第十二章-参数化三维实体造型系统
参数化造型概念
1．1 参数化造型概念参数化造型是在20世纪80年代末得到显著发展的一种计算机辅助设计方法。
CAD的用户通常认为所有的CAD系统都有相似的造型技术。
有这种观念的用户觉得学习不同CAD 系统的关键就是适应相似的CAD命令。
这种说法在二维CAD用户首次学习参数化造型应用软件时就不完全正确了，虽然在参数化造型系统中也可以发现在一般二维CAD软件里使用的相似命令，而且这些命令在参数化造型系统里也会像二维CAD软件那样使用。
下面是普通二维CAD软件和Pro／ENGINEER通用的部分命令的列表。
●直线(直线)选项只在Pro／ENGINEER的草绘模块(或环境)里作为截面绘图工具。
在二维的CAD软件里，可以通过使用坐标(如绝对坐标、相对坐标和极坐标)来得到精确长度和角度的直线。
Pro／ENGINEER不需要输入物体的精确尺寸，可以在完成特征的几何图形布局后定义特征的尺寸。
●圆和(直线)选项一样，（圆）选项也只能在Pro／ENGINEER的绘制环境里使用。
绘制草绘时精确的圆的尺寸是不重要的。
●圆弧和[直线]及[圆]选项一样，[圆弧]选项只能用在Pro／ENGINEER的绘制环境里。
Pro ／ENGINEER的[圆弧]命令包括了[圆角]命令，用来在两个几何图元间产生圆形过渡。
●删除[删除]命令可以用在Pro／ENGINEER的各个模块里。
在绘制环境里，[删除]命令用来删除几何图元，如直线、圆弧和圆等。
在零件模块里，[删除]命令用来删除零件的特征。
在组件模块中，[删除]命令可以用来删除零件上的特征和装配体中的零件。
●偏距[偏距]选项可以在Pro／ENGINEER的各个模块里找到。
在绘制环境里，可以将存在的零件特征偏距生成几何图形。
另外，零件模块和组件模块里的平面也可以偏距生成新的基准面。
●裁剪[裁剪]命令用在Pro／ENGINEER的绘制环境里。
相交的几何图元体可以在相交处修剪。
●镜像[镜像]选项可用在Pro／ENGINEER的草绘和零件模块里。
SolidWorks 课堂讲义1
1.2.2 FeatureManager设计树
•
FeatureManager设计树是 SolidWorks中一个独特的部分， 它可视地显示零件或装配体中的 所有特征。当一个特征创建好后， 就加入到FeatureManager设计树 中，因此FeatureManager设计树 代表建模操作的时间序列，通过 FeatureManager设计树，可以编 辑零件中包含的特征。在设计树 中不同的项目上单击鼠标右键， 可以显示针对该项目的快捷菜单， 如图1-4所示。
•
20 世纪80 年代中期，CV公司提出了参数化造 型方法，其特点是：基于特征、全尺寸约束、全 数据相关、尺寸驱动设计修改等。策划参数化技 术的这些人成立了一个参数公司（ParNGINEER 的参数化软件。进入20 世纪90 年代，PTC 在CAD 市场份额中名列前茅。可以 认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的 第三次技术革命。
顶点
边
表面
尺寸
1.3 文件的基本操作
•
在SolidWorks中新建文件、打开文件和存储文件 的按钮分别是 、 和 。
1.3.1 新建文件
选择下拉菜单【文件】︱【新建】命令，将出 现如图1-2所示的对话框，该对话框中有3个图标， 分别为【零件】、【装配体】和【工程图】，在 这些模板中，已对其操作环境的部分参数进行设 置，用户也可自定义模板文件再打开使用。 • 零件：建立零件获得三维模型，是学习 SolidWorks的基本，零件文件名为“*.sldprt‖， 这个三维模型可以和CAM软件结合，其内部的 尺寸也可以和数据库软件结合，以方便企业进行 生产管理工作。单击【零件】图标，再单击【确 定】按钮，即可新建一个零件文件。
［说明］ • 界面种类：图1-3为打开零件文件的操作界面，装配体及 工程图文件的操作界面与此界面类似。 • 菜单栏 这里包含的solidworks所有的操作命令 • 工具栏 标准、查看、特征、草图绘制工具等。 • FeatureManager设计树 管理零件生成的步骤顺序。 • PropertyManager 管理位置、几何建构线等。 • ConfigurationManager 管理零件的不同呈现方式或不同 尺寸，必须切换才能显示。 • 状态栏 标明了目前操作的状态
