第1章 Creo Parametric 4.0曲面设计入门概述

本章导读：

曲面设计在现代产品设计中具有举足轻重的作用。而Creo Parametric 4.0强大的曲面功能可以帮助使用者构建出具有美妙曲面效果的产品造型。

本章主要介绍Creo Parametric 4.0曲面设计的入门知识，包括曲面专业性概念及术语、曲面类别、曲面设计基本思路、Creo Parametric 4.0曲面设计概述、在Creo Parametric 4.0中自定义方便曲面设计的功能区面板，在本章的最后还介绍了关于曲面设计的两个体验范例，让读者对曲面设计的操作过程有清晰的认识。

1.1 曲面入门概念基础

在现代工业产品设计中，曲面设计是非常重要的。我们身边的很多产品都具有流畅的外形曲面，例如鼠标、手机、电熨斗、电热水壶、电话机、吸尘器、摩托车、轿车等。曲面技术的发展已经将简单的产品造型世界推向了一个崭新造型且操作更加自如的曲面产品世界。

在目前的工业产品设计领域中，可以用来进行曲面设计的主要三维设计软件有Pro/Engineer、Creo、Siemens NX、CATIA、SolidWorks、CAXA实体设计等。使用这些高端的三维设计软件基本上可以进行产品概念设计、外形设计、结构设计、参数分析和产品效果渲染等。其中，Creo Parametric 4.0软件不但可以很好地构建规则或不规则的常规曲面形体，还可以快速准确地解决自由形式曲面造型的问题，使整个设计开发或变更的周期比以往大大缩短，并为整个工程的制造生产提供强大的技术支持和指导。

本节将简单地介绍曲面入门概念基础，这些基础知识包括曲面专业性概念及术语、曲面类别等。

1.1.1 曲面专业性概念及术语

在曲面设计过程中，经常会碰到与曲面相关的一些专业性概念及术语。下面列举常见的曲面专业性概念及主要术语，见表1-1。

表1-1 曲面专业性概念及主要术语

1.1.2 曲面的类别

曲面的分类有很多种，如果按照创建方法来划分，可以分为专业曲面、高级曲面、造型曲面（样式曲面，英文简称为ISDX）、逆向工程（REX）、小平面等。这里所指的专业曲面是指利用拉伸工具、旋转工具、扫描工具、混合工具、合并工具、延伸工具、偏移工具等创建或编辑的参数化曲面；而造型曲面则是一种“随心所欲”设计的概念曲面，它具有艺术性和技术性完美结合的特点。在Creo Parametric 4.0的零件模式下，专门集成了一个用于设计一类自由形式曲面的功能强大、建模直观的造型设计环境，在该设计环境中用户可以灵活地创建没有节点数目和曲线数目限制的超级造型特征。而“逆向工程”模块提供一整套的自动、半自动和手动工具，以帮助在多面数据或三角形化数据的顶部重建曲面CAD模型。

对于汽车设计行业的工程师而言，通常要掌握一种按照工艺属性来划分的曲面划分方法，即将曲面分为A级曲面、B级曲面和C级曲面。这种曲面类别划分法开始是主要针对汽车外壳的曲面品质等因素而提出来的，现在已经扩展到其他产品领域。

1.A级曲面

A级曲面的主要特点是光顺流畅，避免在光滑表面上产生突然的凹陷或凸起等，当然允许在局部细节有按照要求的曲率逐渐变化的过渡曲面。总之，A级曲面通常要使产品外形摆脱机械性的生硬过渡连接，而讲究完美和谐的曲面效果，即重视产品表面的曲面品质。

需要设计者注意的是，A级曲面的品质评定标准通常源于客户工程的需求和要求。

2.B级曲面

B级曲面与A级曲面的设计立足点是不同的，B级曲面更注重性能和工艺要求，而不必过于考虑人性化的设计。在产品设计中，对于从外观上看不到或不易看到的地方，可以考虑设计成B级曲面，这样可以适当降低加工成本。

3.C级曲面

C级曲面是指比B级曲面要求更低的曲面，这类曲面一般在成型后不再需要进行表面处理，多位于使用者或客户不能直接看到的产品区域。

1.2 曲面设计基本思路

在现代产品三维造型设计中，曲面设计（或称曲面造型）是其中的重点和难点。曲面设计的基本思路主要有如下3种。

（1）原创产品设计，从草图开始一步一步构建曲面模型。

（2）根据平面效果或图样进行曲面造型。

（3）逆向工程，即点测绘造型。

1.3 Creo Parametric 4.0曲面设计概述

Creo Parametric 4.0最值得称赞的特点在于其参数化设计、基于特征建模、关联性（相关性）和柔性建模等。下面对使用Creo Parametric 4.0进行曲面设计的常见方法和特点进行概述。

