骨线与鞋头平分线重合） ，拷贝到 work 图层。如图 1-10 所示，龙骨线在 bottom 中的位置。1-10 龙骨线2) Z 向拉申龙骨线生成拉伸面。选取龙骨线，单击 【曲面】菜单中的【拉伸面】命令，如图 1-11。1-11 拉伸3) 将龙骨剖面投影到生成的拉伸面上，单击【曲线】菜单中的【借助曲面生成】在其子菜单中单击命令【投影到面】 ，按步骤选取 aa 剖视图与拉伸面，投影方向为 X 向，如图 1-12 所示。投影完成后删除提取出的龙骨线与拉伸得到的面。 1-12 投影通过上述步骤，整理 2d 图完毕，生成如 1-13 所示视
7、图。1-13 整理完成1.3 求模口线1将 bottom 视图中的模口线 复制到 work 图层，并以龙骨线打断模口线为两条线；复制in 视图和 out 视图中的模口线至 work 层，如图 1-14。1-14 复制出的线2为了使用【两视图构造曲线 】求出光顺的模口线，需要整理上步由各个视图提出曲线。a) 单击【曲线】菜单中【延伸】命令，在弹出的导航栏中选取子命令【延伸到点】 ，两端延伸由 in 和 out 视图中取出的模口线，如图 1-15 所示。1-15 延伸曲线b) 单击【曲线】菜单中【组合】命令，将 in 和 out 视图中提取出的线组合起来。1-16 组合曲线c) 单击【曲线】菜单中
8、【重建】命令，重建上步曲线得到光顺的样条曲线。1-17 重建曲线说明：曲线重建功能是用一条新的样条曲线拟合原曲线，在用户允许的误差范围内生成新的节点均匀的样条曲线。重建曲线可以使组合曲线拟合成光顺的样条曲线，由这样的曲线生成的曲面参数线合理，可以减少在后续的裁剪、偏移等变换操作中的出错几率。在鞋底模型中，通常重建误差控制在 0.02mm 即可。如下图 1-18。1-18 曲线重建范例3单击【曲线】菜单中【借助曲线生成 】在其子菜单中单击 【两视图构造曲线】命令，使用 in 视图的模口线与 bottom 视图的模口线求出一段模口，同理使用 out 与 bottom 求出一段，如图 1-19。1-
9、19 求出的模口线4检查模口线是否准确，是否与各个剖面有正确的对应关系。首先，求出的模口线与各个剖面上的模口线在视图方向是重合。其次，与 sec 视图上的尖点无大误差（0.1mm 左右， ） 。如图 1-20。1-20 模口线与 SEC 剖面图的对应点5将生成的 3D 模口线，移动到 mk 图层；1.4 做大面（基面）此步骤是构造出鞋底模型的基础曲面，即着地面和侧墙面。鞋底上的颗粒、花纹都是以这些基面为基础构造的。1.3.1 构造着地面1在 aa(龙骨视图)视图中提取着地线，两端延伸，组合，重建曲线。如图 1-21。1-21 提出着地线2延 X 向拉伸刚生成的着地线，生成着地面的原始面，如图
10、1-22；1-22 拉伸生成着地面的原始面3确定下角线角点并绘制下角线 （下角线为鞋大底部分的外轮廓线 ） ；显示 sec 视图，单击【曲线】菜单中的【倒角】命令，在弹出导航栏中选取子命令【两线倒尖角】 ，将sec 剖面上部圆角处倒出尖角，并在尖角点绘制一点。aa 视图进行同样的操作。如图 1-23。1-23 倒尖角隐藏 sec、aa 视图，单击【曲线】菜单中【借助曲面生成 】 ，在其子菜单中单击【投影到面】命令，将这些点投影至 XOY 平面。打开 bottom 视图，观察那条线与投影产生的点是最接近。如图 1-24，蓝色点与 bottom 中外板线重合，那么拷贝外板线到work 图层，那么这
