SolidWorks仿真分析
发表时间： 2011-6-30
关键字: 有限元分析仿真优化SolidWorks
替换式研究对于快速评估多个选项很有价值，它可以确定哪一个可能的变化（如果有的话）会对零部件产生最大的影响。因为特征的组合数可以是无限的，所以对每次迭代及其相应的响应进行记录，这一点很重要—可以避免重复或遗漏。SolidWorks的用户可以使用“配置”(Configurations) 这一优秀的实用工具来管理替换式研究迭代。
优化是对重量、应力、成本、挠度、自然频率或温度因素进行计算，所有这些都以尺寸、载荷和约束、材料和/或制造要求为条件。本文考察了优化过程中的一些基本概念、目前可供受“有限元分析”驱动的优化过程使用的工具，然后将着重讲述设计工程师如何在他们的日常工作中取得最好的优化效果。
优化简介
十年前，设计工程师开始学习使用有限元分析（finite element analysis，FEA）、计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）和运动仿真等计算机辅助工程（computer-aided engineering，CAE）工具，并将它们作为尽快推出更好的设计的重要手段。他们相信，借助于这类工具所设计出的零部件、装配体和产品能够经受住有可能加诸其上的最为粗暴的使用。
不过，旨在满足“最坏情况”的产品，对实际操作环境来说可能并非最佳设计。它们可能会因要满足安全与强度的要求而被过分设计，远超出它们使用目的的要求；或者非常难于制造，成本高昂。如果设计工程师进一步希望自己设计出的产品就其功能而言是最好、最赢利的，则他们需要将下一个CAE步骤带入产品开发过程中，这就是优化。
设计工程师眼中的优化
设计优化可以提高产品的价值，其手段有：提高产品在自身操作环境中的性能；或者减少用来制造产品的材料数量，降低产品的生产成本。通过加入优化过程，设计工程师能够增进对其产品表现的了解，并对设计加以改进，同时还能不违背从前面已完成的分析中得出的数据。
图1：与扳钳有异曲同工之妙的优化过程
优化的基本组件
优化的过程有三个主要组件：
? 目标
? 约束
? 变量
最简单的情况下，经过优化的设计应该通过改变变量求得目标的最大值或最小值，同时确保关键性响应不超出所定义的约束条件。
目标就是执行优化过程的目的所在。例如，如果某家公司研究表明，生产重量最轻或价格最低的产品将赢得竞争优势，那么，最大限度地减少重量或成本就将成为优化的目标—这类情况称为单目标优化。
工程师经常需要面对多目标优化，不过，这种情况下所需要的资源可能超过日常所能提供的量。如果设计工程师能够将他的问题定义细化为一个目标（或一次只有一个目标），优化过程就能变得简单。在大多数情况下，处理结构响应的工程师会将重量最小化作为目标。在流体应用中，最常见的目标是实现压降和紊流能最小化或速度最大化。
约束将现实带入了优化。图2中显示的悬臂示例就属于这类情况。如果将优化问题设置为不受约束的重量最小化问题，优化程序将直接选择尺寸变量所允许的用料最少条件。不过，在现实世界中，绝大多数零部件都会有强度或刚度等其他方面的操作要求。因此，工程师要选择用来定义部件在其系统内的可接受行为的约束条件，这一点很重要。一般而言，他所选择的约束条件是在单一的静态分析、频率分析或热分析中所允许的情况。
图2：重量最轻的横梁可能会过度弯曲
在约束研究中，如果工程师希望从几个可能的设计配置中找到最佳配置，则他需要更改设计参数。这些参数就是设计变量。它们可以是尺寸、阵列中的实例数量、材料属性、载荷或弹簧刚度—或者拥有可检测的“最佳”值或需要加以考虑的设计的任何其他方面。
变量可以是连续的，也就是说，变量能够在指定的最小值和最大值之间选择任意值。绝大多数尺寸变量都属于连续变量。它们也可以是离散的，也就是说，变量只能取定义好的一组可能值。离散变量的最简单形式是“开关”或“是否”变量。例如，是否经过了焊接或是否带扣件就属于离散变量类别。阵列的实例也属于离散变量。再举个例子，皮带轮或转轮的辐条数可以是任意整数，但不能是 3.2 或 4.7 等小数。
钣金规格是一种可落入两种类别的变量。一般而言，规格厚度有预先定义的值，但通常的作法还是将厚度指定为一个连续变量，然后再上取整或下取整到最接近的规格厚度。
