三维曲面建模 ------- 螺旋桨
三维曲面建模实验报告
实验名称：螺旋桨三维曲面建模班级： 100601班
姓名：谢志平学号：10060132
指导老师：宋伟
一、实验目的
1．掌握曲面建模方法。
2. 复习飞行器基本知识。
二、实验设备
1．硬件：笔记本电脑一台；
2．软件：操作系统windows8.1rtm ；绘图软件CATIA V5R20。
三、实验内容
1．三维曲面建模概述
曲面建模是通过对物体的各个表面或曲面进行描述而构成曲面的一种建模方法。
建模时，先将复杂的外表面分解成若干个组成面，这些组成面可以使用上面介绍的方法构成一个个基本的曲面元素。
然后通过这些曲面元素的拼接，就构成了所要的曲面。
在计算机内部，曲面建模的数据结构只需要在线框建模的基础上建立一个面表，即曲面是由哪些基本曲线构成。
一般常用的曲面生成方法：线性拉伸面、直纹面、旋转面、扫描面等。
2．操作步骤
1)启动CATIA
2）进入“创成式外形设计”操作界面，新建零部件
3）选取x-z平面，进入草绘如图
4)选取横轴，进行360°三维旋转曲面1如图
5）选取y-z平面，进入草绘如图
6）退出草绘，进入曲面拉伸如图
7）拉伸完毕后，再次进入z-x平面进行草绘3如图
8）继续z-x平面进行草绘4如图
9)选择投影定义功能，选择草图4沿着y轴投影如图
11)同理，选择投影定义功能，选择草图3沿着y轴投影如图
13）如图，创建平面1
14)选取相交功能，将提取4与平面1进行相交如图
15）在平面1上进行草绘5如图
16) 如图创建直线4如图
17）同理，创建平面2
18)在新创建的平面2上进行草绘6
19）退出草绘后，选择多截面曲面功能，选择草图5、6、7，引导线为之前的提取线3、4如图
20）创建平面3如图
21）选择多重输入相交功能，将平面3 与提取线3、4相交于两点
22）在平面3上进行草绘7 如图
23）同理，在平面1上进行草绘8
24）选择草绘8 进行曲面拉伸
25）选择拉伸3曲面和旋转曲面移除分割如图
26)选择草绘8 进行180°的关于轴线旋转如图
27）对旋转廓1进行曲面拉伸
28）同理选择拉伸4和旋转曲面1进行移除分割
29）选择多截面曲面1进行180°的关于轴线的旋转
30）隐藏部分点线面后，最后结果如图
31）保存文件
四：总结
这次上机操作主要是运用创成式曲面设计的一些新的功能。
多次运用了旋转曲面、相交、分割、提取和多截面曲面功能，难度较大。
由于这次做的是一个飞机的螺旋桨，参阅的书籍不多，曲面参数未严格的定义，主要是参照网络图片绘出。
这次课程设计重新运用CATIA ，很久未用，在练习的过程中，不断进行新的学习。
基于CAXAV2013的螺旋桨三维建模与多轴编程技术
投稿信箱：******************.cn基于CAXA V2013的螺旋桨三维建模与多轴编程技术□广东省工商高级技工学校 郎永兵螺旋桨是指靠桨叶在空气中旋转将发动机转动功率转化为推进力的装置，或有两个或较多的叶与毂相连，叶向后的一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种船用推进器。
螺旋桨分为很多种，应用十分广泛，如飞机、轮船等。
螺旋桨模型的工程图如图1所示，以国产CAD/CAM软件CAXA制造工程师2013为例，其建模、编程具体操作如下。
一、图样分析如图1所示，该螺旋桨由中间的毂与3个螺旋叶片组成。
其中，中间的毂由圆柱、半椭球等组成；螺旋叶片是基于螺距80mm、圈数0.7mm、半径65mm的螺旋线两边偏置1mm的两叶片曲线与螺距80mm、圈数0.7mm、半径21.5mm的螺旋线两边偏置3.5mm的两叶片曲线而形成的三维直纹螺旋曲面，结合CAXA软件建模可得螺旋叶片的叶片曲线是由半径65mm 螺旋线与半径21.5mm螺旋线组成的直纹螺旋面向两边等距1mm与等距3.5mm后形成的等距面上的边界曲线；螺旋叶片的端部倒圆角R25mm，与中间毂倒圆角R7.5mm，叶片外部轮廓倒圆角R1mm。
螺旋桨模型的加工依据其加工部位、模型构建过程与装夹方式可简单划分为以下几个部分：①螺旋桨底部的加工；②螺旋桨整体开粗；③顶部曲面（椭球面）精加工；④叶片外部边沿R25mm、R7.5mm和R1mm倒圆角加工；⑤叶片精加工；⑥叶片底部边沿R7.5mm倒圆角加工；⑦叶片中间柱面槽精加工；⑧R6mm倒圆角加工。
图1 螺旋桨模型工程图二、螺旋桨三维模型构建螺旋桨的三维模型构建步骤主要由中间基础模型、叶片模型与模型细节处理（倒角、过渡）3个部分组成。
根据螺旋桨模型工程图（图1）完成螺旋桨三维建模，具体创建和操作如下。
1.中间基础模型构建在X-Z平面建立基础模型草图，应用软件二维绘图功能【直线】和【椭圆】完成草图绘制；使用【旋转增料】完成回转体模型构建，选择【打孔】功能完成中间基础模型的构建，如图2所示。
基于UGGrip的船用螺旋桨三维建模关键技术
