第十二章-参数化三维实体造型系统

第十二章参数化三维实体造型系统

在传统的三维产品造型设计中，产品实体模型是设计者利用固定的尺寸值得到的。零件的结构形状不能灵活地改变，一旦零件尺寸发生改变，必须重新绘制其对应的几何模型，这样往往给设计工作带来极大的不便。

参数化设计是一种使用参数快速构造和修改几何模型的造型方法。利用参数化技术进行设计时，图形的修改变得非常容易，用户构造几何模型时，可以集中于概念和整体设计，因此可以充分发挥设计人员的创造性，提高设计效率。

参数化建模是指在参数化造型过程中记录建模过程和其中的变量以及用户执行的CAD 功能操作。因此，参数化建模通过捕捉模型中的参数化关系记录了设计过程，其本质就是设计过程的记录和回放。这种记录过程与次序有关（是顺序化的），同时它利用一系列定义好的参数对模型进行顺序计算。参数化建模的优势在于速度快，其缺点是用户必须提供几何元素的全部尺寸、位置信息，即只有完全定义前一元素才能定义下一个元素。

参数化的设计技术是一种面向产品制造全过程的描述信息和信息关系的产品数字建模方法，Pro/E、I-DEAS、MDT、Solidworks等都是在一定程度上以参数化、变量化、特征设计为特点的新一代实体造型软件产品。

齿轮减速器是广泛应用于机械行业的机械装置，其中包含多种通用零件，如齿轮、轴、轴承、螺纹紧固件、润滑装置、密封元件等。本章主要以齿轮减速器作为研究对象，通过在Solidworks环境下的参数化设计方法，实现减速器零件的参数化建模、虚拟装配及工程图设计等。

12.1 Solidworks简介

Solidworks是一种智能型的高级CAD/CAE/CAM组合软件，它集设计、加工、分析功能于一身，能方便地进行三维实体设计、加工制造以及动力学和热力学的各项分析。它包括Solidworks本身的CAD模块、CAM Work的加工模块以及Design work的分析模块等。Solidworks的智能化程度高，参数化功能强，并且操作起来非常简便，是最容易学习的高级绘图分析软件之一。图12-1是Solidworks的标准工作界面。

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特征管理

器设计树

图12-1 Solidworks的标准工作界面

下面主要针对减速器三维零件的生成描述Solidworks的建模过程。

12.1.1拉伸（凸出或切除）实体特征

（1）建立新文件

单击“新建”图标，系统即显示如图12-2所示的对话框。该对话框中有三个选项，分别为用户提供新建零件、装配体及工程图等文件。单击“零件”图标，并单击“确定”按钮完成设置，系统即建立新零件文件。

图12-2 新建文件对话框

（1）打开草图模式绘制草图

在特征管理器设计树中选择“前视基准面”，单击“草图绘制”图标，进入草图绘制模式。单击草图工具栏中的“圆”工具，以草图原点为圆心绘制一个圆。当鼠标靠近坐标原点时会自动捕捉到草图原点。圆的半径可以先画任意大小，然后单击“智能尺寸”图标，标注该圆直径，并将该圆直径改为34mm，如图12-3所示。单击完成圆的草图绘制，最后单击“退出草图”结束草图1的绘制。

图12-3 圆的绘制

（2）创建拉伸实体特征

用鼠标选择草图1，单击特征工具栏中的“特征”，进入特征建模模式，单击“拉

伸凸台/基体”工具，设置拉伸深度为7mm，单击“确定”，如图12-4所示，完成拉伸实体特征。

图12-4 圆的拉伸特征

（3）创建孔特征

单击“拉伸切除”工具，系统提示需选择一平面作为孔特征的草图基准面，根据实体特点遂选择圆柱的前端面作为草图基准面。以坐标原点为圆心利用“圆”工具、“智能尺寸”工具，绘制一直径为14mm的圆，单击“退出草图”结束草图2的绘制。在

“拉伸——切除属性”对话框中设置拉伸切除深度为7mm，单击“确定”完成孔特征，如图12-5所示。

图12-5 圆的拉伸切除特征

（4）倒角特征

单击“倒角”工具后，先选择边线1（前面孔的边线）进行倒角，单击“角度距离”

模式，输入距离等于1.5，角度等于45度，单击“确定”完成孔的内倒角。同理重复上述操作，完成圆柱的外倒角c0.5，如图12-6所示。

图12-6 圆的倒角特征

（5）创建均布孔特征

单击“拉伸切除”工具，选择圆柱的前端面作为草图基准面。在孔上方画一直径为

4mm的圆，并利用“智能尺寸”确定圆心到圆盘轴线的距离为12mm，单击退出草图模式。设置拉伸切除深度为7mm，完成小孔特征，如图12-7所示。

图12-7 挖切小孔

重复上述操作，单击“拉伸切除”工具，选择圆柱的前端面作为草图基准面。画一直径

为6mm的与小孔同心的圆。设置拉伸切除深度为3mm，完成阶梯孔特征，如图12-8所示。

图12-8 阶梯孔特征

（6）创建圆周阵列特征

单击“圆周阵列”工具，设置总角度为360度、实列数为3、等间距，选择要阵列的特征为“切除拉伸2”和“切除拉伸3”，如图12-9所示。单击视图工具栏，在下拉菜单中单击“临时轴”，使圆柱轴线显示出来，选择圆柱轴线为阵列基准轴，单击“确定”完成圆周阵列特征。单击“保存”取文件名为“小圆盖”。

图12-9 圆周阵列

12.1.2 旋转实体与旋转切除特征

对于一些具有明显回转中心的形体，例如花瓶、茶壶、烛台以及机械零件中的轴、盘、端盖等回转实体，还可以采用旋转实体模式来生成。尤其是一些形状复杂的回转体，采用旋转实体模式可以快速建模，下面以减速箱从动轴为例，说明旋转实体与旋转切除特征的建立。

1. 旋转实体特征