在优化研究过程中，选择变量是一个非常重要的步骤。如果工程师选择的变量过多或过少，分析的效果都会大打折扣。变量过多或取值范围过大，会使程序难以确定设计的最佳配置—考虑相对最小值和最大值时尤其如此。与之相反，如果设计师提供的变量数过少或范围过窄，将会对成功进行研究施加不必要的限制。
正确选择变量的最可靠方法是面向不同的可能性执行初始灵敏度研究，这一过程将在后面的部分加以讨论。
产品优化的工具
受“有限元分析”驱动的优化乃是工程方面一个不断上升的研究领域。尽管程序和技术都可以用来执行这一过程，替换法研究、灵敏度研究以及形状优是目前最常用的方法。形状优化的两种最常用方法是梯度搜索和实验设计（design of experiments，DoE）。后者是以响应面计算为基础，能够获得“健壮的”解决方案—也就是说，能够在产品的生命周期中，有效应对范围最广的工作条件。
替换式研究
替换式研究是用迭代方法来考察各种可选的设计配置。例如，设计工程师可以通过增减筋的方式来了解这样做对性能产生的影响。
替换式研究对于快速评估多个选项很有价值，它可以确定哪一个可能的变化（如果有的话）会对零部件产生最大的影响。因为特征的组合数可以是无限的，所以对每次迭代及其相应的响应进行记录，这一点很重要—可以避免重复或遗漏。SolidWorks的用户可以使用“配置” (Configurations) 这一优秀的实用工具来管理替换式研究迭代。限定了可能的更改之后，如果觉得某些更改值得做进一步的研究，设计师可以利用灵敏度研究来考察相关尺寸或设计特征的变化情况。
灵敏度研究
灵敏度研究会系统地评估对输入变化做出响应的变化情况。通常是采用图解或图表方式来显示这类研究的结果：在 X 轴指定参数的改变量，在 Y 轴指定对这一改变的响应。图 3 即显示了这一输出的一个示例。在给定输入范围的情况下，如果响应的变化范围很大，即意味着灵敏度较高；响应的变化范围很小，即表示不灵敏。这类研究有助于向工程师说明那些值得做进一步研究的特征。
图3：参数灵敏度研究—应力与厚度
另外，灵敏度研究可以向工程师指出意义最为重大的参数以及对目标有最大影响的数值的范围。基于“有限元分析”的优化程序可以完善这一研究过程，其方法是根据某一具体参数的一系列数值求出问题的解，然后再描绘出目标以及受约束的响应。
图4显示了采用 SolidWorks Simulation 程序中的“设计情形” (Design Scenarios)功能设置这样一个灵敏度研究的输入表。这一自动化方法通过指明待研究的维度值，将每一个待考察的参数范围均分为几段。在解出每一维度的模型之后，程序将生成响应图解，如图4所示。
图4：使用“设计情形”设置多参数灵敏度研究
图5：“健壮”的优化算法能够确定最佳设计方向
图6：带有多个极小值的灵敏度图解
使用SolidWorks 进行优化
SolidWorks Simulation 使用了基于“实验设计”的优化方式。要求解某一问题，工程师会提供其维度设计变量的最大值和最小值，然后选择“标准” (Standard)或“高质量” (High Quality) 优化方式。“标准”方式假设限制值之间的目标响应曲线是线性的，只计算这些值处的响应。“高质量”优化会考虑到在限制值之间存在二阶响应的可能性，除了极大、极小值之外还会求一个中间值。图 7 显示了随三圆角的尺寸变化而自动执行的汽车悬架设计迭代过程。这一情况下，设计约束是不超出材料在静态载荷下的屈服强度。
图7：在不同圆角半径下对主轴形状的优化
SolidWorks Simulation 优化研究会为每一变量生成表征最佳配置的单一值。为了在采用此方法时获得最高的准确度，工程师应该细化每一变量的取值范围，并进行二次优化或灵敏度研究。由此，他可以借助优化程序快速、有效地了解如何改善自己的产品，并且实现最优化设计。
进行优化的最佳时机
负责优化的工程师如果能在设计过程的早期阶段执行优化过程，将能最大限度地提高技术利用价值。随着设计过程的进展，设计的复杂性会越来越高，更改也将越来越难于评估和实施。在设计的概念阶段，工程师能够借助于优化，确保为基础设计提供准确的材料、壁厚、硬化特征和扣紧方式等等。研究表明，产品成本的 80% 是在设计过程的最初 20% 阶段确定的。为了确保参与竞争的产品发挥出最佳效果，很值得在产品开发的最早期阶段考察一下理想配置。除了在设计过程的早期阶段执行优化过程这一点很重要之外，优化在设计过程的后期也有自己的用武之地，工程师能够借助于这一手段解决问题或改善某个特征。