拉伸曲面：拉伸曲面是指将剖面按照指定的方式沿着与草绘平面垂直的一个或两个方向拉伸而产生的曲面。

旋转曲面：旋转曲面是指剖面曲线绕一条中心轴线，按照特定的角度旋转所形成的曲面特征。

扫描曲面：扫描曲面是指将二维剖面沿着指定轨迹路径扫描而生成的曲面特征。

可变截面扫描曲面：可变截面扫描曲面是一类特殊的扫描曲面，它是在一个或多个选定轨迹扫描剖面时通过控制剖面的方向、旋转和几何来生成的曲面。在沿轨迹线扫描的过程中，可以设定剖面控制的方式（如剖面垂直于轨迹、剖面垂直于投影或剖面恒定法向）等。

混合曲面：混合曲面是指连接多个草绘剖面而形成的平滑面组，也即由一系列直线或曲线串联所形成的曲面特征。可以有3种类型的混合曲面，即平行混合曲面、旋转混合曲面和一般混合曲面。

扫描混合曲面：扫描混合曲面的创建方式结合了扫描和混合两种方式。

填充曲面：填充曲面其实就是“平面曲面”，它是由位于某平面内的平整闭环剖面包围成而产生的曲面，即通过指定平面型的边界曲线来定义一种平整型的曲面特征。

螺旋扫描曲面：螺旋扫描曲面是指将剖面沿着螺旋形的轨迹线以设定的方式扫描而成的曲面特征。

边界混合曲面：边界混合曲面是指通过指定一个方向上的曲线或两个方向上的曲线来生成的一类实用曲面特征。在创建此类曲面特征的过程中，如果需要，可以根据设计要求来为某个方向上的指定边界设置约束条件和约束参照，还可以为曲线添加影响曲线、定义具体的控制点等，以得到满意的曲面模型。该类曲面特征的建构方法非常灵活，可以说是曲面设计使用较为频繁的一种典型的曲面建构方法。可以将边界混合曲面归纳在高级曲面的范畴里。

ISDX曲面：ISDX曲面即“造型”曲面，它是在专门的造型环境中创建的，此类曲面在创建和处理造型曲线时的灵活性和控制能力等方面不受具体的常规参数影响，它没有节点数目和曲线数目的限制，可进行快速修改和更新，但同样可以有自己内部的父子关系，可以与其他Creo Parametric 4.0特征具有关联性。

其他高级曲面：在Creo Parametric 4.0零件建模模块中，还可以使用“顶点圆角”“将切面混合到曲面”“展平面组”“展平面组变形”“从文件混合”“将截面混合到曲面”“在曲面间混合”“圆锥曲面和N侧曲面片”“曲面自由成型”等工具命令创建相应的高级曲面特征。

在Creo Parametric 4.0中，除了可以创建以上所列举的曲面特征或曲面几何之外，还可以通过强大的编辑修改工具（相交、投影、合并、镜像、修剪、延伸、偏移、复制粘贴、阵列等）来获得满足设计要求的曲线或曲面面组。

此外，由曲面同样可以创建实体，例如，通过加厚曲面面组，对曲面面组进行实体化处理即可以构建实体。

总而言之，曲面设计的方法在整个三维模型设计中是非常丰富灵活的，同时也是最复杂的，这需要设计人员巧妙应用，总结经验，并且在实际设计时要有一定的耐心与信心。

1.4 自定义方便曲面设计的功能区面板

在Creo Parametric 4.0系统中，如果要经常进行曲面造型设计，那么用户可以根据自身设计需要和喜好来自定义方便曲面造型设计的功能区面板。例如，在功能区“模型”选项卡的“曲面”面板中添加一些在初始默认状态时不显示在功能区的高级曲面工具按钮，设置示例如图1-1所示，其具体的定制操作步骤如下。

新建一个零件文件，或者打开一个零件文件，从而进入零件设计模式。

要使上述要添加的工具命令显示在“所有命令”列表（稍后在“Creo Parametric选项”对话框中会介绍到“所有命令”列表）中，需要将配置选项“enable_obsoleted_features”的值设置为“yes”（其默认值为^*no）。这里，先在功能区上打开“文件”选项卡，接着选择“选项”命令，系统弹出“Creo Parametric选项”对话框，在左窗格中选择“配置编辑器”，单击“添加”按钮，在弹出的“添加选项”对话框的“选项名称”文本框中输入“enable_obsoleted_features”，从“选项值”下拉列表框中选择“yes”，如图1-2所示，然后单击“添加选项”对话框中的“确定”按钮，再单击“Creo Parametric选项”对话框中的“确定”按钮，并确定要将这些设置保存到配置文件。