第35卷 第4期大连海事大学学报Vol.35 N o.4 2009年11月Journal of Dalian Maritime University N ov., 2009文章编号:1006-7736(2009)04-0121-03基于UG Grip的船用螺旋桨三维建模关键技术程 东1,朱新河1,邓金文2(1.大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连 116026; 2.中国船级社广州分社,广州 510000)摘要:为建立精确的船用螺旋桨三维模型,采用UG Grip二次开发技术探讨了船用螺旋桨三维建模的关键技术,实现了对桨叶叶尖、导(随)边缘过渡、防鸣音随边、根部过渡等关键部位的合理处理,建立了精确的三维螺旋桨模型.关键词:船用螺旋桨;三维模型;UG G rip;防鸣音中图分类号:U664.31 文献标志码:AKey technologies for3D modeling of marinepropeller based on UG GripCHENG Dong,ZHU Xin-he,DENG Jin-wen(1.Marine Eng ineering College,Dalian M aritime University,Dal ian116026,China;2.Guangzhou B ranch,China ClassificationSociety,Guangzhou510000,China)A bstract:T o establish a precise3D model of marine propeller, the key technolo gies fo r3D modeling of marine propeller were studied by using UG G rip seco ndary development,and a precise 3D model with co rrect treatment of blade tip,fillets of leading edge and trailing edge,anti-singing edge and blade root fillets w as established.Key words:marine propeller;3D mo del;UG G rip;anti-sing ing0 引 言建立完善的船用螺旋桨三维模型是实现螺旋桨铸造过程模拟、铸造砂型制作、数控加工等工艺过程的关键和难点,也是实现螺旋桨强度分析、特性分析的基础.国内不少学者对螺旋桨的三维造型方法进行了研究[1-4],但所建模型均未涉及叶尖、导(随)边缘过渡、防鸣音处理、根部过渡等关键技术.目前常用的三维模型设计软件主要有Pro E、UG NX、MDT 等.其中,UG NX(UG)是当今世界上先进的、紧密集成的、面向制造业的三维CAD CAM CAE高端软件之一,被众多制造商广泛应用于工业设计、工程仿真和数字化制造等领域.尤其是UG Grip的二次开发功能为用户提供了方便和功能扩展的空间.因此,本文拟采用UG Grip的二次开发技术自动实现螺旋桨的三维建模,并对桨叶的边缘和根部等关键部位进行合理处理,以建立精确的船用螺旋桨三维模型.1 船用螺旋桨三维建模的关键技术1.1 螺旋桨三维造型方法螺旋桨三维建模时,通常先建立桨叶的模型,再进行桨毂的造型,然后进行两者之间的过渡连接.桨叶的形状由轮廓参数和型值参数决定.桨叶轮廓参数主要包括截面半径、螺距、后倾值(角)等.图1 桨叶截面参数图1为桨叶截面型值参数示意图.图中C为叶截面型宽,CLE为导边到基线的距离(辐射参考系的距离),SS为吸力面型值点到螺距线的距离,PS 为压力面型值点到螺距线距离.造型时先构造出压力面和吸力面曲线,再对导边和随边进行过渡圆角处理.其中RLE、R TE为导边和随边的过渡圆角半径,Y TE、Y LE为过渡圆圆心到螺距线的距离.建立三维模型时,需将二维型值点转换为三维空间坐标点,再在立体空间中构造出桨叶的各个截面轮廓,然后利用BSURF命令构造出整个桨叶的外表面.三维空间坐标转换公式如下[5]:x=r cos((l-h tan)cosr)收稿日期:2009-08-25.作者简介:程 东(1972-),男,安徽宿州人,博士,副教授,E-mail:chddmu@.y =r sin ((l -h tan )cosr )z =P θ2π+h cos -r tan φθ=(l -h tan )cosr其中:r 为切面半径;h 为型值点到螺距线的距离;l为型值点到基线的距离; 为螺距角;φ为后倾角;P 为螺距.螺旋桨工艺型值参数较多,人工输入较为繁琐.为此,可事先将上述参数存入一个tx t 文件,然后利用FETCH 命令在执行程序时读出上述数据,便可实现模型的自动建立.1.2 导边、随边过渡圆的处理螺旋桨叶片切面运转于非均匀的尾流场中,叶切面边缘处圆弧的大小对螺旋桨的性能有极大的影响,特别对空泡性能的影响较大.因此螺旋桨边缘的圆弧处理正确与否,将严重影响螺旋桨的性能.通常设计单位只提供螺旋桨轮廓参数和叶面型值参数,桨叶边缘部分没有型值点参数,只有过渡圆角半径和圆心,且各个半径处的圆角半径各不相同.本文在二维坐标系统中首先根据各截面型值点构造出上下表面曲线,然后通过FILLET 指令根据已知的过渡圆角半径和圆心构造出过渡曲线.导边、随边过渡圆的圆心坐标分别为(RLE ,YLE )、(C -R TE ,Y TE ),如图2(a )所示.最后对过渡曲线进行离散处理,生成若干个点作为圆角部位的型值点[图2(b )],以便于与叶面、叶背的型值点拟合出各个半径处封闭的截面曲线.图2 桨叶边缘的过渡圆1.3 随边抗鸣音处理鸣音产生的主要原因是桨叶随边产生的漩涡频率恰好与桨叶的固有频率相近,使叶片发生弹性振动.常用的抗鸣音处理方法有:①加厚法:将桨叶随边中部加厚,使由桨叶随边发出的一系列漩涡引起的振动频率低于桨叶本身的固有频率.②减薄法:将桨叶随边中部减薄,使由桨叶随边发出的一系列漩涡引起的振动频率高于桨叶本身的固有频率.③特殊构造法:特殊构造法有多种,可以在随边部分粘贴一排小圆块,或把桨叶随边做成锯齿形,或者将桨叶的随边做成抗鸣音边.本文采用的抗鸣音边如图3所示.造型时先根据型值参数求出点A (0,TE 2)、点B (0,-TE 2)和m 点坐标(C -X TE ,0),通过m 点做一条垂直螺距线chord 的直线M 1M 2,求出直线M 1M 2与该截面的上下两条叶面曲线的交点M 1和M 2,连接M 1A 和M 2B ,对该两条直线进行离散,并在该两条直线上各选取4个点作为新的型值点.