优化中 CAD 与分析之间的联系
上述所有内容涉及的都是受“有限元分析”驱动的优化，而“有限元分析”通常与生成设计的 CAD 程序密切相关。CAD 系统对优化同样非常重要，原因在于生成模型、尺寸标注方案以及嵌入关系的方法会影响设计师对不同设计方案的考察能力。在创建自己的模型时，工程师所考虑的尺寸应能允许修改那些以前经过优化的特征，同时不会导致任何模型重建错误。规划过程对优化至关重要。设计师最好能先完全围绕优化目的生成 CAD 模型，然后再借助于这一过程所收集的信息来完成对 CAD 模型的细节设计与生产。零部件和结构的复杂性应该是他在选择要研究的特征时所考虑的问题。
最大限度地利用优化过程
那些打算将优化过程作为设计与产品的改善手段的工程师需要清除他们头脑中任何先入为主的有关“最优化”的概念。要实现这一目的，很大程度上可以先由优化程序提供相关信息，然后再由他们来了解各种数据的不同含义。针对同一问题，思想开放的设计师可能会发现优化工具提供了几个不同的解决方案—对这些解决方案，需要参照最终获得质量最好、最赢利的产品的制造要求和效率来加以考虑。
图8：用于 NASA 火星探险漫游车 (MER) 任务的机械臂
优化方面的成功故事
Alliance Space Systems位于加州 Pasadena 的 Alliance Space Systems, Inc. (ASI) 为航天器和科学仪器设计与制造机械系统、机器人、机械结构与装置。最为著名的是，ASI为NASA面向火星探险漫游车（Mars Exploration Rover，MER）任务所开发的大获成功的勇气号和机遇号漫游车制作了机械臂。 ASI使用集成的 SolidWorks Simulation 软件来测试并优化零部件和装配体的设计。“我们对每一克的重量、每一毫米的空间都斤斤计较，” ASI 的工程总监Brett Lindenfeld 说。“因为我们的分析人员使用 SolidWorks Simulation 进行应力分析和热分析，他们能够为我们的设计人员提供支持，并与设计人员展开有效的协作，以便对设计加以优化。我们的团队将机械臂的体积减少了20%，这相当于汽车的发动机和传动装置所需要的空间；同时将返工工作量保持在1%之内。虽然时间很紧，但我们仍然推出了质量更高、更具创新性的设计。”
Kadant Johnson
位于密歇根州 Three Rivers 的 Kadant Johnson（前身是The JohnsonCorporation）为流程工业所用的流体和热交换设备设计与制造先进的流程控制系统、旋转接头、弯管和加热系统以及相关的零部件。产品开发总监 Alan Ives 及其团队需要优化高速造纸机干燥部分所用的旋转接头和弯管装配体的设计。采用手工计算和现有“有限元分析”软件对已经成型的设计进行细化，这会非常浪费时间，他们无法承担这样做的成本。该团队需要新的工程解决方案，以便实现节约时间与提高设计投资回报率的目的。
图9：弯管装配体在 The Johnson Company 得到了优化
该公司使用 SolidWorks Simulation来分析和优化每一个零部件，用合理的时间与较少的设计迭代次数跟踪了更多的设计。结果，他们得到了更坚固、更耐用而质量更轻的装配体，其开发时间却只占正常开发时间的一小部分。“我们发现SolidWorks Simulation 是一个非常健壮的软件包，它帮助我们按期实现
了所有的设计目标，”Ives 说。他们在三个项目上各自减少了40%到50%的重量，并且能够实现预测响应与实际测试的关联。减少重量这一结果直接来自于使用SolidWorks对设计进行优化，”他补充到。
结论
设计优化可以提高产品的价值，其手段有：提高产品在自身操作环境中的性能；或者减少用来制造产品的材料数量，降低产品的生产成本。通过加入优化过程，设计工程师能够增进对其产品表现的了解，并对设计加以改进。
