第7章計算機輔助課程設計

7.1計算機輔助機械設計簡介7.2三維造型7.3二維工程圖的繪制

7.1計算機輔助機械設計簡介

計算機輔助設計(ComputerAidedDesign，簡稱CAD)是利用計算機進行設計、判斷、計算和繪圖，實現機械綜合設計的新技術，它可以大幅度提高設計速度和設計質量，是現代機械設計的先進技術和手段。在機械設計課程設計過程中，提倡計算機輔助設計方法的應用可以使學生盡快掌握機械CAD的一般方法，同時可以提高課程設計的整體質量，達到培養要求。7.1.1設計資料的處理方法

在機械設計過程中，須通過《設計手冊》查閱大量的設計資料，這需要耗費大量的時間，但是在計算機輔助機械設計中，這些資料是通過數據的形式存儲在計算機中。為了充分利用計算機的高速處理能力，實現對設計資料和數據的自動化處理，必須對它進行數字化處理。

機械設計中的設計資料包括各種計算公式、各種標準規范、各種數表和線圖等。例如齒輪標準模數系列、螺紋連接件的幾何尺寸等。目前在機械設計中常用的數據處理方法有以下三種。

1.數據程序化

數據程序化處理方法是將設計中需要使用的數表數據以某種形式編制在應用程序中，數據直接面向應用。對于數表中的數據可用數組形式編制在應用程序中，或者利用插值法形成插值函數編入程序，對于實驗的數據列表可以通過曲線擬合形成擬合方程式編入程序。

2.數據文件化

數據文件化是建立一個文件，將機械設計中需要的數據或表格保存在輔助文件中(每個文件皆以文件名作為標識符)，由文件系統管理。文件系統包含在操作系統中，可以對文件進行查詢、修改、插入、刪除等操作。當應用程序用到有關數據時，可通過讀語句和相應的控制語句，再通過讀文件，將所需的數據讀入。

3.建立工程數據庫

數據庫系統可有效管理所有的產品設計和制造的數據信息，實現數據共享，保持程序與數據的獨立性，保證數據的完整性和安全性。7.1.2計算機輔助設計軟件

計算機輔助設計系統軟件是計算機輔助設計技術的關鍵，軟件的水平決定了設計系統效率的高低以及使用的方便程度，所以應十分重視軟件的開發和應用。

常用的計算機輔助機械設計軟件有：Pro/E、UG、AutoCAD、SolidWorks、CAXA等。

Pro/E軟件是一套由機械設計至生產的自動化軟件，是功能完備的產品造型系統，是一個參數化、基于特征的實體造型系統，并且具有單一數據庫功能。

UG軟件是集CAD/CAM/CAE功能于一體的軟件集成系統。它功能強大，可以輕松實現各種復雜實體及造型的建構，主要基于工作站運行。

CAXA軟件包括CAD/CAM/CAPP/BOM等設計制造軟件和PLM/PDM/MES等管理軟件。為制造企業提供從產品訂單、制造、交貨直至產品維護的信息化解決方案。

AutoCAD軟件之所以成為一個功能齊全、應用廣泛的通用圖形軟件包，首先因為它是一個可視化的繪圖軟件，許多命令和操作可以通過菜單選項和工具按鈕等多種方式實現。而且AutoCAD軟件具有豐富的繪圖和繪圖輔助功能，如實體繪制、關鍵點編輯、對象捕捉、標注、鳥瞰顯示控制等，它的工具欄、菜單設計、對話框、圖形打開預覽、信息交換、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預覽為用戶繪圖帶來很大方便。其次它不僅在二維繪圖處理方面很成熟，而且三維繪圖功能也很完善，可以方便地進行建模和渲染。功能強大、易學易用和其技術創新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks軟件成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設計方案，并能減少在設計過程中產生的錯誤，而且還能提高產品質量。

7.2三維造型

7.2.1機械零件的三維造型

SolidWorks軟件提供了基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現產品的設計。根據零件結構形式可把機械零件分為軸類、盤類及箱體類，同類零件在建模過程中都有一定的相似性。

