第二章 体素特征与布尔运算

2.3.1  接头创建范例

本范例通过如图2-16所示的接头重点介绍长方体和圆柱的创建过程和布尔操作。
根据接头结构特点，建模步骤如下。

1．创建新部件文件
启动UG NX，选择“文件”→“新建”菜单命令，在打开的“新建”对话框 “模板”列表框选择“模型”，选择目录建立新部件文件“geometry_linkhead.prt”，单位为mm。建立该部件文件后，UG NX工作于建模应用模块。

图2-16  接头

a）着色显示方式  b）线框显示方式

2．创建正方体
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“长方体”命令，在打开的对话框的“类型”下拉列表框选择“原点和边长”选项，在对话框的“长度（XC）”、“宽度（YC）”和“高度（YC）”文本框分别输入长方体的长、宽、高参数，均为100，单击“确定”按钮，创建正方体。
在图形窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“定向视图”→“正二测视图”，设置视图方向为正二测视图。同样，在弹出的快捷菜单中选择“渲染样式”→“静态线框”，设置模型不可见部分的轮廓线以虚线显示。
提示：
1）如果未专门指定长方体原点，默认以坐标原点为长方体原点。
2）在默认情况下，选择“静态线框”命令后模型不可见部分的轮廓线不显示为虚线，在此情况下，选择“首选项”→“可视化”菜单命令，打开“可视化首选项”对话框，打开“视觉”选项卡，在该对话框展开“边显示设置”选项组，在“隐藏边”右侧的下拉列表框选择“虚线”选项，如图2-17所示，单击“确定”按钮关闭对话框，可设置实体不可见部分的轮廓线显示为虚线。

3．创建圆柱
（1）指定轴线方向
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“轴，直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，在打开的选项中选择“ZC轴”选项 ，使该圆柱轴线为铅垂方向，此时在长方体的原点显示一个Z轴方向的矢量，如图2-18所示。
（2）指定底面圆心位置
在“圆柱”对话框单击“指定点”，将光标置于长方体底面的左侧边缘的中点附近，将在光标附近显示中点捕捉提示，如图2-18所示，单击鼠标左键捕捉该边的中点为圆柱底面圆心。

图2-17 “可视化首选项”对话框

图2-18  指定轴线方向和底面圆心位置

（3）设定参数和指定布尔运算方式
在“圆柱”对话框的“直径”和“高度”文本框分别输入100，即设置圆柱的直径和高度均为100。在“布尔”下拉列表框选择“求和”选项，单击“确定”按钮，将所创建的圆柱和正方体合并，得到的模型如图2-19所示。

图2-19  合并后的正方体和圆柱

上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_linkhead1.prt”。
提示：
为了便于捕捉特定点，可在“圆柱”对话框单击“指定点”后，将图形窗口上方的“选择条”工具栏中的各个点捕捉方式图标按钮按下（当图标按钮变为白色后表示被按下，再次单击可弹起并变为灰色），将所有捕捉方式启动。这样，当光标置于某个对象附近时，可用点的捕捉方式将自动在光标附近显示，如果所显示的捕捉方式正是自己所需，单击鼠标左键即可完成捕捉。

4．通过在上述实体减去一圆柱形成圆孔
（1）指定轴线方向
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“轴，直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，在打开的选项中选择“ZC轴”选项 ，使该圆柱轴线为铅垂方向。
（2）指定圆柱底面圆心的位置
在“圆柱”对话框单击“指定点”，将光标置于上步创建的圆柱的底面圆心位置附近，出现如图2-20所示的捕捉圆心的标记后，单击鼠标左键，捕捉该圆心为新建圆柱的底面圆心。
（3）设定参数和指定布尔运算方式
设置圆柱的直径为50，高度为100，在“布尔”下拉列表框选择“求差”选项，单击“确定”按钮，从上述实体中减去该圆柱，得到的实体如图2-21所示。