. . 第 7章 曲 面 设 计 7.2 上 机 指 导 7.2.1 菊花设计 完成如图7.54所示模型。 (1) 单击【新建】按钮，新建一个零件文件。 (2) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，绘制草图，如图7.55(a)所示。单击【旋转曲面】按钮，出现【曲面-旋转】属性管理器，在【旋转类型】下拉列表框内选择【单向】选项，【旋转轴】旋转“边线”，在【角度】文本框内输入“360°”，单击【确定】按钮，如图7.55(b)所示。 图7.54 菊花 (a) 草图 (b) “曲面-旋转”特征 图7.55 花蕾 (3) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，绘制草图，如 图7.56所示。 图7.56 前视基准面草图 (4) 单击【拉伸曲面】按钮，出现【曲面-拉伸】属性管理器，在【终止条件】下 拉列表框内选择【两侧对称】选项，在【深度】文本框内输入“28mm ”，单击【确
SolidWorks 2005基础教程与上机指导 ·168· ·168· 定】按钮，如图7.57所示。 图7.57 “曲面-拉伸”特征 (5) 选取上视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如 图7.58所示。 图7.58 上视基准面草图 (6) 单击【剪裁曲面】按钮，出现【曲面-剪裁】属性管理器，选中【标准】单选 按钮，【剪裁工具】选择“草图3”，选中【保留选择】单选按钮，【保留的部分】 选中“曲面-拉伸1”，选择【线性】单选按钮，单击【确定】按钮，如图 7.59所示。 图7.59 “曲面-剪裁”特征 (7) 选择【插入】|【特征】|【移动/复制】命令，出现【移动/复制实体】属性管理器， 【要移动/复制实体】选择“曲面-剪裁1”，【旋转参考】选择“坐标原点”，在【X 旋转角度】文本框内输入“10°”，在【Y旋转角度】文本框内输入“0°”，在【Z旋转 角度】文本框内输入“0°”，单击【确定】按钮，如图7.60所示。
图81 图82 图81提示：拉伸中间圆套→切键槽→旋转一个手把→阵列。 图82提示：拉伸大板→拉伸半圆体→旋转中间圆柱→拉伸小板→切中孔→切方槽。 图83 图84 图83提示：右侧板→拉伸侧圆柱→切侧圆柱孔→拉伸上板→拉伸上小板体→切小板中间部分→切小板孔→拉伸上圆柱→切上圆柱孔。 图84提示：拉伸主体→拉伸底板→拉伸上沿→拉伸一侧轴承座圆柱→加筋板→拉伸固定板→切轴承孔→切轴承压盖孔→镜象另一半→切底板孔→切连接孔→生成分隔线→拔模固定板。 图85 图86 图85提示：拉伸主体→圆角主体→抽壳主体→拉伸底沿→拉伸侧固定板→拉伸一侧轴承座→切一侧轴承孔→拉伸固定板→拔模固定板→加轴承压盖孔→加筋板→镜象另一半→拉伸顶部圆柱→切顶部小孔→切底板孔。 1
图86提示：拉伸竖圆柱体→旋转横圆套→切竖圆柱孔→拉伸左叉→切左叉外形→拉伸中间横板→拉伸右叉→切右叉外形→旋转切叉孔加筋。 图87 图88 图87提示：拉伸方块→在事侧面抽壳→旋转竖圆柱→建立基准面→旋转右圆柱套→切竖圆柱孔→切底法兰孔→切右法兰孔→圆角。 图88提示：旋转180度主体（带圆角）→拉伸一全侧耳→切除台阶→倒角→圆角→镜象→旋转中间凸台（带孔）→圆角中间凸台。 图89 图90 图89提示：拉伸底板（带孔）→拉伸底板凸台→圆角底板→拉伸上板→切上板孔→切除上板。 图90提示：旋转主体→切孔。 2
图91 图91提示：按主视图画一个草图→退出草图→用转换实体引用拉伸侧板→拉伸上板外 廓→拉伸上板凸台→切除上板方孔→拉伸底板→切底板孔→隐藏无用草图。 图92 图92提示：画椭圆草图→画截面草图→扫描→画右切除草图（带回转中心线）→旋转 切除。 3
第1次课授课计划 产品造型设计课程班级年月日
第1章 Solid Works2008概述 Solid Works应用程序是一套机械设计自动化软件，是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。该软件具有强大的建模功能、参数设计功能，大大缩短了产品设计的时间，提高产品设计的效率。 初识Solid Works2008 1、启动Solid Works2008 2、新建文件 3、打开文件 4、保存文件 5、退出Solid Works2008 Solid Works2008用户界面 1、菜单栏 2、工具栏 3、状态栏 4、Feature Manager设计树 Solid Works工作环境设置 1、设置工具栏 2、设置工具栏命令按钮 3、设置快捷键 4、设置背景 5、设置颜色
