Siemens NX 建模 · Synchronous · Freeform · Class-A

NX · Modeling & Synchronous

概述

構成 Siemens NX 零件建模主軸的四大領域 — Direct Sketch、以特徵為基礎的 Modeling(Extrude/Revolve/Sweep/Boolean/Detail Feature/Pattern)、無歷程直接操作面的 Synchronous Modeling,以及以 Shape Studio·Freeform 為基礎的 Class-A 曲面 — 於一頁整理。

從他牌 CAD 轉來之 STEP 資料須快速修改的設計者、需檢查汽車外板 A 級曲面的造型師,皆為對象。

Direct Sketch(草圖器)基礎

NX 提供兩種 Sketch 模式。

Sketch on Plane(Task Environment):選擇 Datum Plane 或 Face 後,進入獨立的 Sketcher 環境,並以 Ctrl+Q 退出。適合複雜·大型草圖。
Direct Sketch(NX 8.5 以後為預設):於 Ribbon 點擊 Sketch 按鈕後選擇平面,即可直接於 Modeling 環境內繪製草圖。目前為標準工作流程。

選單路徑:Menu → Insert → Sketch 或 Menu → Insert → Sketch in Task Environment

Constraint · Dimension

Geometric Constraint:Coincident、Horizontal/Vertical、Parallel/Perpendicular、Tangent、Equal Length/Radius、Concentric、Collinear、Midpoint、Fix/Fully Fix、Symmetric 等。
Rapid Dimension(D)用途最為廣泛,選取兩物件即會自動建議最適切的尺寸類型。
Driving vs Reference:參考尺寸以括弧標示,僅用於計算。
將尺寸連結至 Expression,即可進行如 p12 = p10 * 2 + 5 等公式驅動。

> 提示: 原則為「幾何拘束 → 尺寸拘束」順序。若反向操作,已輸入的尺寸會因拘束衝突而潰散,幾何亦會跳動。

Studio Spline 與曲率品質

Degree 3~7(建議預設 5),Pole 或 Through Point 方式。
Continuity:G0(接觸)、G1(切線)、G2(曲率)、G3(曲率變化率)。
汽車 A-surface 至少 G2,外觀 A 級則必須 G3。
以 View → Visualization → Curvature Comb 將曲率以梳齒視覺化。

> 提示: Studio Spline 應使 Pole 數盡可能少。Pole 過多時,下游工程(Offset/Sweep)的曲率會起伏。A 級外板以 5~7 pole 為現實上限。

Sketch 實務技巧核心

主動運用 Reference Line(中心線·建構線)確保對稱·拘束基準。
複雜形狀拆分為「底部 Sketch」+「輪廓 Sketch」兩段分離 — 可讀性·可修改性同時提升。
以 Fully Constrained 狀態為目標,未拘束部分透過 Preferences → Sketch → Show Degree of Freedom Arrow 視覺化。
於大型草圖中,關閉 Sketch Preferences 的 Continuous Auto Dimensioning,以減輕效能負擔。
若選錯平面,可由 Menu → Edit → Feature → Reattach Sketch 僅更換平面而無需重做。
可利用 Project Curve / Intersection Curve 將其他 Body 的邊或曲線投影至 Sketch 中。

> 注意: 以 Trim 切除的物件不會立即消失,而是保留為灰色虛線 Reference Curve。堆積過多會使草圖沉重,應定期清理。

以特徵為基礎的 Modeling

基本特徵路徑

特徵	路徑
Extrude	`Menu → Insert → Design Feature → Extrude`(X)
Revolve	`Menu → Insert → Design Feature → Revolve`
Sweep Along Guide	`Menu → Insert → Sweep → Sweep Along Guide`
Swept(Advanced)	`Menu → Insert → Sweep → Swept`
Variational Sweep	`Menu → Insert → Sweep → Variational Sweep`
Tube	`Menu → Insert → Sweep → Tube`
Block/Cylinder/Cone/Sphere	`Menu → Insert → Design Feature → Primitive`

