《SolidWorks 2009 三维设计及应用教程》电子教案

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1、SolidWorks 三维设计及应用,兰州交通大学机电学院机车车辆系 商跃进,电 子 教 案,课程介绍,课程性质：设计类课程 课程任务：掌握辅助设计工具 学习方法：学练结合、因用而学 课程内容：,单元1 SolidWorks概述,参数化三维建模创造历史,制造的全球化、信息化及需求个性化，都要求企业能在最短的时间内推出用户满意的产品，并快速占领市场。 为适应这种瞬息万变的市场需求，缩短设计制造周期，提高产品质量，催生出先进的设计制造技术计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，简称CAD/CAM）。 CAD

2、/CAM技术的发展和应用已经成为衡量一个国家科技现代化与工业现代化水平的重要指标。,1.1 三维设计软件快速入门,1、眼见为实 2、亲手制作 3、不传之秘 4、设计利器,入门之“Key“,内燃机装配,锯床加工,1、眼见为实,2、亲手制作,轮对CAD/CAE演示,3、不传之秘,特点：“机械制造仿真、所见即所得和牵一发动全身” 功能：“造零件、装机械、出图纸”。 三维设计三步曲： 造零件：选平面、画形状、定位置、标尺寸、造特征、制零件。 装机械：插地基、设布局、添零件、选对象、设配合、装机械。 出图纸：设格式、选视图、定位置、标尺寸、添注解、出图纸。,4、设计利器,工欲善其事,必先利其器！,（1）

3、 CAD/CAM系统类型 （2）流行CAD系统技术特点 （3）SolidWorks简介,（1） CAD/CAM系统的软件类型,CAD/CAM系统的软件可分为三个层次： 系统软件：指操作系统和系统实用程序等，它用于计算机的管理、控制和维护。 包括：操作系统、编译系统和系统实用程序。 支撑软件：包括几何建模软件，如Pro/E等 ；数据库管理系统，如FoxBASE，FoxPRO工程数据库等；工程分析及计算软件，如 ADINA等；机构分析及机构综合的软件，如 ADAMS等；文档制作软件，如WPS，WORD2000等。 应用软件：用户为解决各类实际问题，在系统软件的支持下而设计、开发的程序，或利用支撑软

4、件进行二次开发形成的程序，应用软件的功能和质量直接影响CAD系统的功能和质量。,（2）流行CAD系统技术特点,CAD软件大致可分为高端UNIX工作站CAD系统，中端Windows微机CAD系统和低端二维微机CAD系统等三类。 （1）高端UINX工作站CAD系统Pro/E UNIX操作系统为支撑平台。目前，这类系统中比较流行的有：PTC公司的Pro/Engineer软件、SDRC公司的I-DEAS软件和EDS公司的UG软件。 （2）中端微机的CAD系统SolidWorks 基于Windows技术的微机CAD系统迅速发展。目前，国际上最流行的有SolidWorks公司的SolidWorks软件，U

5、G公司的SolidEdge软件和Autodesk公司的MDT软件等，国内也推出清华CAD工程中心的GEMS，浙大大天公司的GSMASD，北京巨龙腾公司的龙腾CAD，北京爱宜特公司的Micro Solid、江苏杰必克超人CAD/CAM以及华正公司的CAXA-ME。 （3）低端CAD系统AutoCAD 纯二维CAD系统在国外已经不多，真正有名的是Autodesk公司的AutoCAD软件。,（3）SolidWorks简介,特点与功能 思维方式 用户界面,特点与功能,特点： 成本低、应用广、面向 Windows 基于特征、反映意图 参数化 全相关 约束,功能： 零件建模 装配设计 工程图 钣金、高级图

6、像渲染 有限元分析、机构运动学分析,思维方式,用户界面,菜单栏：菜单几乎包括所有 SolidWorks 命令。菜单和菜单项可根据活动的文档类型和工作流程自定义而使用。默认情况下，菜单是隐藏的。要显示菜单，其将鼠标移到5alidWorks徽标上或单击它。若想使菜单保持可见，将 钉住为打开。,ComandManager命令管理器：使用CommandManager左侧下方的标签可以更改所显示的命令，这些标签取代了早期版本的控制区域按钮。 FeatureManager设计树：SolidWorks软件在一个被称为FeatureManager设计树的特殊窗口中显示模型的特征结构。设计树不仅可以显示特征创建