图1-1 功能区“模型”选项卡的“曲面”面板

a）初始默认状态时 b）添加了一些平时不显示在功能区的高级曲面工具

图1-2 利用“Creo Parametric选项”对话框等设置配置选项的值

再次在功能区上打开“文件”选项卡并接着选择“选项”命令，系统弹出“Creo Parametric选项”对话框。在“Creo Parametric选项”对话框的左窗格中选择“自定义”节点下的“功能区”，接着在位于左窗格右侧的“类别”下拉列表框中选择“所有命令（设计零件）”选项，此时，当前命令列表是“所有命令”列表，从该命令列表中选择要添加的曲面命令（工具），例如，选择要添加的“从文件混合”命令，紧接着在最右侧列表框中展开“模型”选项卡中的“曲面”组节点，再展开并选择“曲面溢出”节点，如图1-3所示，然后单击“将选定项添加到功能区”按钮 ，则将选定的工具命令添加到功能区“模型”选项卡的“曲面”溢出面板中。使用同样的方法，再分别将“圆锥曲面和N侧曲面片”“在曲面间混合”“将截面混合到曲面”“曲面自由成型”这几个命令添加到功能区“模型”选项卡的“曲面”溢出面板中。

图1-3 利用“Creo Parametric选项”对话框自定义功能区

可以利用“上移选定项”按钮 和“下移选定项”按钮 来调整选定命令在“曲面”溢出面板中的排序位置。

在“Creo Parametric选项”对话框中单击“确定”按钮。

1.5 曲面设计的体验范例1

本节通过一个曲面设计的体验范例，让读者先熟悉一下曲面设计的操作过程。该体验范例的操作过程如下。

新建零件文件。

在“快速访问”工具栏单击“新建“按钮 ，打开“新建”对话框。

在“新建”对话框中，接受默认的“类型”选项为“零件”，“子类型”选项为“实体”；在“名称”文本框中输入文件名“bc_1_a”，取消勾选“使用默认模板”复选框，如图1-4所示，然后单击“确定”按钮。

系统弹出“新文件选项”对话框，在“模板”选项组中选择“mmns_part_solid”，如图1-5所示，然后单击“确定”按钮，进入零件模块的设计界面。

图1-4 “新建”对话框

图1-5 “新文件选项”对话框

创建旋转曲面。

在功能区“模型”选项卡的“形状”面板（也称“组”）中单击“旋转”按钮 ，则功能区出现“旋转”选项卡。

在“旋转”选项卡中单击“生成曲面”按钮 。

在“旋转”选项卡中单击“放置”选项，打开“放置”面板，接着单击该面板中的“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。

选择FRONT基准平面作为草绘平面，如图1-6所示，然后单击“草绘”对话框中的“草绘”按钮，进入草绘模式。

图1-6 指定草绘平面

绘制图1-7所示的旋转剖面，注意要在“基准”面板中单击“中心线”按钮 ，在旋转剖面中添加一根几何中心线来定义旋转轴，然后单击“确定”按钮 ，完成草绘并退出草绘模式。

说明：创建旋转特征需要定义要旋转的剖面和旋转轴，注意旋转轴必须位于旋转剖面的草绘平面中，而旋转剖面只能位于旋转轴的一侧。旋转轴既可以是外部参照（使用有效类型的现有零件几何），也可以是内部中心线（在草绘器中创建的中心线）。可以在草绘器中创建几何中心线来定义旋转轴，如果剖面中包含一条以上的几何中心线，那么默认的旋转轴是创建的第一条几何中心线。用户可以更改剖面中的默认旋转轴，其方法是先选择要作为旋转轴的一条几何中心线或一般中心线，接着在功能区“草绘”选项卡中选择“设置”|“特征工具”|“指定旋转轴”命令即可。

