SolidEdge造型设计

SolidEdge造型设计
Solid Edge 造型基础讲稿
第⼀篇实体造型
第⼀节 CAD 3D造型基础知识
⼀、⼏何模型
三维客观世界中真实存在的实体对象在计算机中⽤⼀定的⽅式进⾏存贮、识别所采⽤的模型。

常⽤有如下三种：
(1) 线框模型：在计算机内部以形体的点、线为基本要素来表达三维形体。

优点：简单、存贮量少。

缺点：这种表⽰⽅式仅能表⽰多⾯体，对于曲⾯则⽆能为⼒。

且不能明确表达体与点的关系、不能表⽰剖⾯、消隐、明暗；不能进⾏物性分析、⼲涉、NC加⼯等，且具有多义性：⼀个真实三维形体可能有不同表⽰⽅式，或⼀种表⽰⽅式可能对应于不同三维形体。

(2) 表⾯模型：在计算机内部以形体的点、线、⾯为基本要素来表达三维形体。

它在原有线框模型的信息基础上增加了⾯及⾯之间的链接信息。

此处所谓“⾯”，可以指⼀般意义上的平⾯、规则曲⾯（圆柱⾯、球⾯，锥⾯等）、⾃由曲⾯。

优点：可以⽣成剖⾯、消隐、表⾯积计算、曲⾯求交、NC⼑具轨迹⽣成。

缺点：该模型中的⾯没有⽅向性，没有区分物体的内部还是外部，因此表⾯模型只能描述实体边界（壳体）上的信息。

(3) 实体模型：在计算机内部以形体的点、线、⾯、体（域）为基本
要素来表达三维形体。

这⾥所谓的“体”或“域”是指实体的存在域，⼀般有三种⽅式给定，如下图所⽰：
图1-1
具体实施有以下⼆种⽅式：
CSG ——结构实体⼏何表⽰法。

它有⼆个基本要素：
基本形体：⽤变量参数表达基本形体：V=F(形参表)，当形参赋于值后该基本形体称为实例(Instance)。

布尔运算：并(加)，交(乘)、差(减)。

以及⼏何变换（平移、旋转、⽐例、镜像等）。

这样，CSG中的实体都可⽤⼀棵树表⽰。

称为CSG树。

CSG法的特点：
(a) 适宜表达复杂、但规则的形体（视为简单基本形体的叠加所构成）。

(b) 不宜表⽰复杂曲⾯所构成的形体。

(c) 数据库存贮量相对较少，但运算过程较冗长。

B-Reps——边界表⽰法。

它在上述表⾯模型基础上，赋于实体信息。

规定实体是由⼀组有向表⾯（平⾯、曲⾯）所包围的体域。

信息量：点、线、⾯、环（构成⾯的有向边的拓扑结构）。

⽬前为了适应实际需要，亦可采⽤混合表⽰：结合CSG与B-Reps法。

⼆．参数化造型与参数化设计
1．参数化设计与参数化造型
参数化( parameteric )设计, 亦称尺⼨驱动( Dimension-driven )是⽤⼀组参数来定义⼏何图形（体素）尺⼨数值并约定尺⼨关系。