Boolean

Unite、Subtract、Intersect 三者內建於大多數特徵對話框中,獨立執行則由 Menu → Insert → Combine 呼叫。

於 Subtract 時,可透過 Save Target / Save Tool 核取方塊選擇是否保留原始物。

Detail Feature(收尾)

Edge Blend(B):支援 Constant、Variable、Corner setback。順序為大圓角先,小圓角後,可減少 R 干涉。
Face Blend:兩面之間的切線圓角。汽車/家電外觀必備。
Chamfer:Symmetric、Asymmetric、Offset-Angle。
Hole:Simple / Counterbored / Countersunk / Tapped(內建 Thread Data:ISO、ANSI、JIS)。
Thread:Symbolic(輕量,圖面自動辨識)vs Detailed(精密分析用)。
Draft:From Plane / From Edge / Tangent to Face / Parting Edge。
Shell(Hollow):厚度 + Pierced Face 組合。

Pattern Feature

於 Menu → Insert → Associative Copy → Pattern Feature 提供 Linear、Circular、Polygon、Spiral、Along(曲線)、General(條件式)、Reference(複製他特徵之 Pattern) 等布局。

透過 Instance Points 功能,可僅針對特定實例進行 Suppress 或尺寸變動。

Pattern Feature = 重現特徵樹 → 還原·編輯容易
Pattern Face = 僅複製面 → 輕量但編輯脆弱

Datum · WCS · CSYS · Expression

Datum Plane/Axis/Point/CSYS 為基準特徵,永久存在於特徵樹中。WCS(Work Coordinate System)為臨時,以 W 切換。

公式管理於 Menu → Tools → Expression(Ctrl+E)進行,可指定單位(p10 = 50 mm)。亦可透過 "other_part::p12" 形式參照其他零件的值,即 Interpart Expression。

甚至連特徵的 Suppression 都可用 if(p10>100, 1, 0) 等式子進行表達式控制。

> 提示: 所有主要尺寸都應命名為有意義的名稱(L_Shaft、D_Bore、T_Wall)。若僅留下 p12 等自動生成的名稱,數月後修改時將無從追溯。

Measure & Analysis

Measure Distance / Angle / Minimum Distance / Area / Volume / Weight
以 Analysis → Mass Properties 計算質量·COG·慣性張量(材料於 Menu → Tools → Material → Assign Material 指定)。
Deviation Gauge:兩面間偏差色彩圖。
Draft Analysis:射出模具拔模角檢查(綠色 OK、紅色 Undercut)。
Zebra Analysis:A 級曲面連續性檢查。

Synchronous Modeling

於 2008 年 NX 6 導入,是 NX 的差異化功能。可直接推拉編輯無歷程之 「dumb geometry」(STEP 匯入、他牌 CAD)面,且於特徵基礎模型上亦可運作。

於下列情境特別有價值。

對自 STEP/Parasolid/JT 收到的他牌 CAD 模型進行無特徵樹修改
變更 NX 3 時期所建、已十年以上的 Legacy 零件尺寸
快速修改他團隊製作的複雜零件(新增補強、放大孔徑)
無需 Feature Suppress 的快速 What-if 編輯

核心指令

指令	路徑	用途
Move Face	`Menu → Insert → Synchronous Modeling → Move Face`	移動面(或集合),相鄰面自動延伸/收縮
Pull Face	`Menu → Insert → Synchronous Modeling → Pull Face`	保持面形狀進行突出·削減
Offset Region	`Menu → Insert → Synchronous Modeling → Offset Region`	沿選取面法線偏移
Replace Face	Replace Face	以其他面取代(平面→曲面)
Delete Face	Delete Face	刪除面 + Heal 選項讓相鄰面延伸
Resize Face	Resize Face	變更圓柱·球·圓錐直徑
Resize Blend	Resize Blend	調整圓角半徑
Label Chamfer	Label Chamfer	將 Dumb 倒角升格為參數化
Relate → Make Coplanar/Coaxial/Parallel/…	Relate 子項	關係式拘束
Copy/Cut/Paste Face	同名	面的剪下/貼上
Group Face	Group Face	將多個面群組為單一集合