接受默认的旋转角度为360。，然后单击“旋转”选项卡中的“完成”按钮 。创建的旋转曲面如图1-8所示。

图1-7 绘制剖旋转剖面

图1-8 创建旋转曲面

以拉伸的方式切除曲面部分。

在功能区“模型”选项卡的“形状”面板中单击“拉伸”按钮 ，打开“拉伸”选项卡。

在“拉伸”选项卡中单击“生成曲面”按钮 和“去除材料”按钮 。

打开“放置”面板，接着单击该面板中的“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。

在“草绘”对话框中单击“使用先前的”按钮，进入草绘模式。

绘制图1-9所示的剖面，然后单击“确定”按钮 。

选取已有的旋转曲面作为要切剪的面组。

在“拉伸”选项卡中的深度选项下拉列表框中选择 （穿透）选项，接着打开“选项”面板，从“侧2”下拉列表框中也选择 （穿透）选项，如图1-10所示。

图1-9 绘制剖面图形

图1-10 “选项”面板

在“拉伸”选项卡中单击“完成”按钮 ，切除部分曲面的效果如图1-11所示。

图1-11 切除部分曲面的效果

创建阵列特征。

确保选中刚创建的拉伸切口特征，在“编辑”面板中单击“阵列”按钮 ，打开“阵列”选项卡。

在“阵列”选项卡的“阵列类型”下拉列表框中选择“轴”选项，选择A_1特征轴作为轴阵列的轴参照，接着设置第一方向的阵列成员数为“3”，输入第一方向的相邻阵列成员间的角度为“120”，如图1-12所示。

图1-12 设置轴阵列参数

在“阵列”选项卡中单击“完成”按钮 ，创建轴阵列的完成效果如图1-13所示。

图1-13 创建轴阵列

加厚曲面。

在位于图形窗口右下角区域的“选择过滤器”下拉列表框中选择“面组”选项，接着在绘图区域单击曲面面组，然后在“编辑”面板中单击“加厚”按钮 ，打开“加厚”选项卡。

在“加厚”选项卡的 （总加厚偏移值）文本框中输入“5”，如图1-14所示。

图1-14 “加厚”选项卡

在“加厚”选项卡中单击“完成”按钮 ，加厚曲面的效果如图1-15所示。

图1-15 加厚曲面

保存文件。

在“快速访问”工具栏中单击“保存”按钮 ，打开“保存对象”对话框。

在“保存对象”对话框中，指定将文件保存到的目录（即指定保存路径），然后单击“确定”按钮。

1.6 曲面设计的体验范例2

本节再介绍一个关于曲面设计的体验范例，该范例完成的模型效果如图1-16所示。

图1-16 完成的模型效果

该模型的具体设计步骤如下。

新建零件文件。

在“快速访问”工具栏单击“新建“按钮 ，打开“新建”对话框。

在“新建”对话框的“类型”选项组中选择“零件”单选按钮，在“子类型”选项组中选择“实体”单选按钮；在“名称”文本框中输入文件名“bc_1_b”，取消勾选“使用默认模板”复选框，然后单击“确定”按钮，系统弹出“新文件选项”对话框。

在“模板”选项组中选择“mmns_part_solid”，然后单击“确定”按钮，进入零件模块的设计界面。

创建旋转曲面。

在“形状”面板中单击“旋转”按钮 ，打开“旋转”选项卡。

在“旋转”选项卡中单击“生成曲面”按钮 。

选择FRONT基准平面作为草绘平面，快速进入草绘模式。

绘制剖面，注意单击“基准”面板中的“中心线”按钮 ，在剖面中添加一条将定义旋转轴的几何中心线，如图1-17所示。单击“确定”按钮 ，完成草绘并退出草绘模式。

接受默认的旋转角度为360。，在“旋转”选项卡中单击“完成”按钮 ，创建的旋转曲面如图1-18所示。

图1-17 草绘图形

图1-18 创建旋转曲面

创建基准平面。

在功能区“模型”选项卡的“基准”面板中单击“平面”按钮 ，打开“基准平面”对话框。

选择所需的旋转曲面片，并将其相应的约束类型选项设置为“相切”，接着按住〈Ctrl〉键的同时选择RIGHT基准平面，然后将其相应的约束类型选项设置为“平行”，如图1-19所示。

图1-19 创建基准平面

单击“基准平面”对话框中的“确定”按钮，完成基准平面DTM1的创建。

草绘曲线。

在“基准”面板中单击“草绘”按钮 ，弹出“草绘”对话框。

选择DTM1基准平面作为草绘平面，以TOP基准平面为“左”方向参照，单击“草绘”对话框中的“草绘”按钮。

绘制图1-20所示的圆弧组合曲线。

图1-20 绘制圆弧组合曲线

单击“确定”按钮 ，完成草绘并退出草绘模式。按〈Ctrl+D〉快捷键，以默认的标准视角方向显示模型。

创建扫描曲面。

在“形状”面板中单击“扫描”按钮 ，接着在出现的“扫描”选项卡中单击“曲面”按钮 ，如图1-21所示，并默认选中“沿扫描进行草绘时截面保持不变”按钮 。

图1-21 “扫描”选项卡

在“扫描”选项卡中打开“参考”面板，在图形窗口中选择之前绘制的曲线链作为扫描轨迹（注意轨迹线的起点箭头位置，如果发现默认的起点箭头不是所需要的，则可以通过单击该起点箭头来进行切换），并设置“截平面控制”选项为“垂直于轨迹”，如图1-22所示。