11、条外板线就是我们要求的下角线在 XOY 平面上的投影线。1-24 与在 bottom 中线对应这里需要说明下：本例中由于鞋子类型为板鞋的关系，例子的外板线与下角线是重合的，而在大部分类型（篮球、跑步、足球等）的鞋子这 2 条线是不重合的，一般仅有外板线( 也有绘制出下角线的 2d 图) ，下角线需要自己通过对应关系求出。4复制 bottom 视图中的外板线至 work 层，单击【曲面】菜单中【裁剪】 ，在其子菜单中单击【投影线裁剪】命令，使用此线延 Z 向裁剪原始着地面 ，得到着地面；如图 1-25。使用提取边界线命令提取着地面的边界线，得到的即为下角线，新建一个名字为 3DL 的图层，将下角
12、线移动到图层，方便后续操作管理。1-25 裁剪曲面1.3.2 构造侧墙1 显示 sec 图层，测量出上外肉厚（侧板面的厚度） ，如图 1-26，所有剖面的上外肉厚全部测量一遍，得到数据在 2.9mm-3.1mm 之间。那么上外肉厚取 3mm。这里需要说明：我们从 2d 上测量出上外肉厚数据一般不是一个固定的数值，原因是绘制 2d 工程图时描图和测量都是有误差的。但一般上外肉厚在绘制 3d 模型时是取一个固定数值的，可以从测量的数值中取中间值作为建 3d 模型用的上外肉厚数值（上外肉厚不均等的鞋底模型也存在，具体问题具体分析） 。1-26 上外肉厚示意图2根据测量得出的上外肉厚，单击【曲线】菜单
13、中的【 等距】 ，在其子菜单中单击【单线等距】命令，将前面得到的模口线进行单线等距 3mm，得到上外线，移动到 3DL 图层保存；1-27 等距模口线3 求上外线、下角线与各剖面的交点。将 sec 剖面和 aa 龙骨剖面的剖面线取出并拷贝至work 图层。 延 z 方向拉伸剖面线生成剖面，如下图 1-28。1-28 拉伸各剖面线点击【曲线】菜单中的【点】命令，在弹出的导航栏中选取【线面交点】子命令，求剖面与上外线、与下角线的交点，如下图 1-29。1-29 求交点求此交点的作用：由于绘制 2D 图时存在误差，如图 1-31，我们求出的上外线、下角线与剖面图存在偏差（在 0.5mm 以内） ，如
14、果直接使用剖面上的线和上外线、下角线做面，非常容易出现曲面无法生成或生成的曲面扭曲等等问题。为此，我们需要用 3 点圆弧逼近剖面上的侧墙部分的线，求出的上外线与下角线的交点即为 3 点圆弧中的 2 点。如图 1-32。1-31 误差 1-32 三点圆弧4 根据上步求出的交点与剖面图上的侧墙曲线上的最近点绘制 3 点圆弧，并移动到 3DL图层。得到如图 1-32 线架，下一步就使用线架来做曲面。1-32 线架1.3.3 构造侧墙1、单击【曲线】菜单中【打断 】命令，在弹出的导航栏中选取 【单点打断】命令，在上外线和下角线的鞋头和鞋跟交点处分别打断曲线，如图 1-33，为蒙皮面做准备。1-33 打
15、断曲线2、单击【曲面】菜单中的【 蒙皮】 ，在其子菜单中单击【 双向蒙皮面】命令，使用上外线、下角线为 U 方向而绘制出的 3 点圆弧为 V 方向构建曲面，如图 1-34。1-34 蒙皮面大面绘制完成后效果如图 1-35。1-35 完成效果1.3.4 侧墙倒圆角1 在剖视图上测量出着地面和侧墙的过渡圆角大小；注意： 每个剖面上的圆角都需要测量，大部分鞋底着地面与侧墙的过渡圆角都是变半径的。由于龙骨剖面有过一步投影操作，会导致圆弧变成了样条曲线，可以使用测量中的“3 点角度 ”命令得到近似的半径值，如图1-36。1-36 测量出圆角大小2单击【曲面】菜单中的【 倒角】 ，在其子菜单中单击【 两面