6、设置单位 本章小结：本章主要介绍了Solid Works的一些基本操作，为下面使用该软件建立模型做准备。 第2章草图绘制 Solid Works的大部分特征是由二维草图绘制开始的，草图一般是由点、线、圆弧、圆和抛物线等基本图形构成的封闭或不封闭的几何图形，是三位实体建模的基础。 草图绘制的基本知识 1、进入草图绘制 执行命令 选择基准面 设置基准方向 2、退出草图绘制 3、草图绘制命令按钮 草图绘制工具 1、绘制点 2、绘制直线与中心线 3、绘制圆 4、绘制圆弧 5、绘制矩形 6、绘制多边形
7、绘制椭圆与部分椭圆 8、绘制抛物线 9、绘制样条曲线 10、绘制草图文字 草图编辑工具 1、绘制圆角 2、绘制倒角 3、等距实体 4、转换实体引用 5、草图剪裁 6、草图延伸 7、分割草图 8、镜像草图 9、线性草图阵列 10、圆周草图阵列 11、移动草图 12、复制草图 13、旋转草图 14、缩放草图
第7章 曲 面 设 计 7.2 上 机 指 导 7.2.1 菊花设计 完成如图7.54所示模型。 (1) 单击【新建】按钮，新建一个零件文件。 (2) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如 图 7.55(a)所示。单击【旋转曲面】按钮，出现【曲面-旋转】属性管理器，在【旋转类型】下拉列表框选择【单向】选项，【旋转轴】旋转“边线”，在【角度】文本框输入“360°”，单击【确定】按钮，如图7.55(b)所示。 图7.54 菊花 (a) 草图 (b) “曲面-旋转”特征 图7.55 花蕾 (3) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如 图 7.56所示。 图7.56 前视基准面草图 (4) 单击【拉伸曲面】按钮，出现【曲面-拉伸】属性管理器，在【终止条件】下拉列表框选择【两侧对称】选项，在【深度】文本框输入“28mm ”，单击【确定】按钮，如图7.57所示。
图7.57 “曲面-拉伸”特征 (5) 选取上视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如图 7.58所示。 图7.58 上视基准面草图 (6) 单击【剪裁曲面】按钮，出现【曲面-剪裁】属性管理器，选中【标准】单选按钮， 【剪裁工具】选择“草图3”，选中【保留选择】单选按钮，【保留的部分】选中“曲面-拉伸1”，选择【线性】单选按钮，单击【确定】按钮，如图 7.59所示。 图7.59 “曲面-剪裁”特征 (7) 选择【插入】|【特征】|【移动/复制】命令，出现【移动/复制实体】属性管理器， 【要移动/复制实体】选择“曲面-剪裁1”，【旋转参考】选择“坐标原点”，在【X旋转角度】文本框输入“10°”，在【Y旋转角度】文本框输入“0°”，在【Z旋转角度】文本框输入“0°”，单击【确定】按钮，如图7.60所示。
SolidWorks 模具设计 1. 拔模分析 为了创建可以实现注塑的模具, 塑料产品必须被设计和拔模正确才能从围绕在周围的模具中顶出。要对模型产品进行拔模分析，使用拔模分析命令有助于发现拔模和设计的错误。对前视面进行向上拔模分析。 来看看各分析面的含义：跨立面：是横跨分型线的面。用户必须把跨立面分割成 两块以分开模具的表面。 跨立面可以通过跨立面命令手工处理或者通过单击分型线命令中的分割面选项自动完成。 正陡面：这些表面中包含部分拔模量不够的区域。如果整个面的拔模量都不够，它将被归类为【需要拔模】。这些面能在模具中的正侧找到。负陡面：这些表面包含部分拔模量不够的区域。这些面能在模具中的负侧找到。 2. 调整收缩率 模具上产品型腔部分的加工要略微比从模具中生产出来的塑料件大些。这样做是为了补偿高温的被顶出的塑料件冷却后的收缩率。在通过塑料产品创建模具之前，模具设计者需要放大塑料产品来解决收缩率。不同的材料，收缩率也是不同