图3 抗鸣音边1.4 桨叶根部的过渡处理完成叶根的过渡处理,建立一个完善的螺旋桨三维模型是实现后期数控加工和应力分析的基础.图4 桨叶根部的过渡为减少应力集中,设计时叶根部有时采用两个过渡半径.图4中,R I 为第一过渡半径,H 为该半径的过渡起始处;R II 为第二过渡半径.当只有一个过渡半径时,R I =0.另外,多数大型螺旋桨设计时只给出最大截面的过渡半径R 0,而实际沿周向不同区域的过渡半径值不同.结合实际生产经验,本文所采用的过渡半径变化规律如图5所示(叶面、叶背相同).所122 大连海事大学学报 第35卷 形成的桨叶根部的过渡曲面如图6所示.图5 过渡半径R沿根部的变化图6 根部的过渡曲面1.5 桨叶尖部的处理上述方法所形成的三维桨叶模型的尖部并没有实现密封.为形成完整、封闭的三维实体,为后续的螺旋桨模型特性分析奠定基础,必须对桨叶的尖部进行合理处理.首先将导边和随边的边缘轮廓线过渡连接,形成如图7所示的桨叶尖端曲线,然后利用导边过渡曲线、随边过渡曲线、压力面曲线、吸力面曲线及桨叶尖端的过渡曲线,根据SSURF 命令形成桨叶尖端表面.图7 桨叶尖端曲面的形成方法1.6 模型特性分析将上述形成的桨叶尖部、桨叶表面及根部的过渡曲面缝合,并进行复制旋转.绘制完桨毂后形成的三维螺旋桨模型如图8所示.在此基础上可利用ANLSIS 命令进行螺旋桨的特性分析,计算其体积、重量,为螺旋桨铸造工艺参数的确定奠定基础.图8 三维螺旋桨模型2 结 论本文采用UG Grip 二次开发技术探讨了船用螺旋桨三维建模的关键技术,实现了对桨叶叶尖、导(随)边缘过渡、防鸣音随边、根部过渡等关键部位的合理处理,建立了精确的三维螺旋桨模型,为船用螺旋桨的三维建模提供一条有效的途径,也为船用螺旋桨的制造、加工和特性分析奠定了基础.参考文献(References ):[1]张振金,薛兆鹏.利用U G G RIP 构建螺旋桨三维数字模型[J ].现代制造工程,2009(2):52-55.[2]李艳聪,郑清春,薛兆鹏.基于UG Grip 的螺旋桨三维设计技术研究[J ].天津理工学院学报,2003,19(1):40-43[3]张宏伟,王树新,侯 巍,等.螺旋桨三维建模方法研究[J ].机床与液压,2006(5):60-63.[4]谢云平,张 伟,李 娟.基于NA PA 的螺旋桨几何造型和图形生成方法研究[J ].江苏科技大学学报:自然科学版,2009,23(1):9-12[5]姚 山,麻春英,徐艳丽,等.复杂曲面船用螺旋桨铸造工艺三维参数化设计[J ].铸造,2006,55(10):1004-1006.123第4期 程 东,等:基于UG Grip 的船用螺旋桨三维建模关键技术 。
螺旋桨三维建模方法研究
摘要 : 推导了螺旋桨叶切面处局部坐标系到全局坐标系的坐标变换公式 , 并提出了相应的坐标点计算程序设计方法 , 在此基础上用实例介绍了在 Pro / ENGINEER绘图环境下的螺旋桨三维实体建模过程 。
关键词 : 螺旋桨 ; 坐标变换 ; 三维建模 中图分类号 : TP391172 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3881 (2006) 5 - 060 - 3
下的 Through Points选 项 , 然
后由底至顶逐点选取所生成
曲线族的端点 。至此完 成 了
螺旋桨空间边界曲线图 , 如
图 3 所示 , 面向我们观察方
向的为叶面方向 。
(5) 利用边界曲线图生 成螺旋桨桨叶曲面图 。边 界
(Boundaries) 是 曲 面 绘 制 经 常用到的方法 , 使用边界命
模型 。
最终生成的螺旋桨实体模型如图 4所示 。 4 结论
本文推导了螺旋桨叶切面局部坐标系到全局坐标 系的坐标转换公式 。从而解决了将图谱提供的空间叶 切面的几何数据应用到三维 CAD 造型过程之中的问 题 , 使整个造型过程变得简便直观 , 因此具有一定的 普遍意义 。
对于螺旋桨曲面创建过程 , 基于本文提出的方 法 , 可以简便地完成造型过程 , 可操作性强 。据此 , 对于常用的叶型 , 利用二次开发工具可以编制灵活而 实用的螺旋桨参数化设计制图软件 , 进而生成系列化 的螺旋桨 , 极大地提高了效率 。
Begin curve ! 2
1 11. 178253 166. 646916 40. 834568
2 15. 222363 166. 326269 40. 122382
不同纵倾角螺旋桨三维建模及水动力性能分析
不同纵倾角螺旋桨三维建模及水动力性能分析裴海鹏;刘荣【摘要】螺旋桨是一种效率较高、结构简单的水下推进器,广泛应用于水下机器人的推进机构.为了优化螺旋桨的水动力性能,对螺旋桨纵倾角进行了研究.依据螺旋桨基本参数、各切面形状尺寸及坐标转换公式,计算出螺旋桨叶面型值点的空间坐标,并创建螺旋桨三维模型,对其建立流体计算域,再通过计算流体力学仿真C FD对螺旋桨的推力系数、转矩系数和敞水效率进行数值模拟.获得螺旋桨表面的压力分布情况,通过分析比较得出,螺旋桨纵倾角的改变对其敞水性能的影响较小,在主要参数中不占主导地位.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】6页(P78-83)【关键词】螺旋桨纵倾角;三维建模;数值模拟;水动力性能【作者】裴海鹏;刘荣【作者单位】杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】U664.330 引言水下机器人是水下探索必不可少的设备，其动力核心是螺旋桨推进机构。