16、倒角】 ，在弹出的导航栏中选择【变半径倒角】对着地面和侧墙进行倒圆角，注意在倒角时先不裁剪曲面，因为着地面比侧墙面要大很多，在倒角时同时裁剪曲面将使着地面被减破，如图 1-37。所有倒角完成后，裁剪多余曲面如图 1-38。1-37 变半径倒角1-38 完成倒角3显示模口线，单击【曲面 】菜单中的【倒角】 ，在其子菜单中单击 【曲线曲面倒角】 ，在弹出的导航栏中选择【等半径倒角】对模口线和侧墙进行线面倒角，倒角半径为上外肉厚3mm，如图 1-39。注意：如果出现倒圆角不连贯的地方，可以通过蒙皮面或是两面拼接补全。1-39 线面倒角 1-40 完成效果到这里，鞋底模型的大面就完成了，如图 1-40
17、。下面的将是台阶、花纹，颗粒等细节部分的绘制过程。1.5 做台阶、台阶面的构造包括两个部分，一是台阶底面部分以及与侧墙曲面倒角面重绘（需要手工补较多的曲面） ，一是台阶面上有 2 条底面与侧墙都有的条纹。下面分别介绍。1.3.1 构造台阶面1台阶部分 bottom 视图上的位置如图 1-41，将这部分图素复制到 work 图层，打开 sec 剖面图对比观察。测量台阶数据，台阶是由着地面 Z 向下降 1.5mm 形成。1-41 台阶面在 bottom 视图上的部分2单击【曲面】菜单中的【 裁剪】在其子菜单中单击【 投影线裁剪】 ，在弹出的导航栏中选择子命令【分割曲面】 ，使用在 bottom 中
18、提取出线分割着地面，将分割出的台阶面改变一个颜色，并 Z 向下降 1.5mm，如图 1-45。1-42 分割曲面3继续分割台阶面，得到中间的圆台部分， z 向下降 1mm，如图 1-43。1-43 中间圆台4 用直纹面补齐台阶周围，生成竖直面，如图 1-44 所示。说明：这里补出竖直面原因是台阶与着地面之间有一个半径 1mm 的倒角，倒角可以通过竖直面与着地面生成。如果不存在倒角的话，这里不需要补竖直面，加工时自然会加工出竖直效果。1-44 直纹面5鞋腰处的倒角面与台阶面有了缝隙，所以台阶面必须与侧墙曲面重新倒角 ，曲面效果才能光顺。首先删除部分原倒角曲面。单击【曲面】菜单中的【裁剪】在其子菜
19、单中单击【流线裁剪】 ，在弹出的导航栏中选择子命令【分割曲面】 ，分割原倒角面，删除中间的一段，如图 1-45。1-45 流线裁剪6 对台阶面与侧墙倒角，倒角半径 3mm。如果直接用两面倒角无法生成倒角面，那么就分别提取台阶面与侧墙面的原始曲面（保留原曲面） ，生成倒角面后再删除提取出的原始面。如图 1-46，完成后的效果。1-46 完成后的倒角面7做出台阶与着地面之间半径为 1mm 的倒角，如图 1-47 所示。、1-47 完成后的倒角面8如何将 1-48 图中的部分补起来得到几张与周边曲面光顺连接（G1 连续）的曲面是本例鞋底造型中的难点；1-48 需要部的部分这种补面的方法很多，只要得到
20、的面光顺合理就可以，下面介绍下我的方法。、用“流线裁剪”将侧墙曲面分割，如图 1-49 所示。1-49 流线裁剪侧墙面、用【吸附裁剪】侧墙上比新倒角曲面高的部分裁剪掉，如图 1-50 所示。1-50 吸附裁剪、使用【流线裁剪】在倒角面角点处分割侧墙剩余的曲面，为桥接曲线做准备，如图 1-51 所示1-51 流线裁剪分割曲面、单击【曲线】菜单中的【桥接】命令，在弹出的导航栏中选择【线线桥接】子命令，桥接如图 1-52 中两面的边界线；1-52 桥接曲线、将桥接得到的曲线吸附在台阶与侧墙的倒角面上，整理吸附完的曲线，在倒角面边缘处接顺曲线，如图 1-53 所示。1-53 吸附曲线、桥接曲线的另外