Move Face 實戰

Distance 模式:箭頭拖曳或輸入數值。
Direction 模式:指定 Delta XYZ 或向量。
Angle 模式:以軸為中心旋轉移動。
Point to Point 模式:連接兩點。
Heal 勾選:移動時將相鄰面以切線延伸自動還原(建議預設勾選)。
Project onto Plane:將 Move 結果投影至特定平面。

Pull Face 實戰

Pull Face 可將面的輪廓如 Extrude 般突出,輸入負值時則移除材料。若周圍有圓角,圓角會自動重新生成。

> 提示: 若僅想變更 STEP 匯入模型的孔徑,使用 Resize Face 最為迅速。無需 Edit Feature → Hole 重做。

Synchronous Modeling 注意事項

雖會留下歷程,但由於無原始特徵,難以回溯。必須養成作業前以 Save As 備份之習慣。
於複雜的組合面(樣條·圓角交接處)Heal 可能失敗。現實作法是 Delete Face 後以 Patch(Sheet)手動收尾。
NX 版本差異會使同一指令行為略有不同,故團隊內版本同步相當重要。

Freeform · Shape Studio · Class-A

Freeform 類別

指令	用途
Through Curves	通過多條斷面曲線的 Loft 曲面
Through Curve Mesh	橫×縱格線曲線 — 汽車 A 曲面基本型
Swept(Advanced)	1~3 條導軌 + 多斷面 Sweep
Studio Surface	最靈活的高階曲面,G3 連續性
Ruled(N-side)	兩曲線間直線內插
Styled Blend	具 Rail·Tangent 控制的圓角
Four Point Surface	4 點 Patch
Law Extension	以法則(Law)延伸邊緣 — 航空前緣
Bridge Surface	曲面間連接(G0~G3)
N-sided Surface	多邊(3~9)填充
Fill Surface	N-side 替代,自動連續性

Law Curve

於 Menu → Insert → Curve → Law Curve 以 線性·三次·正弦波·樣條 Law 定義公式驅動的曲線。

主要用於 葉輪葉片、螺桿、螺旋凸輪 設計。

A-Surface 品質分析

Zebra Analysis:反射條紋。G1 時條紋連續,G2 時條紋寬度平滑變化。
Reflection Analysis:以虛擬光源反射模擬模具閃耀。
Highlight Line Analysis:光源投射高光。
Curvature Comb / Gaussian Curvature Map:數值 + 彩色圖。
Deviation Check:相對於基準曲面的偏差量測。

Shape Studio(Industrial Design)

Realize Shape 為 Sub-D 建模 工具,定位類似於 SolidWorks Power Surfacing 或 Rhino T-Splines。

以 push/pull 雕塑 Cage Mesh Box,即可自動轉換為 NURBS。

曲面 → 實體轉換

Sew(Stitch):Menu → Insert → Combine → Sew。結合多個曲面,若為封閉體積則自動成為 Solid。
Patch:將實體面局部替換為曲面 — 於模具修改中持續使用。
Thicken:給予曲面厚度(鈑金替代方案)。
Trim and Extend / Trim Sheet:裁切·延伸曲面。

> 提示: 汽車外板的典型工作流程為 「Class-A Studio Surface → Sew → Thicken → Sheet Metal」。截至 2026 年,NX 的 Class-A 品質即便與 Alias/ICEM 相比亦具競爭力。

實務檢查清單

Sketch 維持「幾何拘束優先 → 尺寸拘束後置」之順序
主要尺寸改用具意義之 Expression 名稱
將 Studio Spline Pole 數最小化,目標 G2 以上
Edge Blend 以大半徑 → 小半徑順序配置
修改 STEP 匯入件時優先嘗試 Resize Face / Move Face
Synchronous 作業前以 Save As 備份
A-Surface 並行進行 Zebra + Reflection + Curvature Comb 三項分析
汽車外板 Pole 5~7 個,確認 G3 連續性