它不仅可⽤于交互式绘图系统，也可⽤于造型设计中。

当图形（模型）的尺⼨变动时，图形或模型就随之⾃动更新。

其中参数求解较简单，参数与设计对象的控制尺⼨有显式对应。

设计结果受到尺⼨驱动。

参数化设计中，引⼊⼆类约束：尺⼨约束与⼏何约束。

尺⼨约束中，尺⼨不是常量，⽽是变量，受参数驱动；⼏何约束是指诸如⼆维或三维图形中的平⾏、正交、相切等⼀些限制条件，即⼏何元素之间必须满⾜的某种特定关系。

常见⼏何约束：平⾏、正交、相切、等长、重合、⽔平/垂直等；
考虑图形的⾃由度与约束数的关系：反映在约束的完整性，具体有：⽋约束、过约束、完整约束。

参数化设计可以实现直接对图形数据库进⾏操作。

可以实现所谓的零件簇表( family table/Design Table )，将电⼦表格与参数化技术关联。

以滚动轴承、齿轮等零件为例。

具体实施技术：基于⼏何的数学⽅法、基于⼏何的⼈⼯智能⽅法。

这⽅⾯典型的软件是Pro/Engineering。

其次有 Solid Works，UG等2．变量化技术VGX
由变量来驱动三维模型，这组变量受到⼀组⾮线性⽅程组的约束。

它取消了参数化中参数的顺序性。

它是参数化技术在三维设计中推⼴。

近年来倍受⽤户关注。

其典型软件是IDEAS、Solid Edge
三．特征技术
1、特征概念
由于⼏何造型具有：零件定义不完整（纯⼏何）、信息层次低，缺乏制造信息等缺点。

因此特征技术是⼏何造型的延伸，从⼯程⾓度对形体的各个组成部分及其特征进⾏定义，使所描述的形体信息更具有⼯程含义。

到⽬前为⽌，特征技术是CAD/CAM领域中应⽤价值最⾼的⼀种技术。

产品特征是产品的形状特征与⼯程语义信息的总称。

其中形状特征是指具有⼀定拓扑关系的⼀组⼏何元素构成的形状实体；⼯程语义信息：静态信息（描述形状特征、位置属性数据）、规则与⽅法（确定特征功能与⾏为）、特征关系（特征之间的约束关系）。

2、特征分类
为了表达不同领域内特征的使⽤、建⽴通⽤特征术语、实现标准化，应对特征进⾏分类。

形状特征：即具有⼀定⼯程含义的⼏何形状；
精度特征：尺⼨公差、位置公差、表⾯粗糙度的总称；
材料特征：与零件材料及热处理相关的信息集合；
技术特征：零件性能与技术要求的总称；
装配特征：零件在装配部件中的装配关系、装配基准的总称。

3、特征的体素表⽰
特征⼏何元素特征⾯特征体特征原型定义。

特征表达⽅法：基于CSG的特征表达、基于B-Reps特征表、基于
CSG/B-Reps的混合表⽰。

特征关系：定位关系、树型关系、邻接关系等。

4、特征模型
是实体模型的延伸。

第⼆节 Solid Edge造型⼀般过程
如下零件的造型过程:(A)⽣成零件某⼀基本截⾯轮廓 (B)使⽤特征⽣成⽅法形成基础特征（拉伸） (C)选择绘图平⾯、创建草图（圆形） (D)拉伸成柱体 (E)选择绘图平⾯，创建草图（矩形） (F)拉伸成特征 (G)选择绘图平⾯、创建切割体的草图 (H)拉伸成切割体 (I)⽣成圆⾓特征 (J)⽣成孔特征 (K)⽣成筋特征 OK.
(A) (B) (C)
(D) (E) (F)
(G) (H) (I)
(J) (K)
⼀般⽽⾔，Solid Edge造型过程是：⾸先⽣成第⼀个⼏何形体（⽑坯或称基础特征），然后再在此基础上⽣成其它⼏何形体，这些⼏何形体能最⼤可能反映实体总体特征。

再⽣成实体内部切除，如形腔、槽、孔等，最后⽣成局部细节，如圆⾓、倒⾓等。

第三节 Solid Edge造型基本概念
1．特征(Feature)
构造含有⼀定⼯程意义的⼏何形体、装配体、制造体的⼀种规则或操作⽅式，称为特征。

如实体造型中，按材料⽣长或去除⽅式可分为挤出特征：能⽣成材料的特征
切割特征：去除材料的特征
按照⼏何形体的⽣成规则可有：拉伸(Extrude)、旋转(Revolve)、扫描
(Sweep)、混合(Blend)、圆⾓(Round)、倒⾓(Chamfer)、抽壳(Shell)等。

特征⽣成⽅向有⼆种：One Side——单向（沿指定⽅向⽣长或切割材料⽣成特征）、Both Sides——双向（沿指定⽅向的正向及反向同时⽣长或切割材料⽣成特征）。