三维参数化造型及设计资料讲解
曲面造型系统带来的技术革新，使汽
车开发手段比旧的模式有了质的飞跃，
新车型开发速度也大幅度提高，许多 车型的开发周期由原来的6年缩短到只 需约3年。CAD技术给使用者带来了巨 大的好处及颇丰的收益。
2、CAD技术的第二次革命
──生不逢时的实体造型技术
有了表面模型，CAM的问题可以基本解决。 但由于表面模型技术只能表达形体的表面信 息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、 重心、惯性矩等，对CAE十分不利，最大的 问题在于分析的前处理特别困难。基于对于 CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC 公司于1979年发布了世界上第一个完全基于 实体造型技术的大型CAD/CAE软件 ──IDEAS。
DM下参数出错原因 系统提示运行状况的符号表示：
参数驱动发生错误的原因 1、设计参数变量重复使用相同的变量名。 2、参数运算错误。 3、参数关系之间发生干涉。
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三维参数化设计是指首先构造三维空间模型，然后由三维模型 投影或剖切生成二维平面上的三维图或剖面图。三维参数化设计的 主要优点是可很好地保持各个方向视图的一致性，对零件的二维视 图安排也较灵活(因为可从各个角度，各个位置进行剖切)。该类型 的难点在于如何构造三维空间模型，在目前常用的线框、表面和实 体三种造型方法中，首推实体造型的优势最大。
对表面模型，由于面与面之间没有必然的 关系，形体在面的哪一侧无法给出明确的 定义，所描述的仅是形体的外表面，并没 切开物体而展示其内部结构，因此也就无 法表示零件的立体属性，也无法指出所描 述的物体是实心还是空心。因而在物性计 算、有限元分析等应用中表面模型仍缺乏 表示上的完整性。
（3）实体模型
28.《三维实体造型》课程标准
《三维实体造型》课程标准课程代码：010321课程性质：专业课学分：4.0计划学时：64适用专业：机械制造与自动化1．前言1.1课程定位《三维实体造型》课程是机械制造与自动化专业一门重要的专业课。
在专业人才培养方案中有着重要的地位和作用。
本课程主要讲授三维绘图基础知识、观察三维模型的方法、创建三维实体、编辑三维对象、复杂实体造型、三维图形的标注、复杂三维造型绘制综合实例、工程图的生成等，使学生具有使用三维软件进行实体造型的能力，培养学生综合职业能力，满足学生职业生涯发展的需要。
通过本课程的学习，使学生具备利用三维软件进行零件建模、装配和生成工程图的能力，并为后续课程奠定基础。
它的前修课程是《机械制图》、《计算机基础》，它的后续课程有《CAM软件应用》等专业课。
1.2设计思路通过专业走访、岗位调研、毕业生质量跟踪调查、岗位分析等大量调研工作，制定出本课程标准的总体思路：将“示范与讲解”、“实践与理论”、“技能与知识”、“单元与综合”、“训练与考核”有机地融于一体；紧紧围绕完成工作任务的需要来选择课程内容；打破传统的以“了解”、“掌握”为特征设定的学科型课程目标，从“任务与职业能力”分析出发，设定课程目标；变书本知识的传授为动手能力的培养，采用项目训练的模式，按“看”、“练”、“思”、“考”的顺序，结合职业资格证书考证，培养学生的综合能力。
本课程标准以机械制造与自动化专业学生就业为导向，根据行业专家对机械制造与自动化专业所涵盖岗位群进行任务和职业能力分析，以本专业的核心课程所涉及知识为核心，以本专业学生必须具备岗位职业能力为依据，遵循学生由简单到复杂、由单一到综合的认知规律，紧密结合“三维建模师”国家职业资格考试的要求，确定本课程的工作任务模块、课程内容和教学要求。
该标准将本课程的教学活动分解设计成若干任务，以任务为载体组织教学，通过具体零件的设计造型，引出相关专业理论知识，使学生在完成各个项目训练的过程中逐渐展开对专业知识、技能的理解和应用，培养学生综合职业能力，满足学生职业生涯发展的需要。
CAXA实体设计案例教程
