3.1 特征造型的基本知識(shí)
3.1.1 特征造型的概念
SolidWorks是基于特征的實(shí)體造型軟件。零件模型是由各種特征來(lái)生成的,零件的設(shè)計(jì)過(guò)程就是特征的相互組合、疊加、切割和減除過(guò)程。 所謂特征是指可以用尺寸和參數(shù)驅(qū)動(dòng)的三維幾何體。通常,特征應(yīng)滿(mǎn)足如下條件:
●特征必須是零件中的具體構(gòu)成之一
●特征能對(duì)應(yīng)于某一形狀
●特征應(yīng)該具有工程上的意義
●特征的形狀是可以預(yù)知的
特征可以分為基本特征、輔助特征(也稱(chēng)附加特 征),實(shí)際上還包括參考幾何體。
基本特征是最基本的幾何特征造型,包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣等特征造型工具。由于基本特征大部分是在草圖的基礎(chǔ)上形成的,因此又稱(chēng)為基于草圖的特征。二維草圖輪廓經(jīng)過(guò)特征操作即可生成基本特征,例如圓柱體特征就是由一個(gè)圓輪廓草圖作截面,經(jīng)過(guò)拉伸生成的基本特征。
輔助特征(附加特征)是在已有基本特征上進(jìn)行輔助(附加)的操作,圓角特征、倒角特征、抽殼特征等都是輔助特征。 參考幾何體也輔助特征的一種,是建立其他特征的參考,并不參與模型的生成。
3.1.2 特征造型的基本步驟
通常,應(yīng)用特征造型設(shè)計(jì)零件大致都要遵循以下幾個(gè)步驟:
(1)規(guī)劃零件
規(guī)劃零件主要包括分析零件的特征組成、零件特征之間的相互位置關(guān)系、特征的構(gòu)造順序以及特征的構(gòu)造方法。
(2)創(chuàng)建基本特征
首先按照特征的重要性和尺度建立基本特征。在SolidWorks中將每個(gè)零件所生成的第一個(gè)特征稱(chēng)為基本特征,而且每個(gè)零件只能有一個(gè)基本特征。一般選擇構(gòu)成零件基本形態(tài)的主要特征或尺寸較大的特征作為基本特征。
(3)創(chuàng)建其他特征
根據(jù)零件規(guī)劃,在基本特征上逐一添加其它特征,最后添加圓角、倒角等輔助特征。
(4)編輯修改特征
在特征造型的過(guò)程中的任何時(shí)刻都可以對(duì)特征進(jìn)行修改,包括修改特征的形狀、尺寸、位置,或是特征的從屬關(guān)系,也可以刪除已經(jīng)建立好的特征。
3.1.3 特征分析
構(gòu)造一個(gè)零件要根據(jù)零件上各個(gè)特征的形狀、尺寸以及特征之間的幾何關(guān)系來(lái)創(chuàng)建,需要提前從總體上對(duì)各個(gè)特征加以充分考慮與規(guī)劃。在設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)考慮得越詳細(xì),在設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)階段就越順利,最終的模型也就會(huì)越好,對(duì)復(fù)雜的零件尤其如此。
特征分析主要有以下內(nèi)容:
(1) 特征分解
分析零件都是由哪些特征組成,需要?jiǎng)?chuàng)建哪些特征。對(duì)同一個(gè)零件可以有不同的特征分解方法,應(yīng)該以是否符合設(shè)計(jì)思想為原則來(lái)確定一個(gè)好的特征分解方案。
(2)特征的構(gòu)造順序
分析按照什么順序創(chuàng)建特征以及如何進(jìn)一步編輯。
(3)特征的造型方法
不同的特征有不同的造型方法,同一個(gè)特征也有多種造型方法。應(yīng)該確定合適的特征造型方法,同時(shí)分析特征的主要約束。例如,對(duì)于階梯軸,可以用多種方法創(chuàng)建。現(xiàn)在對(duì)其中的三種方法進(jìn)行分析:
●旋轉(zhuǎn)基體法
在草圖中繪制階梯軸的截面輪廓和一條中心線(xiàn),用旋轉(zhuǎn)增料的方法生成階梯軸。
●疊加法
首先用拉伸基體的方法生成階梯軸的大徑部分,然后在其到端面上拉伸凸臺(tái)生成小徑部分。
●除料法
首先用拉伸基體的方法生成大徑的圓柱體,然后用拉伸切除或旋轉(zhuǎn)切除的方法去除部分材料生成階梯軸。