图2-20  捕捉底面圆心

图2-21  通过减去圆柱打孔

上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_linkhead2.prt”。
提示：
在利用“选择条”中点的捕捉方式自动捕捉某个特定点时，如果不容易直接找到捕捉点，可将光标置于所捕捉的对象附近，稍等片刻，将会在光标附近出现多选标志，如图2-22所示。此时单击鼠标左键，将弹出如图2-23所示的“快速拾取”对话框，该对话框的列表框中列出了所有可用的捕捉方式，在其中单击所需的捕捉方式，即可捕捉所需点。

图2-22  多选标志

图2-23 “快速拾取”对话框

5．通过在上述实体减去一长方体形成矩形槽
（1）重新定位WCS
选择“格式”→“WCS” →“原点” 菜单命令，首先，在打开的“点”对话框的“类型”下拉列表框中选择“圆弧中心/椭圆中心/球心”选项，用鼠标选择上述所创建的模型底面的半圆或圆，使工作坐标系原点移至圆柱底面的圆心。然后，在对话框下部的“偏置选项”下拉列表框选择“矩形”选项，设置“XC增量”和“YC增量”为0，而“ZC增量”为50，即将坐标原点从底面圆心沿Z轴向上移动50。最后单击“确定”按钮关闭对话框。此时，WCS原点被移至圆孔轴线的中间，如图2-24所示。
提示：
可通过“格式”→“WCS” →“显示”菜单命令控制图形窗口中WCS是否显示。
（2）创建长方体
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“长方体”命令，在打开的“长方体”对话框的“类型”下拉列表框选择“原点和边长”选项，单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框中的“XC”文本框输入-50，“YC”文本框输入-50，“ZC”文本框输入-25，即设置长方体的角点坐标为（-50，-50，-25），单击“确定”按钮关闭“点”对话框。
设置长方体的参数“长度（XC）”为100，“宽度（YC）”为100，“高度（ZC）”为50，在“布尔”下拉列表选择“求差”选项，单击“确定”按钮完成开槽操作，得到的模型如图2-25所示。

图2-24  重新定位WCS

图2-25  开槽后的实体模型

上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_linkhead3.prt”。

6．创建轴线为水平方向的圆柱
（1）指定轴线方向
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“轴、直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，在打开的选项中选择“YC轴”选项 ，使圆柱的轴线方向为YC轴的正向。
（2）指定圆柱底面圆心的位置
单击“圆柱”对话框的“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在随后打开的“点”对话框中设置圆柱底面圆心坐标为（0，100，0），单击“确定”按钮关闭“点”对话框。
（3）设置圆柱参数和布尔运算方式
设置圆柱的直径为60，高度为150，在“布尔”下拉列表框选择“求和”选项，单击“确定”按钮创建圆柱，得到的模型如图2-26所示。

图2-26  创建轴线为水平方向的圆柱

7．通过在右侧圆柱减去一圆柱形成圆孔
（1）指定轴线方向
重新从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“轴、直径和高度”选项，单击“指定矢量”右侧的“矢量对话框”图标按钮 ，在打开的“矢量”对话框的“类型”下拉列表框选择“按系数”选项，在“系数”选项组选择“笛卡尔坐标系”单选按钮，设置参数：I＝0，J＝-1，K＝0，使其轴线方向为Y轴的负方向，如图2-27所示，单击“确定”按钮关闭“矢量”对话框。
（2）指定圆柱底面圆心的位置
在“圆柱”对话框单击“指定点”最右侧的箭头，选择“圆弧中心/椭圆中心/球心”选项 ，选择该水平圆柱右端面的圆，指定该端面的圆心为新建圆柱的底面圆心，如图2-27所示，
（3）设置圆柱参数和布尔运算方式
设置圆柱的直径为25，高度为200，在“布尔”下拉列表框选项“求差”选项，单击“确定”按钮，在右侧水平圆柱减去所创建的圆柱，形成圆孔，得到如图2-28所示的接头的实体模型。

图2-27  指定轴线矢量和圆心位置

图2-28  减去圆柱形成圆孔

上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\ geometry_linkhead4.prt”。

8．保存文件
选择“文件”→“关闭”→“保存并关闭”菜单命令，保存并关闭部件文件。

2.3.2  操纵杆创建范例

本范例通过如图2-29所示的操纵杆重点介绍球、长方体、圆柱和圆锥的创建过程和布尔运算操作。
根据操纵杆结构特点，建模步骤如下。

1．创建新部件文件
启动UG NX，选择“文件”→“新建” 菜单命令，在打开的“新建”对话框的“模板”列表框选择“模型”，选择目录建立新部件文件“geometry_controlpole.prt”，单位为mm。