双向拉伸单向拉伸
图1-5
2．草图（Sketch）、轮廓(Profile)
SOLID EDGE中⼤多数特征需要由若⼲截⾯（平⾯图形）构成。

这些平⾯图形就称为草图。

它是特征构造中最重要的基础。

草图是⼀个平⾯图形，其轮廓可以是封闭的，也可⾮封闭；它可单连通区域，也可⾮连通区域。

⽣成实体的草图必须是封闭轮廓。

图1-6
单环截⾯草图⽣成实体多环截⾯草图⽣成实体
图1-7
进⼊草图模式有⼆种⽅式：⼀是通过单独新建草图特征、⼆是在创建草图特征时，系统由向导⽅式提⽰⽤户创建草图。

草图设计中相关技术：智能导航（设计意图捕捉）——绘制草图时，系统⾃动捕捉⼀些⼏何特征点及⼏何约束。

相关技术：尺⼨约束与⼏何约束、完全约束与⾮完全约束
⼀般将那些需要通过构建若⼲草图截⾯才能⽣成的特征称为草图特征，⽽若不需草图且只需通过拾取点及输⼊若⼲参数就能构造特征的特征称为位置特征。

3．参考⼏何体（参考特征、参考基准、基准）
⽣成特征所需的参考点、线、⾯等的总称。

⼀般将基准点、基准平⾯（⼀个⼏何上可视为⽆限⼤的平⾯）、基准线（直线、曲线等）统称为参考⼏何体。

⽽将参考曲⾯简称为曲⾯。

第四节基本造型设计
⼀、基本交互操作
1．启动：可将Solid Edge安装⽂件夹的⼦⽂件夹内的⽂件夹Edge.EXE在桌⾯上创建快捷⽅式，然后启动Solid Edge。

然后选择新建⽂件⽅式。

系统约定：*.PAR——零件⽂件、*.ASM——装配⽂件、*.DFT——⼯程图⽂件、*.PSM——钣⾦⽂件、*.PWD——焊接⽂件；
然后选择模板⽂件。

2．视窗内实体观察的交互操作
ZOOM缩放：⿏标滚轮、ROTATE旋转：⿏标中键。

3．基本⼯具栏：
条形菜单、基本⼯具栏、特征⼯具栏、资源浏览器（特征树）
⼯具条设置：视图⼯具条⼯具条
4．系统设置：⼯具选项
⼆、基本草图技术
每当要⽣成平⾯轮廓图形时，⾸先要选择⼀个绘图平⾯——草图平⾯1. 基本作图⼯具：类似于AutoCAD。

注意以下⼏点：
(1) 追踪技术：类似于AUTOCAD的⾃动捕捉及追踪技术，但本质不同，AUTOCAD仅仅是捕捉，⽣成图后不保存为些捕捉信息，⽽SOLID Edge 保存这些捕捉信息——⼏何约束。

使⽤⽅式：将⿏标指针指向某个在特征点，然后再移动⿏标⾄绘图点。

(2) 基本绘图⼯具：与AUTOCAD基本⼀致。

直线、圆、圆弧、曲线、
矩形等
(3) 基本编辑⼯具：
修剪⼯具：与AUTOCAD不⼀致，本软件中是智能修剪，不需要指定裁剪边！！
包含⼯具：将已知轮廓边线投影到当前绘图平⾯内，并引⽤之。

建构轮廓：将图元转换成基准参考对象，如:直线中⼼线、圆中⼼线圆等
2. ⼏何约束技术：
这是SOLIDEDGE核⼼技术。

操作⽅式：
（1）⾃动智能⽅式
（2）⼈为加⼊
常⽤约束⽅式：
连接垂直/⽔平正交相切重合同⼼对称等长
连接——两个点连接在同⼀点（选择要素：两个点或点+其它对象）垂直/⽔平——单个直线处于垂直或⽔平位置（选择要素：单条直线）正交——两条直线相互正交（选择要素：两条直线）
等长——线段等长或圆、弧等半径（选择要素：两条直线或圆、弧）对称——两个对象关于某直线对称（选择要素：对称轴+两个对象）3．尺⼨约束技术：将AUTOCAD的尺⼨标注扩展为尺⼨约束，尺⼨不再是常量，⽽是变量！！
常⽤标注⽅式：
智能标注：线段长度、圆半径（直径）等
两点距离标注
两直线⾓度标注
对称标注
注意：对称标注，先选择中⼼基准，再选择测量对象
三、拉伸
将某⼀平⾯轮廓沿该平⾯法线⽅向伸展⽣成⽽特征。