图1-22 “扫描”选项卡

在“扫描”选项卡中单击“创建或编辑扫描截面”按钮 ，进入草绘模式，绘制图1-23所示的截面图形，然后单击“确定”按钮 。

在“扫描”选项卡中打开“选项”面板，确保取消勾选“封闭端”复选框，如图1-24所示。

图1-23 绘制截面图形

图1-24 “选项”面板

在“扫描”选项卡中单击“完成”按钮 ，完成创建图1-25所示的扫描曲面特征。

阵列操作。

选中扫描曲面特征，在“编辑”面板中单击“阵列”按钮 ，打开“阵列”选项卡。

在“阵列”选项卡的“阵列类型”下拉列表框中选择“轴”选项，在模型窗口中选择中心特征轴；接着在“阵列”选项卡中单击“设置阵列的角度范围”按钮 ，并设置阵列的角度范围为“360。”，然后输入第一方向的阵列成员数为“5”，如图1-26所示。

图1-25 完成创建扫描曲面特征

图1-26 定义轴阵列

在“阵列”选项卡中单击“完成”按钮 。

曲面合并。

将选择过滤器的选项设置为“特征”，单击图1-27所示的一个曲面以选中此扫描特征，接着按住〈Ctrl〉键选择旋转曲面。

在“编辑”面板中单击“合并”按钮 ，打开“合并”选项卡。

在“合并”选项卡中单击“改变要保留的第二面组的侧”按钮 ，使要保留的面组侧如图1-28所示。

图1-27 选择其中一个曲面特征

图1-28 设置要保留的面组侧

单击“完成”按钮 ，该合并结果如图1-29所示。

用同样的方法，继续合并其他面组。在合并过程中注意使用“改变要保留的第一面组的侧”按钮 和“改变要保留的第二面组的侧”按钮 来设置相应的要保留的面组侧。

最终合并面组后的结果如图1-30所示。

圆角。

在“工程”面板中单击“圆角”按钮 ，打开“圆角”选项卡。

在“圆角”选项卡中输入半径值为“2.8”。

图1-29 合并结果

图1-30 最终合并面组后的结果

结合〈Ctrl〉键选择所需的边参照，如图1-31所示。

单击“完成”按钮 ，圆角结果如图1-32所示。

图1-31 选择要圆角的边参照

图1-32 圆角结果

创建加厚特征。

在绘图区域选中面组，接着从“编辑”面板中单击“加厚”按钮 ，打开“加厚”选项卡。

在“加厚”选项卡的 （总加厚偏移值）文本框中输入“1”，并注意“选项”滑出面板中的设置，如图1-33所示。

在“加厚”选项卡中单击“完成”按钮 ，加厚曲面的效果如图1-34所示。

图1-33 “加厚”选项卡

图1-34 曲面加厚的效果

隐藏曲线。

在模型树中单击“草绘1”特征，如图1-35所示，接着从出现的快捷工具栏中单击“隐藏”按钮 。

最终获得的模型效果如图1-36所示。

图1-35 单击“草绘1”特征

图1-36 模型效果

保存文件。

在“快速访问”工具栏中单击 （保存）按钮。

在打开的“保存对象”对话框中，指定保存路径，然后单击“确定”按钮。

1.7 本章小结

Creo Parametric 4.0是一款较新版本的高端设计应用软件。它的功能模块涉及从设计到制造模拟的各个方面，如概念设计、零件设计、装配设计、数据协同、模拟仿真、模具设计、NC加工、电缆布线等。

本章首先介绍了曲面入门概念基础，让初学者大概了解曲面专业性概念、术语以及曲面类别，接着扼要地介绍曲面设计基本思路和Creo Parametric 4.0曲面设计概述。这些知识内容将对初学者起到很好的导向作用，便于初学者接下去系统地学习Creo Parametric 4.0曲面造型知识。

在本章中，还特意介绍了如何自定义方便曲面造型设计的功能区面板。

最后，通过两个关于曲面设计的体验范例，让读者初步体验曲面设计的操作过程。

1.8 思考练习

（1）在Creo Parametric 4.0中，如何理解广义曲面、面组、曲面片、曲面阶次、规则曲面和造型曲面等这些概念与术语？

（2）什么是A级曲面、B级曲面和C级曲面？

（3）曲面设计基本思路主要有哪3种？

（4）如何在Creo Parametric 4.0中自定义方便曲面设计的功能区面板？可以以一个特例进行介绍。