7、的顺序，而且还可以使用户很容易地得到所有特征的相关信息。用户可以通过FeatureManager设计树选择和编辑特征、草图、工程视图和构造几何线。,1.2 产品设计与CAD的应用,1、现代设计工作流程 2、CAD发展历程 3、使用三维CAD的目的,1、现代设计工作流程,2、CAD发展历程,CAD技术的产生 图板的替代品CAD CAD技术的第一次革命 贵族化的曲面造型系统 CAD技术的第二次革命 生不逢时的实体造型技术 第三次CAD技术革命 一鸣惊人的参数化技术 第四次CAD技术革命 更上层楼的变量化技术,3、使用三维CAD的目的,（a）表达设计思维绘图/建模不是设计的终极目标 从CAD技术来说

8、，设计总要绘图，因为一个工程师无法记住自己的设计中的全部细节，图形表达就是唯一的方法。可见，绘图/建模是设计构思的工具，而不是设计的结束。绘图、建模是设计的起点和过程中的动作，是辅助手段。绘制工程图，实际上是设计思维的表达手段。 （b）提高修改速度零件是用于装配的，设计必须实现关联 任何零件被设计的唯一目的就是“被使用”，从来没有任何零件可能被“单独”使用的。必须与相关零件配合进行设计。无论使用什么样的CAD系统，使用中都必须始终把握“基于装配的关联设计” 。 （c）实现制造仿真设计就是模拟加工和装配 一个不懂相关的工艺、测量、装配、调试技术的工程师，无法进行真正的设计，至少不能完成优秀的设计

9、。,画非画！,4、学习三维设计软件的方法,第一，要有明确的设计思路。 要明白三维设计不仅为了直观，更重要的是为了贯彻设计思想，减少错误，提高设计效率。将三维软件运用到产品CAD的过程中，非常重要的就是要有设计思路。这是很难传授的，也是极其重要的 没有设计思路，就等于没有了设计灵魂，只是单一的“搭积木”方式，往往会事倍功半。 第二，要理论联系实际。 三维软件的实践性很强，如果只学而不用，就永远也学不好。要学会在用中学习，这样才能提高兴趣，达到好的学习效果。同时，要有扎实的理论基础。一般来说，机械设计人员一定要掌握的课程包括几何学、机械制图、材料学、公差与配合、机构学等，了解工艺过程。三维设计通常

10、就是零件加工过程的计算机仿真。 第三，培养对美学的认识。 现代的工业设计很大程度上依赖美学和工程学的结合。随着社会的发展和进步，人们对产品的美观程度有了相当程度的要求，要搞好设计必须从美学和工程学两个方面入手，工程方面在学校里学得很多，实践中也会积累一些，美学则相对较难。,1.3 三维造型基础技术,1、三维模型组成 2、参数化造型技术的特点,1、三维模型类型与组成,三维模型的类型 线框模型只是由一组顶点和边构成的。 表面模型是由一组顶点、边和面构成的。 实体模型则是由一组顶点、边、表面和体积构成的，这种模型是最完整也是最复杂的三维几何模型。,（a）体素法 实体模型通过连接基本体素（如长方体、球

11、体、圆柱体、圆锥体等）来构造。连接操作有：加（并）；减（差）；相交（交）；补充造型（补）。它们被称为布尔操作或者集合运算。 （b）扫描法（Sweeping） 原理是：生成一个2D轮廓，再沿某一导向曲线进行三维扩展或通过某一平面绕一预先定义好的轴旋转，形成3D实体。2D轮廓是用二维CAD系统所提供的功能产生的，并被作为扫描操作的基础,2、三维模型建立方法,3、参数化建模的特点和层次,参数化造型主要技术特点： 基于特征：将某些具有代表性的几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可调参数，进而形成实体，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造； 全约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几