深入研究螺旋桨各参数的改变对其水动力性能的影响，对提高推进机构的敞水性能至关重要。
螺旋桨主要参数有螺距比、叶切面拱度、纵倾角等，有学者研究螺旋桨螺距变化对其水动力性能的影响，其研究表明增大螺旋桨的螺距比会使其推力、转矩和效率增大[1]；也有研究人员发现了轴所在的深度不同，螺旋桨的水动力性能也会有所差异[2]；还有学者在研究叶切面拱度后，得出了减小叶切面拱度会导致其转矩、推力变小，不过能够提高其抗空泡性能与敞水效率。
提高螺旋桨的性能仍是一个不断追求的过程，需要从各个方面进行深入研究。
查阅国内外大量文献并调研螺旋桨相关市场发现，目前对螺旋桨纵倾角研究少，但该参数不管是对其水动力性能还是对遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle，ROV)稳定运行都有一定的影响，对其研究分析是有必要的。
基于CATIA的船用螺旋桨三维建模方法
基于CATIA的船用螺旋桨三维建模方法刘勇杰;徐青;胡勇;郑绍春【摘要】针对船用螺旋桨三维外形较复杂的特点,提出一种基于CATIA平台的坐标变换的船用螺旋桨三维建模方法,给出由叶切面局部坐标系到全局坐标系的变换公式,采用Excel快速完成数据处理,用语言对CATIA进行二次开发,完成桨叶曲面型值数据的读取与批量导入,最终快速得到螺旋桨三维模型,该方法柔性好、效率高,可以根据不同设计参数快速得到对应的螺旋桨三维模型,并对模型进行优化处理.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】4页(P84-87)【关键词】船用螺旋桨;三维建模;CATIA;Excel;二次开发【作者】刘勇杰;徐青;胡勇;郑绍春【作者单位】武汉理工大学交通学院,武汉430063;广州文冲船厂有限责任公司,广州510727;武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U664.33为了满足设计中不断改进，制造中节约成本，一次成型的需求，关于快速有效的船用螺旋桨三维建模方法研究集中在不需要计算，完全利用二维图“缠绕”变换来生成螺旋桨三维曲面[1]；基于CATIA软件平台，将二维图进行“逆向投影”的螺旋桨三维曲面建模[2]；通过坐标变换将变换后的螺旋桨曲面型值点导入Pro/E中得到光滑曲面，进而得到螺旋桨实体模型[3-4]；设计螺旋桨二维图形和三维实体之间转换的代码[5]，等方面。
为了避免传统几何建模方法的手工操作量大的缺点，结合坐标变换自动化的思想，提出一种基于CATIA二次开发和坐标变换的船用螺旋桨三维建模新方法。
1 CATIA软件平台概述CATIA软件提供了多种二次开发的接口，其中包括自动化对象编程(V5 Automation)和开放的基于构件的应用编程接口(CAA)。
其中，Automation开发模式可以完成绝大部分开发工作，只有少部分不足之处才采取CAA开发方式进行补充。
面向CFD的螺旋桨逆向三维曲面建模方法
螺旋 桨二 维 总 图包 括侧 视投 影 图、 视 投 影 正
２１
第 ４期
船
海
１ 程 ：
第 ４ 卷 １
轮廓 图和伸 张轮 廓 图 ， 它们 在 二 维空 间 中描 述螺
全能 满 足 建 模 需 求 。 同 时 作 为 一 个 高 端 设 计 软
收 稿 日期 ：０ １ ０ ０ ２ １ — ６— １
修 回 日期 ：０ １ ０ ２ ２ １ — ６— ８
件， 又将设 计 和 有 限 元及 Ｃ Ｄ结 合 在 一 起 ， 立 Ｆ 建 的三 维 螺 旋 桨模 型可 以直 接导 入 Ｃ Ｄ软 件 进行 Ｆ
资助项 目： 公益性 （ 农业 ） 科研专项
第 一 作 者 简 介 ： 艳 龙 （９ ５一）， ， 士 生 王 １８ 男 硕
水动 力数 值分 析 ， 方便 易行 ， 给设 计人 员带 来 了极
大 的方便 。
１２ 影像 逆 向 ．
研究方 向： 导管螺旋桨 的优化设计及船机桨匹配
Ｅ・ ａｉ： ｎｇ ａ ｏ ｇ ０ ｍ ｌ ｗａ ｙ ｎｌｎ ２ ０９＠ １ ６３． ｏ ｃｒ ｎ
第４卷 １
第 ４期
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ０Ｃ ＨＩ ＥＡＮ Ｅ ＮＧＩ ＥＥ ＮＧ Ｎ ＲＩ
Ｖｏห้องสมุดไป่ตู้ Ｎｏ ４ １ ４１ ． Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
２１ ０ ２年 Ｏ ８月
ｄ ｉ１ ． ９ ３ ｊ ｉ ｎ １ ７ －９ ３ ２ １ ． ４ ０ ５ ｏ ：０ ３ ６ ／ ． ｓ ． ６ １７ ５ ． ０ ２ ０ ． ０ ｓ
面 向 Ｃ Ｄ的螺 旋 桨逆 向三维 曲面 建模 方 法 Ｆ
王艳龙 。 陈 明
（ 大连理工大学 船舶 工程 学院 ， 宁 大连 １６ ２ ） 辽 １０ ４ 摘 要： 针对螺旋桨三维外形的曲面特征 ， 结合 螺旋桨 二维 图绘 制方法 和 Ｃ ＴＡ中曲面逆 向设计方法 ， ＡＩ
螺旋桨UG建模
由桨叶截面尺寸表得到三维建模坐标直径D螺距P后倾角θ螺距角φ1、 计算出0.2R 、0.3R ……2、 利用反正切函数计算出螺距角：以0.2R 举例φ-0.2R=ATAN(P/(2*π*0.2R))，弧度表示φ-0.2R/π*180°或用=DEGREES(φ-0.2R)函数，角度表示3、 中心线距导边-最厚点距导边=中心线距最厚点=H X4、 h X =最厚点距导边-X5、 计算0.2R-0坐标注：h X =最厚点距导边-X ；H X =中心线距导边-最厚点距导边=中心线距最厚点6、叶梢坐标7、通过延伸插值得到0.1R处的叶宽、最大叶厚、最大叶厚至导边、中心线至导边，再用第5步计算。