1.軸類零件造型

軸類零件的橫截面為圓形，為了軸上零件的定位，軸的形狀為帶有周向定位鍵槽的階梯回轉體。可以利用旋轉凸臺和拉伸切除的方式來生成。

(1)繪制草圖，并標注驅動尺寸，如圖7-1所示。圖7-1軸的草圖

(2)以上面的軸線為旋轉中心，旋轉360°生成軸的主體，如圖7-2所示。圖7-2軸的回轉主體

(3)通過拉伸切除，生成鍵槽特征，并建立軸端孔、倒角，完成軸的三維造型創建，如圖7-3所示。圖7-3軸的三維造型

2.盤類零件造型

盤類零件多為回轉體，主體一般可以旋轉的方式生成，齒輪作為典型的盤類零件，其主體建立過程和其他盤類零件一樣，另外還需建立齒形，現就以一斜齒輪為例，介紹其建模過程。

(1)利用三點圓弧法繪制齒形草圖，并標注驅動尺寸，如圖7-4所示。

(2)利用放樣的方式生成斜齒，如圖7-5所示。圖7-4齒形草圖圖7-5放樣出的齒形

(3)利用旋轉凸臺方式，生成齒輪基體，如圖7-6所示。

(4)將齒形陣列，并開中間孔、倒角，完成齒輪模型，如圖7-7所示。圖7-6齒輪基體圖7-7齒輪三維造型

3.箱體零件造型

箱體類零件較復雜，其造型過程中涉及較多的造型方法，現以減速器箱蓋為例來介紹其造型過程。

(1)繪制箱蓋主體草圖，并標注尺寸，用拉伸凸臺和拉伸切除的方法生成主體，如圖7-8所示。

(2)建立左右筋特征，利用拉伸切除開孔，如圖7-9所示。

(3)利用SolidWorks的異型孔向導，建立符合國家標準的螺紋孔，如圖7-10所示。圖7-8箱蓋主體圖7-9筋特征圖7-10開螺紋孔

(4)建立剩余螺紋孔，并建立其他輔助特征，完成箱蓋三維零件模型，如圖7-11所示。圖7-11箱蓋的三維造型7.2.2機械產品的三維裝配

在機械設計中，大多數的機械產品都不是由單一的零件組成的，而是由許多零件裝配而成，如螺栓、螺母等裝配而成的緊固件組合，軸、齒輪、軸承構成的軸系部件等。所以對于大型、復雜產品必須通過裝配來構建整個模型。

產品裝配的一般流程為：建立裝配文件—調入基礎零件—通過約束裝配其他零

件—干涉檢查。SolidWorks常用的裝配約束有重合和同心等。

1.低速軸組件裝配

低速軸組件包括軸、齒輪、軸承、定距環、鍵等零件，裝配過程基本涵蓋常用裝配方法。

(1)建立裝配文件，裝入基礎零件——軸，如圖7-12所示。圖7-12裝配軸

(2)利用三組面重合的方式，裝配鍵，如圖7-13所示。圖7-13裝配鍵圖7-14裝配齒輪

(3)利用面重合和一個同心的約束方式，裝配齒輪、軸承和定距環，如圖7-14所示。

2.減速器的裝配

減速器零部件較多，可先裝箱座，再裝軸系、箱蓋，然后再裝緊固件及輔件，裝配完成。如圖7-15所示。圖7-15減速器三維裝配圖

3.爆炸圖

為便于觀察或對產品進行說明，裝配完成的產品可以通過拖拽生成爆炸圖。減速器爆炸圖如圖7-16所示。圖7-16減速器爆炸圖

7.3二維工程圖的繪制

1.三維模型準備

在SolidWorks系統中，工程圖和零件或裝配三維模型之間提供全相關的功能，即零件或裝配體的三維模型的修改會直接驅動工程圖的修改；反之，工程圖的變動也會更新三維模型。因此為了獲得符合要求的二維工程圖，在繪制工程圖前必須對三維模型進行相關設置，其中主要包括材料及屬性等項目設置。

1)材料設置

模型材料會影響到工程圖標題欄中材料及重量等信息的更新，設置步驟為：在特征樹的“材質”標簽上單擊鼠標右鍵彈出如圖7-17所示菜單，可選擇所需材料或單擊“編輯材料”進入“材質編輯器”對話框進行設置，如圖7-18所示。圖7-17編輯材質圖7-18材質編輯器

2)屬性設置

SolidWorks的屬性鏈接功能可以使用戶方便快捷地生成符合要求的工程圖，屬性鏈接不僅可利用系統固有屬性，還可以設置自定義屬性。屬性設置的方法是：選擇文件→屬性菜單。設置后的零件屬性如圖7-19所示。圖7-19設置零件屬性

2.圖紙設置

在SolidWorks中要生成符合國家標準的工程圖，必須按國家標準的要求設置圖紙格式，主要包括圖紙模板設置和明細欄設置。

我們可以根據自己的需要繪制圖紙模板，然后存放到安裝目錄相應文件夾下。本書所附光盤中有編者按照國家標準繪制的A0～A4規格，共5個圖紙模板，使用時可以直接將其存放到“SolidWorks\lang\chinese-simplified\Tutorial”目錄下。

本書所附光盤中還將在二維裝配圖中經常使用的明細欄也編制成模板的形式，使用時可存放到“SolidWorks\lang\chinese-simplified”目錄下。

3.建立工程圖

經過上面的基本設置以后就可新建工程圖文件，下面以減速器中的齒輪軸模型為例，介紹建立工程圖的過程。

(1)選擇“文件→新建”菜單，彈出“新建SolidWorks文件”對話框，選擇國標A3圖紙。

(2)在圖7-20所示的子窗口中選擇所需視圖并將其拖動至工程圖圖紙，然后設置視圖屬性，如圖7-21所示，最后生成視圖如圖7-22所示。圖7-20插入視圖圖7-21設置視圖屬性圖7-22生成視圖

(3)單擊鼠標右鍵，彈出如圖7-23所示的快捷菜單，在圖中選擇“編輯圖紙格式”選項，就進入到圖紙格式編輯狀態。在圖紙標題欄中的材料框位置單擊鼠標右鍵，再單擊注釋子菜單，在注釋對話框中再單擊屬性鏈接按鈕，設置如圖7-24所示，就可將在模型中設置的屬性填寫到標題欄對應位置，最終效果如圖7-25所示。圖7-23編輯圖紙格式菜單圖7-24屬性鏈接對話框圖7-25標題欄屬性鏈接最終效果圖圖7-26繪制剖視線

(4)單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇編輯圖紙菜單，返回到圖紙狀態。單擊按鈕，插入剖面視圖，繪制剖面線，如圖7-26所示,再插入剖面視圖,如圖7-27所示。圖7-27剖面視圖

(5)選擇“插入→模型項目”菜單，彈出如圖7-28所示對話框，單擊按鈕，完成設置。這樣就完成了