目录应用实例集 (1)序言 (3)第一章 CAXA实体设计概述 (4)第二章零件设计 (11)2.1简单零件设计----底座 (11)2.2复杂零件设计----泵体 (20)第三章工程图生成 (27)3.1生成标准视图 (27)3.2定制工程图模板 (34)第四章 钣金设计 (36)4.1包络钣金设计 (36)4.2箱式钣金件设计 (49)第五章曲面设计 (66)5.1曲线曲面的构造 (66)5.2曲面实体混合造型 (71)第六章装配设计 (75)6.1三维球装配 (75)6.2无约束装配 (86)6.3约束装配 (92)6.4TOP/DOWN设计 (96)第七章渲染 (102)第八章动画设计 (109)8.1一维动画 (109)8.2三维动画 (113)8.3约束动画 (116)第九章系列化产品设计 (119)第十章数据交换 (126)第十一章库操作 (129)应用实例集序言欢迎您参加CAXA实体设计培训课程！这是一个计算机技术日新月异的时代，随着CAXA实体设计的推出，您将有机会亲身体会新一代三维创新设计软件给您带来的惊喜和全新的设计理念。
CAXA实体设计是一套面向以机械行业为主的三维设计软件，她突出的体现了新一代CAD 技术以创新设计为发展方向的特点。
以完全的Windows界面，提供了一套简单、易学的全三维设计工具。
他能为您的企业快速的完成新产品设计，响应客户的个性化需要提供有力的帮助。
CAXA 实体设计能为设计人员或企业带来以下具体收益：以三维设计完成以前二维设计无法表达清楚或完成的零件设计。
为后续的分析、仿真与数控加工提供三维数字模型。
通过装配三维虚拟样机，节省企业制造真实样机和不断修改的费用。
真实感的三维照片为企业的市场和销售部门争取更多的用户订单提供多种宣传、展示手段。
真实的动画效果可清楚的表现产品结构，为生产和维修服务提供第一手资料。
完整的产品三维数据能够为企业整体信息化建设提供牢固的基础。
三视图知识
Pro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆空间进行优化设计。Pro/CABLING功能包括：
2． 单一数据库 Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
1． 3D装配图的连接层次等级设计； 2． 整体与局部的尺寸、比例和基准的确定； 3． 情况研究-参数化详细草图（2D解算器、工程记录和计算）绘制； 4． 组装：允许使用3D图块表示零组件了定位和组装零件位置； 5． 自动组装。
九、 Pro／DETAIL
Pro/ENGINEER提供了一个很宽的生成工程图的能力，包括：自动尺寸标注、参数特征生成，全尺寸修饰，自动生成投影面，辅助面，截面和局部视图，Pro/DETAIL扩展了Pro/ENGINEER这些基本功能，允许直接从Pro/ENGINEER的实体造型产品按ANSI/ISO/JIS/DIN标准的工程图。
1． 用户定义特征是参数化的，当然也很容易修改。 2． 一个用户定义的特征可在同一零件上生成并反复使用。或者在一个零件组里或在其它设计里使用的特征可以是一个“标准”特征。 3． 对于 Pro/FEATURE标准特征库可以很方便地开发并使其对整个 Pro/FEATURE用户都是有效的。 4． Pro/FEATURE特征或特征组可以从—个地方复制到另一个地方。 5． 能象组合库一样支持局部组合 6． 特征能象零件一样被镜像复制 7． 先进的设计特征扩展了Pro/ENGINEER包括下列特征的特征库的能力： (l) 壳：产生各种“空心”实体，提供可变壁厚。 (2) 复杂拱形面：生成带有适合不同外形表面的实体模型。 (3) 三维扫描：沿著3D曲线扫描外形以生成雕刻状实体模型。 (4) 薄壁特征：很容易地生成各种“薄壁”特征。 (5) 复杂混和：以一种非平行或旋转的方式(“复画”)将各种外形混合在一起。 (6) 组合零件：将二个零件组台成一个或将一个零件从另一个中去掉形成一个空腔。 (7) 混和/扫描：沿著一个示意轨迹的路径混合各种外形。 (8) 开槽特征：将2D图投影到任何3D表面以形成一个装饰几何体。 (9) 偏置面：将一个2D外形面投影到任何外表面以生成一个上升或下降特征，该特征表面与原外表面有一个偏差。 (10) 分割线：生成一个用于分割图案表面的分割线。 (11) 管道：在零件上以及组件里的零件之间生成“管道”元素。
CADCAM期末复习题综合
《CAD/CAM》期末复习题一、单项选择题4. 下列各项中，不属于CAM工作范畴的内容是( C )。