以上三種方法體現(xiàn)了不同的設(shè)計(jì)思想:
第一種方法強(qiáng)調(diào)了階梯軸的整體性,零件的定義主要集中在草圖中,設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單,但草圖較為復(fù)雜,后期對(duì)零件的修改需要通過(guò)重新編輯草圖進(jìn)行,缺乏靈活性,在復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)中可能導(dǎo)致無(wú)法解決的問(wèn)題。
第二種方法采用搭積木的方式通過(guò)兩次拉伸實(shí)體生成零件,它更符合人們的習(xí)慣思維,但與機(jī)械加工中生成階梯軸的步驟正好相反。兩次拉伸使設(shè)計(jì)過(guò)程稍微復(fù)雜一些,但優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)層次清晰,草圖簡(jiǎn)明,后期對(duì)零件的修改非常方便。
第三種方法的優(yōu)點(diǎn)與第二種相同,但是它強(qiáng)調(diào)了實(shí)際生產(chǎn)中加工階梯軸的步驟,在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了制造的工藝過(guò)程。這三種方法沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)劣之分,只有在實(shí)踐中不斷的積累經(jīng)驗(yàn),充分考慮到針對(duì)每一個(gè)零件的各方面的要求,才能做出相對(duì)合理的選擇。
用戶(hù)還需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)草圖布局
零件的基本特征一般由草圖生成,因此生成基本特征的草圖的位置決定了零件的位置。設(shè)計(jì)零件時(shí)要充分利用系統(tǒng)提供的零件原點(diǎn)和初始基準(zhǔn)面。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)選擇合適的基準(zhǔn)面來(lái)構(gòu)造草圖,便于用戶(hù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)視圖來(lái)觀察模型。將零件中重要的面,如對(duì)稱(chēng)面及后續(xù)造型中需要多次引用的面放到初始基準(zhǔn)面上,可以省略部分構(gòu)建參考面的步驟。
(2)草圖復(fù)雜程度
在很多情況下,同一個(gè)零件可以利用一個(gè)復(fù)雜輪廓的草圖直接拉伸生成,也可以利用一個(gè)簡(jiǎn)單輪廓的草圖先進(jìn)行拉伸特征后,再進(jìn)行圓角或倒角等輔助特征操作。兩者具有相同的操作結(jié)果,為一個(gè)零件設(shè)計(jì)基本特征時(shí)經(jīng)常會(huì)面臨這種選擇。
如一個(gè)拉伸特征的邊線(xiàn)需要進(jìn)行圓角處理,此時(shí)可以繪制一個(gè)包含草圖圓角的復(fù)雜草圖;蚴窍壤L制一個(gè)較為簡(jiǎn)單的草圖后再添加圓角特征。
具體選擇簡(jiǎn)單草圖還是復(fù)雜草圖,需要考慮以下因素:拉伸簡(jiǎn)單草圖時(shí),草圖比較容易管理且比較靈活。如有必要,可以對(duì)個(gè)別特征重新排序和壓縮。但拉伸簡(jiǎn)單草圖再進(jìn)行輔助特征操作的方法,比直接拉伸復(fù)雜草圖要占用更多的系統(tǒng)資源。
這兩種方法在不同層次上定義了圓角特征,在SolidWorks中,草圖、特征、零件乃至產(chǎn)品層次都可以定義特征之間的關(guān)系。注意合理規(guī)劃關(guān)系出現(xiàn)的層次,比較固定的關(guān)系應(yīng)當(dāng)定義在較低的層次,而需要經(jīng)常調(diào)整的關(guān)系放在較高的層次。尤其在草圖層次,需要將固定的幾何關(guān)系與尺寸關(guān)系明確地加以定義。
3.1.4 選擇命令