12、何形状的控制。 尺寸驱动：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变；尺寸标注就不再是“注释”，而是驱动用的“参数”了 全相关：尺寸参数的修改导致其它相关模块中的相关尺寸得以全盘更新。,习题1 (1)简述三维设计的意义与作用。 (2)SolidWorks是什么样的软件？它有什么特点？如何自定义工具栏？ (3) 简述SolidWorks特征树的作用。 简述三维设计软件的基本功能与步骤。 怎样成为合格的机械三维设计人员？,1.4 常见问题解答,第一，设计者即要有理论知识，又要熟悉车间和加工设备。 第二，要培养自身的一系列的能力，如：学习能力、思维能 力、创新能力、推理能力。 第三，要提高计算机应用水平。

13、 第四，要明确三维设计的目的。 第五，要有扎实的实践基础。 第六、要培养对美学的认识。,单元2 草图绘制,正确绘制草图是三维设计的基础,从几何学知识可知，任何一个基本的三维几何体都是将一定形状的二维剖面图形（草图）按一定方式如拉伸、旋转、扫描等生成的。 在三维设计软件中，特征的创建、工程图的建立、三维装配图的建立以及都需要进行平面草图绘制。 熟练掌握草图的绘制，就已经掌握了三维设计软件的基础绘图核心。,学习目的： 了解草图绘制的作用 掌握SolidWorks中常用的草图绘制方法 掌握草图的修改 掌握约束在草图绘制中的作用 了解基准的概念和特点 掌握各种常见基准的创建方法 学习重点： Solid

14、Works中常用的草图绘制方法 草图的修改方法 约束在草图绘制中的作用,内容提要,2.1 草绘基础,1、草图绘制引例 2、 草绘步骤 3、草图、草图平面及基准 4、草图绘制命令 5、约束,1、草图绘制引例,绘制草图的推荐步骤：选平面绘形状定位置设大小,2、 草绘步骤,首先选择草图平面 其次绘制草图形状， 再者确定草图各元素间的位置关系和定位尺寸， 最后标注草图的形状尺寸。,3、选平面,（1）概念 草图：三维实体模型在某个截面上的二维轮廓称为草图。 草图平面：即绘制二维几何图形（草图）的基准平面。在创建草图前，用户必须选择一个草图平面：系统默认的基准面、前一个特征上的某一个平面或用户创建的基准面

15、。 基准：基准是指确定点、线、面所依据的哪些点、线、面。基准的分类： 基准面 、基准轴、基准点 、坐标系统 （2）基准 SolidWorks系统默认的基准：提供三个基准面，分别是上视基准面、前视基准面和右视基准面。 自建基准的方法 ：“工具”“参考几何体”“基准面”等 创建的基准。,4、绘形状,尺规作图,5、添约束,没有规矩不成方圆。每个草图都必须有一定的约束，没有约束则设计者的意图也无从体现。绘制草图前，应仔细分析草图图形结构，明确草图中的几何元素之间的约束关系。,约束是设计意图的体现。,（1）约束的定义与分类 （2）草图的三种约束状态 （3） 几何约束添加 （4） 尺寸标注与修改,（1）约

16、束的定义与分类,A、约束的概念 约束指设计中直线等图素之间满足的位置关系，以及图形自身的尺寸。 B、约束的分类 （1）几何约束： 对位置进行约束。几何约束表示几何元素间的关系，如点在一条边上、边与圆相切、边与边平行等等。 （2）尺寸约束：对尺寸进行约束。尺寸约束包括定位尺寸和定性尺寸。,在SolidWorks中几何约束称作几何关系，包括如下几种： 水平、竖直、共线、全等、垂直、平行、相切、同心、中点、交叉点、重合、相等、对称、固定、穿透、融合点。,（2）草图的三种约束状态,欠定义（欠约束）： 当约束度自由度时，蓝色的（默认设置）。设计初期可采用。 完全定义（完全约束） 当约束度自由度时，黑色的（默认设置），设计完成时的状态。 过定义（过约束） 当约束度自由度时，红色的（默认设置），应删除多余约束。,（3） 几何约束添加,自动添加几何约束：草图反馈 手工添加几何关系