螺旋桨UG中建模1、导入三维坐标2、连接样条曲线，随边点-导边点-随边点；连接螺旋桨轮廓3、将螺旋桨轮廓打断于叶梢点：编辑-曲线-分割曲线，类型选“在结点处”，选择曲线，结点方法选“选择结点”，确定。
或者采用添加点然后重新绘制两条样条曲线的方式，添加点：插入-基准/点，选择几何体中选择要添加点的样条曲线，等弧长定义中点数输入需要的点即可。
4、建立螺旋桨包面：主曲线—叶梢点+桨叶切面；次曲线—随边+导边+随边。
5、将桨叶表面封闭起来：插入-网格曲面-N边曲面-外环选择曲线即可裁去上述封闭曲面多余部分：修剪片体-目标选择片体-边界对象选择边界曲线-选择区域保留！6、桨叶片体缝合：插入-组合-缝合，选择需要缝合的片体即可7、阵列桨叶：阵列特征-选择特征（选桨叶包面）-布局（选圆形）-旋转轴（选桨榖对称轴）-角度方向（间距选数量和节距，数量选叶数，节距角为360/n），确定。
阵列后可能所有桨叶多余的片体都要修剪—此功能好像不成功或者采用旋转功能：编辑-移动对象-运动选角度-角度72°-结果复制原先的-非关联副本数48、建立桨榖。
目测回转的曲线为拍照CAD得到。
回转-选择曲线-指定矢量（选桨榖对称轴）-其他默认即可。
基于CATIA的船用螺旋桨三维建模方法
第４７卷㊀第４期２０１８年８月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀船海工程ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４７㊀Ｎｏ.４Ａｕｇ.２０１８㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６３/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７１￣７９５３.２０１８.０４.０２０基于ＣＡＴＩＡ的船用螺旋桨三维建模方法刘勇杰１ꎬ徐青２ꎬ胡勇１ꎬ郑绍春１(１.武汉理工大学交通学院ꎬ武汉４３００６３ꎻ２.广州文冲船厂有限责任公司ꎬ广州５１０７２７)摘㊀要:针对船用螺旋桨三维外形较复杂的特点ꎬ提出一种基于ＣＡＴＩＡ平台的坐标变换的船用螺旋桨三维建模方法ꎬ给出由叶切面局部坐标系到全局坐标系的变换公式ꎬ采用Ｅｘｃｅｌ快速完成数据处理ꎬ用ＶＢ.ｎｅｔ语言对ＣＡＴＩＡ进行二次开发ꎬ完成桨叶曲面型值数据的读取与批量导入ꎬ最终快速得到螺旋桨三维模型ꎬ该方法柔性好㊁效率高ꎬ可以根据不同设计参数快速得到对应的螺旋桨三维模型ꎬ并对模型进行优化处理ꎮ关键词:船用螺旋桨ꎻ三维建模ꎻＣＡＴＩＡꎻＥｘｃｅｌꎻ二次开发中图分类号:Ｕ６６４.３３㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７１￣７９５３(２０１８)０４￣００８４￣０４收稿日期:２０１７－１０－１７修回日期:２０１７－１１－１５基金项目:国家自然科学基金项目(５１３７９１６７)第一作者:刘勇杰(１９９２ )ꎬ男ꎬ硕士生研究方向:船舶先进制造技术㊀㊀为了满足设计中不断改进ꎬ制造中节约成本ꎬ一次成型的需求ꎬ关于快速有效的船用螺旋桨三维建模方法研究集中在不需要计算ꎬ完全利用二维图 缠绕 变换来生成螺旋桨三维曲面[１]ꎻ基于ＣＡＴＩＡ软件平台ꎬ将二维图进行 逆向投影 的螺旋桨三维曲面建模[２]ꎻ通过坐标变换将变换后的螺旋桨曲面型值点导入Ｐｒｏ/Ｅ中得到光滑曲面ꎬ进而得到螺旋桨实体模型[３￣４]ꎻ设计螺旋桨二维图形和三维实体之间转换的代码[５]ꎬ等方面ꎮ为了避免传统几何建模方法的手工操作量大的缺点ꎬ结合坐标变换自动化的思想ꎬ提出一种基于ＣＡＴ￣ＩＡ二次开发和坐标变换的船用螺旋桨三维建模新方法ꎮ１㊀ＣＡＴＩＡ软件平台概述ＣＡＴＩＡ软件提供了多种二次开发的接口ꎬ其中包括自动化对象编程(Ｖ５Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ)和开放的基于构件的应用编程接口(ＣＡＡ)ꎮ其中ꎬＡｕｔｏ￣ｍａｔｉｏｎ开发模式可以完成绝大部分开发工作ꎬ只有少部分不足之处才采取ＣＡＡ开发方式进行补充ꎮＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ开发模式又可分为以下几种ꎮ１)ＶＢＡＰｒｏｊｅｃｔꎮ采用ＣＡＴＩＡ提供的ＶＢＡ集成开发环境进行程序设计ꎬ属于ＣＡＴＩＡ进程内ꎬ能够设计窗体界面ꎬ且可以方便地把生成的程序添加到ＣＡＴＩＡ工具条中ꎮ２)ＣＡＴＩＡ宏脚本ꎮ采用ＶＢＳｃｒｉｐｔ语言编写代码ꎬ可以把程序集成到ＣＡＴＩＡ工具条中ꎬ但脚本程序的输入输出功能较弱ꎬ无法实现复杂的交互界面ꎮ３)其他脚本语言ꎮ采用ＶＢＳｃｒｉｐｔ㊁ＪａｖａＳ￣ｃｒｉｐｔ㊁Ｐｙｔｈｏｎ等语言编写代码ꎬ在ＣＡＴＩＡ以外执行(进程外)ꎬ可以写成短小灵活的代码集成到其他应用中ꎮ４)高级语言ꎮ采用ＶＢ.ｎｅｔ㊁Ｃ＃等高级语言编写代码ꎬ可以制作比较复杂的交互界面ꎬ利用.ｎｅｔ优势简化复杂业务流程设计任务ꎮ２㊀螺旋桨建模螺旋桨的主要参数包括纵斜角(后倾角)㊁螺距比㊁盘面比㊁母线到叶片随边的距离㊁母线到叶片导边的距离㊁叶片宽度㊁叶片厚度㊁导边至最厚点的距离和螺旋桨叶切面尺寸表等ꎮ２.１㊀二维型值点计算以直径为０.２５ｍ的ＭＡＵ４－４０型的模型螺旋桨为实例ꎬ根据ＭＡＵ型螺旋桨桨叶轮廓尺寸表(见表１)计算得到模型螺旋桨的伸张轮廓尺寸ꎬ包括叶片宽度Ｗ(以最大叶片宽度的％表示)㊁母线到叶片随边的距离Ｌ１㊁母线到叶片导边的距离Ｌ２㊁叶片厚度Ｔ(以螺旋桨直径的％表示)㊁导边至最厚点的距离Ｌ３(以叶片宽度％表示)等ꎮ根据ＭＡＵ型叶切面尺寸表(见表２)计算得到不同半径叶切面的二维型值点ꎬ以上数据组成了传统二维图纸中的数据信息ꎮ由表１㊁２中参数的排布规律可知ꎬ选择Ｅｘｃｅｌ４８表１㊀ＭＡＵ螺旋桨桨叶轮廓尺寸表ｒ/ＲＷＬ１Ｌ２Ｌ３Ｔ０.