基本要素：草图平⾯与草图、特征⽣长⽅向、特征⽣长厚度
操作：
⽅式⼀：
拉伸体选择草图平⾯绘制草图完成输⼊拉伸距离完成。

⽅式⼆：
拉伸体选择草图完成输⼊拉伸距离完成。

注意事项：
（1）拉伸距离的输⼊⽅式：⼿⼯输⼊数值，⿏标动态拉伸距离。

（2）⽣长⽅式：对称⽅式、⾮对称⽅式；
（3）⽣长厚度：限定深度（单向有限深度）、贯穿⽅式（穿过所有特征，⽤于切割⽅式）、⾄下⼀⾯（延伸⾄下⼀平⾯）、从某⾯⾄某⾯（指
定起始⾯与终⽌⾯）
（4）在草图中注意轮廓的定位与定形。

完整约束、⽋约束、过约束。

在SOLID EDEG中⽣成的特征，允许：完整约束及⽋约束；不允
许出现过约束。

培养好习惯：完整约束，便于检查。

四、重定义特征
修改已⽣成特征的某些属性，如草图内的⼏何图元、特征⽣长⽅式等。

操作：特征树（特征浏览器）选中特征右键快捷菜单编辑定义选择：草图平⾯、草图（轮廓）、⽣长⽅式、延伸步骤、处理步骤（输⼊拉伸锥⾓）
五、修改特征尺⼨
特征树选择特征右键快捷菜单动态修改选择尺⼨输⼊新值 …。

注意：SOLID EDGE是应⽤变量化技术，因此修改尺⼨时所输⼊的新尺⼨与旧尺⼨之间不要差异太⼤，若有必要，则可逐次修改，达到最终值！！
六、修改轮廓（草图）
特征树选择特征右键快捷菜单编辑轮廓进⼊草图⽅式修改完成。

七、删除特征
特征树选择特征右键快捷菜单删除确认操作。

⼋、保存
⼆种⽅式：同名保存、另存为
九、旋转 Revolve
将⼀个截⾯图形绕某⼀轴线旋转⽣成的特征。

基本要素：草图平⾯及草图（包含轴线）、回转⾓
操作：
旋转拉伸体选择草图平⾯绘制草图（草图中必须包含⼀个轴线）完成输⼊旋转⾓完成。

注意事项：
（1）草图中应包含⼀个中⼼线，表⽰旋转轴线;
（2）草图尺⼨约束中，可能以对称标注形式出现；
（3）多余⼀个中⼼线时，认定第⼀个创建的中⼼线为轴线；
（4）平⾯轮廓不能与轴线成交叉。

⼗、插⼊模式
零件造型是⼀系列特征的⽣成过程。

当希望在某已知特征前/后插⼊⼀个特征，此时应⽤插⼊模式。

操作：特征树（资源查找器）选择特征右键快捷菜单转到：表⽰在该特征之后插⼊特征！！
退出插⼊模式：对最后⼀个特征使⽤插⼊模式。

若在特征树中选中某个特征，并将它拖到某个特征之前/后，表⽰将该特征在该位置插⼊！！（注意⽗⼦依赖关系）⼗⼀、常⽤信息提⽰：
⼗⼆、其它：
除料、与旋转除料。

操作与前基本⼀致！
第五节倒⾓、圆⾓及筋条
1．倒⾓
设置倒⾓⽅式：
倒⾓倒⾓选项选择⽅式确定
⽅式⼀（倒⾓边相等，即⾓度为45°）：
倒⾓输⼊回切值(倒⾓距离) 选择倒⾓边 …. 接受完成。