21、2 根边界线，如图 1-50 所示。1-54 桥接曲线、利用桥接生成的曲线生成蒙皮面，如图 1-50 所示。1-55 生成蒙皮面、继续桥接曲面边界线，如图 1-56 所示。1-56 桥接曲线、利用桥接生成的线生成蒙皮面，如图 1-57 所示。1-57 蒙皮面、修剪多余面边角后，改变曲面颜色就完成了，如图 1-58 所示。1-58 缺口补面完成前后对比安装上述方法将另外一边曲面补好，模型中间的台阶部分造型就算完成了，如图 1-59所示。1-59 完成的台阶部分曲面1.3.2 构造台阶面的条纹1取出 bottom 视图和内腰视图中的曲线分别投影到台阶面和侧墙，如图 1-60 所示。1-60 台阶面
22、上的条纹曲线2整理投影曲线，将侧墙上的条纹线与台阶面上的条纹线光滑连接（G1 连续） 。以一边为例子介绍下过程、删除倒角面上和侧墙上部分条纹线，这部分需要手动接顺，如图 1-61 所示。1-61 删除曲线、桥接 2 段曲线，然后吸附到倒角面与侧墙面上，曲面边缘处曲线断开的，打断重新桥接，直到接的满意为止，如图 1-62 所示。1-62 整理好的条纹曲线3通过观察 bottom 视图，可以看到 条纹剖面形状。使用三点圆弧，挂条纹的剖面线，如图 1-63 所示。1-63 绘制条纹的剖面4单击【曲面】菜单中的【 扫掠面】在其子菜单中选择 【双轨扫掠】命令，通过上述步骤生成的曲线为轨迹线生成条纹面，如
23、图 1-64 所示。1-64 扫掠生成条纹面5曲面裁剪，生成条纹面，台阶面部分就全部完成了，如图 1-65 所示。1-65 完成的台阶部分曲面1.6 做颗粒1.4.1 构造隔色沟1如图 1-66 所示，通过读图识别鞋底面的构成，发现该图主要由颗粒、底花和商标构成，其中颗粒的基面为着地面等距得到，底花和颗粒面与商标所在的面中间有一道隔色沟，在造型中一般通过构造加工线来表示，在 NC 加工中用单线雕刻走出；1-66 bottom 视图中的底图案2用加工线来表示隔色沟，将 bottom 中蓝色标记的线向内等距 0.75mm 得到隔色沟加工线，建立新图层 NCL，将此线移动到其中保存，如图 1-67
24、所示。1-67 隔色沟加工线1.4.2 构造颗粒基面1用隔色沟加工线，分割前面生成的着地面 ；得到的曲面按照 sec 视图是测量得到的1.5mm，z 向下降，如图 1-68 所示。1-68 颗粒基面1.4.3 构造颗粒1从 bottom 视图中取出颗粒线 ，拷贝至 work 图层，将圆弧有缺口的曲线还原成圆，在小圆中心绘制十字线（为中间的圆形曲面做准备） ，投影到的颗粒基面，如图 1-69 所示。 1-69 颗粒结构线2在 sec 上测量颗粒高度为 1.5mm，所以将颗粒曲线 z 向抬高 1.5mm 并保留原曲线，通过上下颗粒曲线生成直纹面，构造颗粒的基本曲面，对颗粒的上表面（也就是着地面）倒
25、圆角，半径测量为 1mm，如图 1-70 所示。1-70 颗粒曲面4构造颗粒顶面向下凹的曲面，将小圆内的十字线拷贝并向 z 方向下降 1mm，绘制 3 点圆弧，如图 1-71 所示。1-71 颗粒凹面线架5单击【曲面】菜单中的【 皂型面】命令，使用上述绘制出的曲线补齐颗粒顶面凹圆弧面，如图 1-72 所示。1-72 颗粒凹面6同样方法完成所有的颗粒，效果如图 1-73 所示。1-73 完成图1.7 做底花在 bottom 视图中可以看出底花是较为规律的格子状图案，所以可以用 XY 平面上的加工线来表示，在编 NC 路径时，直接给出单线雕刻然后投影到加工面即可。制作思路是：先绘制出单个底花的加工线，复制移动加工线覆盖整个模型；然后取出底花的区域边界线，通过 2D 环境中的【区域裁剪曲线】 命令到正确底花加工线。1从 bottom 视图中复制几个底花图素到 work 图层，通过【等距】得到加工线，如图 1-74 所示。1-74 底花局部2通过移动复制，得到足够的底花加工线，能覆盖这个 bottom 视图。重线通过模型清理删除，如图 1-75 所示。