２０６６.５４２７.９６３８.５８３２.０４.０６０.３０７７.７０３３.４５４４.２５３２.０３.５９０.４０８７.０８３８.７６４８.３２３２.０３.１２０.５０９４.３４４３.５４５０.８０３２.５２.６５０.６０９９.１１４７.９６５１.１５３４.９２.１８０.６６１００.００４９.７４５０.２６３７.９１.９００.７０９９.６４５１.３３４８.３１４０.２１.７１０.８０９２.９２５２.３９４０.５３４５.５１.２４０.９０７３.６２４８.４９２５.１３４８.９０.７７０.９５５５.６２４２.０７１３.５５５０.００.５４１.００－１７.２９－－０.３０㊀㊀表２㊀改进ＭＡＵ型叶切面尺寸表ｒ/Ｒ＝０.２０ＸＹｏＹｕＸＹｏＹｕ０３５.００４０.００９７.５２.００５１.８５２４.２５５０.００８９.９５４.００５９.７５１９.０５６０.００７８.１５６.００６６.１５１５.００７０.００６３.１５１０.００７６.０５１０.００８０.００４５.２５１５.００８５.２５５.４０９０.００２５.３０２０.００９２.２０２.３５９５.００１５.００３０.００９９.８０１００.００４.５０３２.００１００.００㊀注:Ｘ－叶切面轮廓型值点横坐标ꎬＹｏ－叶背纵坐标ꎬＹｕ－叶面纵坐标ꎮ工具进行数据的计算处理和保存十分方便ꎮ２.２㊀型值点坐标变换根据螺旋桨的二维图制图原理和螺旋桨的几何特征给出螺旋桨叶切面型值点由二维变换到三维的变换公式[６]ꎮＸ＝ＲｉｃｏｓＹ１ｃｏｓφ－Ｚ１ｓｉｎφ＋ＬｃｏｓφＲｉæèçöø÷Ｙ＝ＲｉｓｉｎＹ１ｃｏｓφ－Ｚ１ｓｉｎφ＋ＬｃｏｓφＲｉæèçöø÷(１)Ｚ＝Ｙ１ｓｉｎφ＋Ｚ１ｃｏｓφ＋Ｌｓｉｎφ－Ｒｉｔａｎθ式中:Ｒｉ为不同叶切面所处圆柱面的半径值ꎻＬ为参考线至最厚点的距离ꎻφ为螺旋角ꎻθ为纵倾角ꎻＹ１㊁Ｚ１为中间局部坐标系中任一点坐标值ꎮ由于坐标系的定义方式不同ꎬ将叶切面尺寸坐标值适应到以上计算公式中需换算ꎮＹ１＝ｙ－Ａ－Ｌ(２)Ｚ１＝ｚ㊀㊀㊀㊀(３)式中:ｙ㊁ｚ是由叶切面尺寸表得到的初始坐标值ꎻＡ为导边至母线的距离ꎮ将以上公式进行编辑添加ꎬ融入前述二维型值点数据保存的Ｅｘｃｅｌ文档中ꎬ能够快速计算得到相应的三维型值点坐标值ꎬ并以和叶切面尺寸表相同的格式进行保存ꎬ便于后续读取ꎮ２.３㊀叶切面型值点批量导入在ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２０１０中采用ＶＢ.ｎｅｔ语言编写坐标点批量导入程序ꎬ读取保存在Ｅｘｃｅｌ里的型值点坐标值数据ꎬ在ＣＡＴＩＡ中生成描述螺旋桨叶曲面的型值点ꎮＶＢ.ｎｅｔ语言属于高级语言ꎬ使用该语言编写代码访问ＣＡＴＩＡ属于进程外访问ꎮ相比于进程内访问的二次开发方法进行批量导入[７]ꎬ进程外访问需要注意以下２点ꎮ１)建立与ＣＡＴＩＡ的通信连接ꎮ要想访问ＣＡＴＩＡ内部的对象ꎬ首先要与ＣＡＴＩＡ进行通信连接ꎬ对Ｅｘｃｅｌ中保存的型值坐标值的读取也是相同道理ꎮ使用ＧｅｔＯｂｊｅｃｔ或者ＣｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ功能函数来创建连接ꎮ其中ꎬＧｅｔＯｂｊｅｃｔ功能函数是在ＣＡＴＩＡ软件启动的状态下创建连接ꎬＣｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ功能函数是在ＣＡＴＩＡ软件未启动的状态下首先启动软件然后创建连接ꎮ代码如下ꎮＯｎＥｒｒｏｒＲｅｓｕｍｅＮｅｘｔＣＡＴＩＡ＝ＧｅｔＯｂｊｅｃｔ(ꎬ"ＣＡＴＩＡ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ")ＩｆＥｒｒ.Ｎｕｍｂｅｒ<>０ＴｈｅｎＣＡＴＩＡ＝ＣｒｅａｔｅＯｂｊｅｃｔ("ＣＡＴＩＡ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ")ＣＡＴＩＡ.Ｖｉｓｉｂｌｅ＝ＴｒｕｅＥｎｄＩｆ２)添加ＣＡＴＩＡ编程接口引用ꎮ在ＶＢ.ｎｅｔ中操作ＣＡＴＩＡＣＯＭ(ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｂｊｅｃｔｍｏｄｅｌꎬ部件对象模型)对象ꎬ需要为程序添加ＣＡＴＩＡ编程接口的引用ꎮ因为在Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ中ꎬ每个对象都包含在某个接口中ꎬ而只有引用了相关接口后ꎬ才能操作对应的对象ꎮ在Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ帮助文档中ꎬ可以很方便地查看某个对象所对应的接口ꎬ如Ｐａｒｔ￣Ｄｏｃｕｍｅｎｔ对象ꎬ在Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ中点击相应页面上方的 ＴｈｉｓＦｒａｍｅｗｏｒｋ 命令可以查询到其对应的接口为ＭｅｃＭｏｄＩｎｔｅｒｆａｃｅｓＦｒａｍｅｗｏｒｋꎮ在程序代码的最开始ꎬ使用Ｉｍｐｏｒｔｓ方法对涉及到的接口依次声明引用ꎬ然后编写后面的功能代码ꎮ设计的桨叶曲面型值点批量导入程序界面见图１ꎮ通过输入所保存型值点首末点在Ｅｘｃｅｌ单元格中的行序和列序值ꎬ可以按需自动批量导入生成一系列三维型值点ꎮ最终生成的型值点云图见图２(曲线为后续手动添加)ꎮ５８图１㊀型值点批量导入程序界面图２㊀桨叶曲面型值点云图２.５㊀桨叶切面轮廓光顺在ＣＡＴＩＡ的ＧＳＤ(ｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｓｈａｐｅｄｉｓｉｇｎ)模块中对曲线进行曲率分析ꎮ对桨叶轮廓某２条曲线进行曲率分析的结果见图３ꎮ从图３能够很直观地看到ｒ＝０.