2．创建球
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“球”命令，在打开的“球”对话框的“类型”下拉列表框选择“中心点和直径”选项，单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置“XC”、“YC”和“ZC”的值均为0，即设置球心坐标为（0，0，0），单击“确定”按钮关闭“点”对话框。
在“球”对话框设置球的直径为50，在“布尔”下拉列表框选择“无”选项，单击“确定”按钮创建球体。
在图形窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“定向视图”→“正二测视图”，设置视图方向为正二测视图。同样，在单击右键弹出的快捷菜单中选择“渲染样式”→“静态线框”，并采用前面提到的方法，利用“可视化首选项”对话框设置模型不可见部分的轮廓线以虚线显示。

图2-29  操纵杆

a）着色显示  b）线框显示

3．创建圆柱与上述球体进行差运算
（1）创建第一个圆柱
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“轴、直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，选择“ZC轴”选项 ；单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置圆柱底面圆心的坐标为（0,0,15），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置圆柱的直径为50，高度为20，选择布尔运算方式为“求差”，单击“应用”按钮，在上述创建的球体减去圆柱，得到的实体模型如图2-30所示。
（2）创建第二个圆柱
在仍然打开的“圆柱”对话框中单击“指定矢量”最右侧的箭头，选择“-ZC轴”选项 ；单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置圆柱底面圆心的坐标为（0,0,-15），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置圆柱的直径为50，高度为20，选择布尔运算方式为“求差”，单击“确定”按钮，在上述创建的实体减去圆柱，得到的实体模型如图2-31所示。
上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_controlpole1.prt”。

图2-30  在球的上方减去圆柱

图2-31  在球的下方减去圆柱

4．在上述实体创建倾斜的圆台作为锥柄
（1）旋转坐标系
因为手柄为倾斜方向，首先需要旋转WCS，然后根据旋转后的WCS创建圆锥。选择“格式”→“WCS” →“旋转”菜单命令，在打开的对话框中选择单选按钮 ，在“角度”文本框输入旋转角度75，单击“确定”按钮，将WCS绕X轴沿顺时针方向旋转75º。
选择“格式”→“WCS” →“显示” 菜单命令，可观察到WCS旋转到如图2-32所示的位置。
（2）创建圆台
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆锥”命令，在打开的“圆锥”对话框的“类型”下拉列表框选择“直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，选择“ZC轴”选项 ；单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置圆柱底面圆心的坐标为（0,0,20），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置“底部直径”为12，“顶部直径”为15，“高度”为80，选择布尔运算方式为“求和”，单击“确定”按钮创建圆台，得到的实体模型如图2-33所示。

图2-32  旋转WCS

图2-33  创建圆台

5．在圆台底面创建锥柄端部球体
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“球”命令，在打开的“球”对话框的“类型”下拉列表框选择“中心点和直径”选项，单击“指定点”最右侧的箭头，选择“圆弧中心/椭圆中心/球心”选项 ，选择上述创建的圆台右侧端面边缘，即指定端面圆心为新建球体的球心；设置球的直径为15，布尔操作方式为“求和”，单击“确定”按钮创建球体，得到的模型如图2-34所示。

图2-34  创建锥柄端部球体模型

上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_controlpole2.prt”。

6．通过在上述实体减去一个长方体形成方孔
（1）旋转坐标系
由于现在WCS为倾斜方向，需要首先对WCS进行旋转。选择“格式”→“WCS” →“旋转”菜单命令，在打开的对话框中选择单选按钮 ，在“角度”文本框输入旋转角度-75，单击“确定”按钮，将WCS的Z轴恢复为垂直方向。
（2）创建长方体
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单中选择“长方体”命令，在打开的“长方体”对话框的“类型”下拉列表框选择“原点和边长”选项，单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置长方体原点坐标为（-7.5, -7.5, -15），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置长方体的参数“长度（XC）”为15，“宽度（YC）”为15，“高度（ZC）”为30，在“布尔”下拉列表框选择“求差”布尔运算方式，单击“确定”按钮，在上述模型中减去长方体，得到的操纵杆如图2-35所示。
上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_controlpole3.prt”。