⽅式⼆（⾓度与距离）：
倒⾓选择包含倒⾓边的⾯接受选择倒⾓边输⼊距离与⾓度接受完成。

2．圆⾓（简单圆⾓）
倒圆选择边 …. 输⼊半径接受完成。

3．孔
孔选择《孔选项》类型、直径等选择位置添加尺⼨约束完成。

4．筋条
筋条选择草图平⾯绘制开放草图完成输⼊筋厚度选择实体⽣长⽅向选择厚度⽣长⽅向完成。

第六节造型应⽤
基本原则：（1）先实体、后切割；（2）叠加法与切割法；（3）选择合适的基础特征，使⽤特征分解技术；（4）注意⼯程意义；（5）草图尽量简单。

第七节造型进阶
⼀、扫描，
SOLID EDGE⽀持⼆种⽅式：单轨迹单截⾯、多轨迹多截⾯
1、简单扫描（单轨迹单截⾯扫掠）
将⼀截⾯沿已知曲线运动⽣成的⼏何形体。

扫描截⾯的法线⽅向就是截⾯与扫描轨迹曲线交点处的切线⽅向。

截⾯的X，Y⽅向由系统⾃定，但Z轴⽅向就是截⾯的法线⽅向。

操作：
扫掠拉伸体/扫掠切割单⼀路径与横截⾯确定选择草图平⾯绘制扫掠轨迹完成选择轨迹端点创建截⾯轮廓的草图⾯绘制截⾯轮廓完成选择顶点完成。

注意：轨迹曲线必须是光滑曲线，不能有尖点，截⾯轮廓则不然。

截⾯曲线与轮廓可以先由草图特征⽣成，然后在选择时选：从草图及轮廓边选择。

2．复杂扫掠（多轨迹多截⾯）
先由草图⽅式⽣成若⼲草图特征表⽰扫掠轨迹曲线，然后：
扫掠多轨迹多截⾯确定从草图及轮廓边选择链选择轨迹曲线（⿏标右键表⽰结束⼀个轨迹选择）下⼀步选择顶点作为⽣成截⾯轮廓的平⾯进⼊绘图，绘制截⾯；轮廓完成继续选择顶点⽣成截⾯平⾯绘制截⾯轮廓 …. 预览完成。

注意：（1）轨迹曲线最多三条、（2）截⾯可根据实际安置若⼲个、（3）注意截⾯顶点对齐
（5）多轨迹单截⾯的扫掠。

3．螺旋扫掠，
操作：
平⾏⽅式：
螺旋拉伸体/螺旋切割选择平⾏⽅式选择草图平⾯绘制螺旋轴线与截⾯轮廓完成在螺旋轴线上选择起点输⼊螺旋参数预览完成。

垂直⽅式：
螺旋拉伸体/螺旋切割选择垂直⽅式选择草图平⾯绘制螺旋轴线选择草图平⾯绘制截⾯轮廓完成输⼊螺旋参数预览完成。

⼆、放样/混合 Loft/Blend，
混合——将若⼲截⾯草图按某种⽅式连接⽣成特征
1．简单⽅式混合——将各个截⾯按⼀定规则光滑连接⽣成实体。

操作：
为操作⽅便，⼀般先⽤草图特征⽣成各平⾯轮廓，然后：
放样拉伸/放样切割逐个选择截⾯轮廓预览，观察效果/编辑选择对应顶点完成.注意：
（1）对应顶点连接务必⼀致，否则将形成不必要的扭曲！！
（2）注意截⾯的顶点数⽬必须相同。

当不同时：
延伸步骤出现顶点映射集对话框选择对应顶点集添加继续选择 …. 关闭。

（3）边界条件：⾸尾⼆个截⾯的光滑条件。

2．复杂放样——将简单放样与扫掠相结合。

(Swept Blend)
要素：放样⾯+扫掠轨迹曲线
操作：
放样拉伸/放样切割逐个选择截⾯轮廓引导曲线步骤选择扫掠轨迹曲线预览、观察效果/编辑选择对应顶点完成.注意：轨迹曲线必须与放样截⾯相接触！！
相关技术：
如何根据已知顶点⽣成曲线：
曲⾯⼯具栏键⼊点曲线逐个选择顶点完成。

三、抽壳Shell
将零件内部挖空，形成壳体。

有⼆种⽅式：整体抽壳、部分抽壳
1．整体抽壳：要素——壁厚、开放⾯
薄壁输⼊壁厚指定开放⾯完成。