２Ｒ处的叶切面轮廓线不够光顺ꎬ因为由曲线曲率半径所组成的曲率梳不光滑ꎬ在靠近导边一侧有明显的突变ꎬ需要进行调整ꎮ而ｒ＝０.８Ｒ处的叶切面轮廓线的曲率半径组成的曲率梳都很光滑ꎬ故该曲线光顺性较好ꎬ不必修改ꎮ通过对图４中选项的调节ꎬ可以让分析结果以不同的形式展现出来ꎬ使结果的表现更加直观ꎬ如曲率值和曲率半径值的切换㊁曲率梳的密度㊁特殊曲率值的显示等ꎮ通过对每根轮廓线进行曲率分析ꎬ对不光顺曲线进行调整ꎬ为后续生成光滑的桨叶曲面做铺垫ꎮ图３㊀叶切面轮廓曲线曲率分析２.６㊀桨叶曲面光顺性检验将所有叶切面轮廓曲线㊁随边和导边进行光顺后ꎬ就可以构建桨叶曲面了ꎮ并且ꎬ构建的桨叶曲面的光顺性可以进一步通过ＣＡＴＩＡ软件中图４㊀箭状曲率分析对话框ＦｒｅｅＳｔｙｌｅ模块下丰富的曲面分析功能进行检验ꎮ基于光照模型的２种比较直观的曲面分析方法的分析结果见图５ꎮ图５㊀斑马线分析图由图５不难看出ꎬ靠近桨毂端的斑马线比较平滑ꎬ而叶稍附近的斑马线则波动较大ꎬ即叶稍附近的曲面不够光顺ꎬ需要返回对构成它的曲线进行进一步调整光顺ꎮ利用命令分析得到的结果见图６ꎮ原理是将系统中默认的名为 ｂｅａｃｈ 的图片上的景物映射到曲面上ꎬ通过判断映射到曲面上景物的纹理的光滑度判断曲面的光顺性ꎮ同图５ꎬ容易看出在叶稍附近景象的纹理出现了扭曲ꎬ不光滑ꎬ因此可以判断出此处曲面光顺性较差ꎬ需要调整ꎮ２.７㊀螺旋桨模型的生成螺旋桨是由桨叶和桨毂两部分组成ꎮ光滑的桨叶曲面(见图７ꎬ包括页面㊁叶背和叶根曲面)构建好后ꎬ进一步生成桨叶实体(见图８)ꎬ通过圆形阵列ꎬ得到４个桨叶实体ꎬ然后根据桨毂相关设计参数ꎬ绘制桨毂实体ꎬ最终得到螺旋桨三维模型ꎬ见图９ꎮ６８图６㊀环境映射分析图图７㊀桨叶曲面图８㊀桨叶实体图９㊀螺旋桨实体３㊀结论本方法避免了传统螺旋桨三维建模方法的繁复的手工操作ꎬ充分展现了ＣＡＴＩＡ软件灵活的二次开发方式以及该软件在曲面造型方面的强大功能ꎮ并且ꎬ由于ＣＡＴＩＡ软件同其他分析软件(如ＦｌｕｅｎｔꎬＡｂａｑｕｓ等)有很好的数据兼容性ꎬ使得本方法生成的船用螺旋桨三维模型具有极大的重用性ꎬ可以为后期的水动力性能分析㊁强度校核等提供方便ꎮ参考文献[１]陈彦勇ꎬ夏雨.螺旋桨三维建模方法探讨[Ｊ].船舶工程ꎬ２００６ꎬ２８(１):２１￣２４.[２]王艳龙ꎬ陈明.面向ＣＦＤ的螺旋桨逆向三维曲面建模方法[Ｊ].船海工程ꎬ２０１２ꎬ４１(４):２１￣２３ꎬ２８.[３]姚震球ꎬ高慧ꎬ杨春蕾.螺旋桨三维建模与水动力数值分析[Ｊ].船舶工程ꎬ２００８(６):２３￣２６.[４]吴利红ꎬ董连斌ꎬ许文海.基于ＭＡＴＬＡＢ和ＰｒｏＥ的螺旋桨三维建模[Ｊ].大连海事大学学报ꎬ２０１１ꎬ３７(２):１７￣２０.[５]ＳＨＡＭＳＩＲꎬＳＯＨＥＩＬＩＳꎬＨＡＭＯＯＮＩＡＡ.２Ｄａｎｄ３Ｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｍａｒｉｎｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ[Ｃ].ＭａｒｉｎｅＩｎ￣ｄｕｓｔｒｉｅｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ２００８.[６]张宏伟ꎬ王树新ꎬ侯巍ꎬ等.螺旋桨三维建模方法研究[Ｊ].机床与液压ꎬ２００６(５):６０￣６２.[７]刘勇杰ꎬ胡勇ꎬ郑绍春.一种基于ＣＡＴＩＡ二次开发的船体外形建模方法[Ｊ].船海工程ꎬ２０１７(４):７７￣８１.３ＤＭｏｄｅｌｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓｏｆＭａｒｉｎｅＰｒｏｐｅｌｌｅｒＢａｓｅｄｏｎＣＡＴＩＡＬＩＵＹｏｎｇ￣ｊｉｅ１ꎬＸＵＱｉｎｇ２ꎬＨＵＹｏｎｇ１ꎬＺＨＥＮＧＳｈａｏ￣ｃｈｕｎ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎꎬＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈａｎ４３００６３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＧｕａｎｇｚｈｏｕＷｅｎｃｈｏｎｇＳｈｉｐｙａｒｄＣｏＬｔｄꎬＧｕａｎｇｚｈｏｕ５１０７２７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｓｈａｐｅａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｍａｒｉｎｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒꎬａ３ＤｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｍａｒｉｎｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＣＡＴＩＡｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｆｒｏｍｔｈｅｌｏｃａｌｃｏｏｒｄｉ￣ｎａｔｅｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｓｅｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅｇｌｏｂａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｗａｓｇｉｖｅｎ.ＩｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｒａｐｉｄｌｙｉｎＥｘｃｅｌ.ＢｙＣＡＴ￣ＩＡｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＶＢ.ｎｅｔꎬｔｈｅｒａｐｉｄｉｎｐｕｔｔｉｎｇａｎｄｂａｔｃｈｉｍｐｏｒｔｉｎｇｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｓｕｒｆａｃｅｖａｌｕｅｄａｔａｗｅｒｅａ￣ｃｈｉｅｖｅｄꎬｓｏａｓｔｏｓｅｔｕｐｔｈｅ３Ｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｍｏｄｅｌｑｕｉｃｋｌｙ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔꎬａｎｄｔｈｅ３Ｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｍｏｄｅｌｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｑｕｉｃｋｌｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍａｒｉｎｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒꎻ３ＤｍｏｄｅｌｉｎｇꎻＣＡＴＩＡꎻＥｘｃｅｌꎻｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ７８。
基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究
基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究船用螺旋桨是船舶推进系统中至关重要的部件，其影响着船舶的航行性能和能效。
为了提高船舶的推进效率和节能减排，需要对船用螺旋桨进行优化设计和制造。
在这个过程中，基于UG软件的三维建模和数控编程技术成为了不可或缺的工具。
UG（Unigraphics）是一款功能强大的三维设计软件，具有先进的建模和分析功能，可以实现复杂曲面的建模和细节设计。
利用UG软件，可以对船用螺旋桨进行精确的三维建模，包括叶片的设计、螺旋桨的结构等。
通过建模过程，可以快速生成螺旋桨的几何形状，并进行各种仿真分析，验证设计是否符合要求。
在完成三维建模后，需要进行数控编程，将设计好的螺旋桨转化为机器能够识别和加工的代码。
数控编程是将设计好的零件信息转换成机器指令的过程，需要考虑到机床的加工能力和工艺要求。
通过UG软件的CAM功能，可以进行数控编程，生成加工路径和刀具轨迹等信息，确保螺旋桨的加工质量和效率。
同时，基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究还可以实现以下几个方面的优势：1.提高设计效率：利用UG软件的智能建模和分析功能，可以快速设计出符合要求的螺旋桨，减少设计周期和成本。
2.提高加工精度：通过数控编程生成的加工路径可以实现高精度的加工，保证螺旋桨的形状和尺寸准确度。
3.优化性能：通过三维建模和仿真分析，可以对螺旋桨的结构和叶片形状进行优化设计，提高船舶的推进性能和节能效果。
4.减少人为错误：数控编程可以减少人为的操作错误和误差，提高加工的一致性和稳定性。
总的来说，基于UG的系列船用螺旋桨三维建模和数控编程技术研究对提高船用螺旋桨的设计制造效率和质量具有重要的意义。
随着船舶工业的不断发展和技术的进步，这些技术将会在航运领域发挥更大的作用，为船舶的推进性能和安全提供更好的支持。
船用螺旋桨的参数化建模及数控加工
摘要船用螺旋桨是船舶动力系统的核心，其桨叶曲面是典型的自由曲面，设计和加工的质量直接影响螺旋桨的性能，而螺旋桨复杂的工作环境也对其建模及制造精度提出了更高的要求。
船用螺旋桨从设计到加工的过程复杂繁琐、周期较长，因此需要建立能够综合考虑螺旋桨设计、分析以及加工的螺旋桨参数化数学模型，并基于参数化模型对螺旋桨开展后续各项研究工作，以达到缩短螺旋桨的设计制造周期、提高生产效率的目的。
本文以实现螺旋桨参数化设计到数控加工为目的，建立了螺旋桨桨叶曲面的参数化方程，基于参数方程求解所得点建立了螺旋桨三维实体模型；以提高螺旋桨敞水效率为目的，对螺旋桨相关结构参数进行优化并进行了水动性能仿真；分析并制订了螺旋桨数控加工工艺，基于参数化模型编写了数控加工程序并进行了数控加工仿真与实验。
具体内容如下：在分析船用螺旋桨结构及成型原理的基础上，建立螺旋桨切面参数方程并推导了二维切面到三维空间的坐标转换公式，建立了桨叶曲面的参数化数学模型。
求解方程得到桨叶表面指定精度下的数据点，将其导入UG中建立三维实体模型。
对比传统由型值点所建立的螺旋桨模型，参数化方法建立的模型表面光顺性更优。
以螺旋桨最大敞水效率为目标，对螺旋桨盘面比、螺距比和进速系数等参数进行优化，得到了螺旋桨给定工况下的最佳匹配参数，优化后螺旋桨敞水效率提高了约3.18%。
对螺旋桨进行了水动性能仿真，验证了优化桨的敞水效率；分析了螺旋桨相关参数纵倾角和侧斜对螺旋桨敞水性能的影响。
分析螺旋桨的数控加工工艺，对加工阶段进行了划分，确定了毛坯、刀具、走刀方式等。
判断加工中干涉与过切情况，建立了刀具与工件间几何关系，研究了无干涉的刀具路径算法，基于桨叶的参数化数学模型计算了粗精加工的刀具轨迹，并通过后置处理将刀位信息转化为数控加工程序。
建立数控加工仿真环境，导入数控加工程序进行了数控加工仿真，仿真结果验证了刀具轨迹及数控程序，且螺旋桨获得较好的精度和表面质量。
最后在五轴数控机床上进行了加工实验。