图2-35  减去长方体形成方孔

7．保存文件
选择“文件”→“关闭”→“保存并关闭”菜单命令，保存并关闭部件文件。

2.3.3  手柄创建范例

本范例通过如图2-36所示的手柄重点介绍圆锥、长方体、圆柱的创建过程和布尔运算操作。

图2-36  手柄

1．创建新部件文件
启动UG NX，选择“文件”→“新建”菜单命令，在打开的“新建”对话框的“模板”列表框选择“模型”，选择目录建立新部件文件“geometry_handgrip.prt”，单位为mm。

2．创建圆台
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆锥”命令，在打开的“圆锥”对话框的“类型”下拉列表框选择“直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，选择“YC轴”选项 ；单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置圆台底面圆心的坐标为（0,0,0），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置圆锥的底部直径为11，顶部直径为14，高度为1.5，布尔运算方式为“无”，单击“确定”按钮创建圆台。
在图形窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“定向视图”→“正二测视图”命令，设置视图方向为正二测视图。同样，在右键快捷菜单中选择“渲染样式”→“带有隐藏边的线框”命令，设置不可见部分的轮廓线不显示。创建的圆台如图2-37所示。

3．创建圆柱
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单中选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“圆弧和高度”选项，选择如图2-37所示的圆台顶面边缘，此时显示一个沿YC轴负方向的矢量，单击“反向”图标按钮 将其反向；设置圆柱的高度为14，布尔运算方式为“求和”，单击“确定”按钮创建圆柱，得到的模型如图2-38所示。

图2-37  圆台

图2-38  创建圆柱

4．创建长方体
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“长方体”命令，在打开的“长方体”对话框的“类型”下拉列表框选择“原点和边长”选项，单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置长方体原点坐标为（-5.5,0,-5.5），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置长方体的参数“长度（XC）”为11，“宽度（YC）”为15.5，“高度（ZC）”为11，在“布尔”下拉列表框选择“求交”布尔运算方式，单击“确定”按钮，得到的模型如图2-39所示。
上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_handgrip1.prt”。

5．创建圆柱
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“圆弧和高度”选项，选择如图2-39所示的圆柱端面圆弧，此时显示一个沿YC轴负方向的矢量，单击“反向”图标按钮 将其反向；设置圆柱的高度为24，布尔运算方式为“求和”，单击“确定”按钮创建圆柱，得到的模型如图2-40所示。

图2-39  创建长方体

图2-40  创建圆柱

6．创建圆台
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单选择“圆锥”命令，在打开的“圆锥”对话框的类型下拉列表框选择“底部直径，高度和半角”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，选择“YC轴”选项 ；单击“指定点”最右侧的箭头，选择“圆弧中心/椭圆中心/球心”选项 ，然后选择如图2-40所示的圆柱的端面圆弧，设置圆弧圆心为圆台底面圆心；设置圆台的底部直径为14，高度为1.5，半角为45º，布尔运算方式为“求和”，单击“确定”按钮创建圆台，得到的模型如图2-41所示。

7．创建圆柱
从“特征”工具栏的设计特征下拉菜单中选择“圆柱”命令，在打开的“圆柱”对话框的“类型”下拉列表框选择“轴、直径和高度”选项，单击“指定矢量”最右侧的箭头，选择“ZC轴”选项 ；单击“指定点”右侧的“点对话框”图标按钮 ，在打开的“点”对话框设置圆柱底面圆心的坐标为（0,30,-7），单击“确定”按钮关闭“点”对话框；设置圆柱的直径为4，高度为14，选择布尔运算方式为“求差”，单击“确定”按钮，在上述创建的模型中减去圆柱，得到的模型如图2-42所示。

图2-41  创建圆台

图2-42  创建圆柱

上述创建的模型可参考光盘文件“UGNX part\chapter2\geometry_handgrip2.prt”。

8．保存文件
选择“文件”→“关闭”→“保存并关闭”菜单命令，保存并关闭部件文件。