為在模型中快速、準(zhǔn)確地選擇對(duì)象SolidWorks提供了選擇過(guò)濾器。設(shè)置過(guò)濾器后,當(dāng)光標(biāo)掠過(guò)被選對(duì)象時(shí),只有那些在過(guò)濾器中確定的項(xiàng)目才會(huì)被選上,從而使諸如點(diǎn)、線(xiàn)或面等對(duì)象的選擇更加準(zhǔn)確、快捷。
右擊常用工具欄,從【自定義】/【工具欄】中勾選【選擇過(guò)濾器】,或者直接按F5功能鍵,系統(tǒng)會(huì)彈出【選擇過(guò)濾器】對(duì)話(huà)框:
單擊【過(guò)濾面】按扭,【切換選擇過(guò)濾器】按鈕 被激活,鼠標(biāo)在模型中只能選擇面。
單擊【過(guò)濾點(diǎn)】按扭,則鼠標(biāo)在模型中只能選擇點(diǎn)和面。
單擊【清除所有過(guò)濾器】按鈕,關(guān)閉所有過(guò)濾器。
與過(guò)濾器有關(guān)的功能鍵:
●功能鍵F5:切換選擇過(guò)濾器工具欄
●功能鍵F6:切換選擇過(guò)濾器,允許選擇一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器。
與過(guò)濾器有關(guān)的快捷鍵:
●快捷鍵E:過(guò)濾邊線(xiàn)
●快捷鍵V:過(guò)濾頂點(diǎn)
●快捷鍵X:過(guò)濾面
操作者在模型中選擇對(duì)象時(shí),除了通過(guò)【選擇過(guò)濾器】進(jìn)行選擇外,還可以使用右鍵快捷菜單來(lái)操作。在繪圖區(qū)選中模型的邊線(xiàn)后右擊,這時(shí)會(huì)彈出快捷菜單。在彈出的快捷菜單中有【選擇其它】、【選擇中點(diǎn)】、【選擇相切】、【選擇環(huán)】四種選擇方式。根據(jù)所選具體對(duì)象的不同會(huì)出現(xiàn)四種選擇方式中的幾種。:
(1)單擊【選擇其它】按鈕,彈出【選擇其它】提示對(duì)話(huà)框。被所選對(duì)象擋住的、與所選對(duì)象相互交織的其他實(shí)體元素(如面、邊線(xiàn))可以被選擇,該功能在工程圖中很有用處。
(2)單擊【選擇中點(diǎn)】命令,則所選邊線(xiàn)的中點(diǎn)被選中。
(3)單擊【選擇相切】命令,則與所選對(duì)象相切的對(duì)象(相切關(guān)系將一直傳遞,直到不相切對(duì)象出現(xiàn)時(shí)停止)同時(shí)選中。
(4)單擊【選擇環(huán)】命令,則與該邊線(xiàn)相連的環(huán)輪廓被選中;【選擇環(huán)】命令常用于倒圓角和倒角操作。
3.1.5 參考基準(zhǔn)軸
在零件或裝配體環(huán)境中,生成草圖幾何體或圓周陣列時(shí),要使用基準(zhǔn)軸。單擊【參考幾何體】上的【基準(zhǔn)軸】按鈕 ,系統(tǒng)彈出【基準(zhǔn)軸】屬性管理器。在【選擇】選項(xiàng)框中選擇基準(zhǔn)軸的形成方式和所需選擇項(xiàng)目,單擊【確定】按鈕 完成基準(zhǔn)軸的建立。參考基準(zhǔn)軸的類(lèi)型主要有以下幾種類(lèi)型:
◇【一直線(xiàn)/邊線(xiàn)/軸】:沿所選一草圖直線(xiàn)或模型邊線(xiàn)來(lái)生成基準(zhǔn)軸。
◇【兩平面】:選擇兩構(gòu)造平面(包括基準(zhǔn)面),在其交線(xiàn)處生成基準(zhǔn)軸。
◇【兩點(diǎn)/頂點(diǎn)】:選擇兩個(gè)繪制的點(diǎn)、頂點(diǎn)或中點(diǎn)生成基準(zhǔn)面。
◇【圓柱/圓錐面】:選擇一圓柱或圓錐面,生成的基準(zhǔn) 軸通過(guò)圓柱或圓錐面的軸線(xiàn)示。
◇【點(diǎn)和面/基準(zhǔn)面】:選擇一基準(zhǔn)面或模型上的平面,以及一個(gè)繪制的點(diǎn)或頂點(diǎn),生成垂直于所選面且通過(guò)所選點(diǎn)的基準(zhǔn)軸。
在設(shè)計(jì)中也常用臨時(shí)軸作為基準(zhǔn)軸。臨時(shí)軸是由模型中的圓錐或圓柱隱含生成的軸線(xiàn),可以通過(guò)單擊菜單欄【視圖】/【臨時(shí)軸】按鈕 來(lái)顯示或隱藏。合理地使用臨時(shí)軸可以省去新建基準(zhǔn)軸的操作,加快工作速度。
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