A.生产过程管理B.加工控制C.应力、应变分析D.质量控制5. 当前应用得最普遍的一种CAD型式是( D )。
A.检索型CADB.自动型CADC.人工型CADD.交互型CAD6. 在CAD/CAM系统中，( C )是加接CAD、CAM的纽带。
A.CAEB.CAGC.CAPPD.CAQ9. .交互型CAD系统 ( B )。
A.不需要设计人员干预B.需要设计人员干预C.不需要CAM干预D.需要CAM干预10．计算机辅助制造进行的内容有( A )。
A.进行过程控制及数控加工B.CADC.工程分析D.机床调整12．计算机辅助制造应具有的主要特性是( A )。
A.适应性、灵活性、高效率等B.准确性、耐久性等C.系统性、继承性等D.知识性、趣味性等1．在CAD/CAM系统中，CAM是指（ B ）。
A. 计算机辅助设计B. 计算机辅助制造C. 计算机辅助工程D. 计算机辅助工艺过程设计2．ERP是（ B ）的缩写ArrayA. 物料需求计划B. 企业资源计划C. 制造资源计划D. 集成制造技术3．下列说法那项是错误的（ C ）A. 文件的操作主要表现在两个方面，一个是查找，一个是排序。
B. 数据结构分为物理结构和逻辑结构。
C. CAD/CAM系统实际上就是软件。
D. 将隐藏线和隐藏面消除的过程就叫消隐。
4．CAD/CAM系统主要研究对象描述、系统分析、方案的优化、计算分析工艺设计仿真模拟、NC编程以及图形处理等。
它（ B ）A. 输入的是设计要求，输出的是设计方案。
B. 输入的是设计要求，输出的是制造加工信息。
C. 输入的是设计要求，输出的是图纸。
D. 输入的是设计要求，输出的是工艺流程。
5．建模技术将显示世界中的产品及相关信息转换为计算机内部能够处理、存储和管理的（ B ）表达方法。
A. 自动化B. 数字化C. 智能化D. 系统化6．CAD/CAM系统中软件分为几大类,他们是：（ B ）A. 系统软件、功能软件、应用软件B. 系统软件、支撑软件、应用软件。
三维建模发展史
三维建模发展史集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-建模技术的发展史三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表示、存贮和处理的技术。
实现这项技术的软件称为三维建模工具。
本课程主要培养运用Pro/Engineer软件表示和设计空间形体的能力。
三维建模技术是利用计算机系统描述物体形状的技术。
如何利用一组数据表示形体，如何控制与处理这些数据，是几何造型中的关键技术。
三维建模技术的研究和发展在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术。
而如今参数化及变量化设计思想和特征模型则代表了当今CAD技术的发展方向。
三维建模技术是伴随CAD技术的发展而发展的！三维建模技术的发展史1 线框模型（Wire Frame Model) : 20世纪60年代末开始研究用线框和多边形构造三维实体，这样地模型被称为线框模型。
三维物体是由它的全部顶点及边的集合来描述，线框由此得名，线框模型就像人类的骨骼。
优点：有了物体的三维数据，可以产生任意视图，视图间能保持正确的投影关系，这为生产工程图带来了方便。
此外还能生成透视图和轴侧图，这在二维系统中是做不到的；构造模型的数据结构简单，节约计算机资源；学习简单，是人工绘图的自然延伸。
缺点：因为所以棱线全部显示，物体的真实感可出现二义解释；缺少曲线棱廓，若要表现圆柱、球体等曲面比较困难；由于数据结构中缺少边与面、面与面之间的关系的信息，因此不能构成实体，无法识别面与体，不能区别体内与体外，不能进行剖切，不能进行两个面求交，不能自动划分有限元网络等等。
2曲面模型（Surface Model)曲面模型是在线框模型的数据结构基础上，增加可形成立体面的各相关数据后构成的。
曲面模型的特点与线框模型相比，曲面模型多了一个面表，记录了边与面之间的拓扑关系。
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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。
工具栏
下拉菜单
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。