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。

2．选择薄壁 选择要作抽壳的特征 输入壁厚 指定开放面 完成。

四、拔模Draft

在一个平面、圆柱面或一般曲面上形成一个拔模斜面，一般用于模具的脱模之用。拔模斜度一般限于-10°~10°之间。

基本概念：

(1) 拔模面：平面或曲面

(2) 中性面：或固定面，该面与拔模面相交所得直线或曲线正是拔模斜

面的旋转轴。

(3) 中性曲线：或固定曲线，拔模斜面的旋转轴。

(4) 拔模方向：决定拔模角的正负方向

1、单侧拔模：

拔模 属性 从平面 确定 选择中性面 选择拔模面 输入拔模角 下一步 选择拔模方向 完成。

2、双侧拔模：

拔模 属性 从分模线 分离草图 确定 选择中性面 选择分割边 接受 下一步 选择拔模面 输入二个拔模角 下一步 选择拔模方向 完成。