的，SolidWorks 用比例缩放命令在解决这个问题。这个零件我们以ABS 材料来做，5%的收缩率。 3. 确定分型线分型线是注塑类塑料产品中型腔与型心曲面中相互接触的边界。分型线是那些用来分割型心和型腔曲面的边界。它们也构成了分型面的内部边界。 型腔面（正拔模）是绿色的，型心面（负拔模）是红色的。任何一条被红色和绿色面共用的边都是分型线边界。 当拔模分析完成后，所有的被绿色和红色边共用的边被自动选中并被添加到分型线列表中。单击确定。 手动添加分型线：在这个例子中，当分型线命令运行时，分型线边被自动的选中。因为这是一个简单的分型线边界，这些边界被自动添加到位于分型线PropertyManager 的边线列表中。有时分型线可能会更复杂以致于软件无法自动搜索到分型线。当这种情况发生时，使用位于边线列表框下方的边线选择按钮去选择分型线。 4. 关闭孔和开口 在分型线建立后，下一步是决定塑料产品上哪些开放的成型区域需要关闭曲面。一个开放的成型区域或者是一个孔或者是一个开口，在注塑产品上就是模具型心型腔完全吻合形成的孔。如图所示一个简单的关闭曲面。它创建在拔模后开口较小的一侧。关闭曲面命令自动关闭塑料产品中的开放孔。
第四章.SolidWorks模具设计应用 在SolidWorks软件的各个版本中都具有一定的模具设计功能，到了2003版，这种功能进一步得到增强，特别是在一些分模线比较直观的零件分模设计中，型腔和型芯的创建只需要几步就可以完成，对一些较复杂的产品零件，也可以通过系统提供的功能逐步完成。本章中我们以两个产品模型为例来说明SolidWorks软件在分模设计过程中的应用。 4.1安装盖的模块设计 下面我们对图 4.1显示的零件进行模具型腔模块的设计，通过说明了解在SolidWorks 中设计型芯和型腔的基本方法。 图4.1 本节中的设计步骤大致如下： 对零件进行比例缩放 建立外分模面并在装配体中建立型芯和型腔模块 缝合得到完整分模面 通过拉伸完成成形型腔创建 4.1.1 建立分模面 首先，需要对调入的模型进行收缩率的设定，通过比例缩放功能来实现，它可以按照零件沿三个坐标轴方向指定相同的或不同的缩放系数，来对零件进行收缩处理，在本例中我们通过比例缩放功能将零件放大2%来抵消零件成型时的收缩尺寸。 接着通过使用延展曲面功能从零件的分模线向外创建分模面，使用一个零件上的平面或基准面作为参考平面，通常参考平面与零件成形时的开模方向垂直。 最后，通过缝合曲面功能将外分模面与模型表面提取出的面缝合在一起成为完整的分模面。 具体创建步骤如下。 1.打开零件 单击主菜单中的文件→打开命令，设置打开的文件类型为Parasolid（*.x_t）格式，选中midpan.x_t文件打开，然后保存为同名的SolidWorks文件格式，模型如图4.1所示。 2.零件放大 单击主菜单中的插入→特征→比例缩放命令或直接从工具条中单击图标，进
SolidWorks曲面设计教程之常用曲面指令介绍学习 作者：无维网gaoch 等距面： 1. 等距曲面：往内等距距离为1 的曲面。 2. 裁减曲面：在基准面1 上绘制一裁减草图，对原曲面进行裁减。 3. 裁减曲面：同样在基准面1 上对之前的裁减草图进行向内偏移1，然后裁减等距曲面 4. 放样：选取两个裁减面的边界作为轮廓并放样来完成。 消失面： g a o c h原创 S o l i d w o r k s教 程无维 网W W W.5D C A D. C N
1. 等距曲面：往内等距距离为2 的曲面。 2. 裁减：绘制草图并裁减，如图。 3. 投影曲线 4. 放样：把裁减曲面的一边线和投影曲线作为轮廓进行放样，一边约束成相切（或者曲率）进行放样。并把等距的面隐藏。 g a o c h 原创S o l i d w o r k s 教程 无维网W W W . 5D C A D .C N
5. 对放样面稍微进行调整。并缝合。 6.填充：对内部进行填充，一边设置相切，一边设置接触。最后缝合就OK 了。（再成为实体后倒个小圆角样子就更好了） 放样过度面 g a o c h 原创S o l i d w o r k s 教 程 无维网W W W .5D C A D .C N
1. 这种情况，都先画两个单独的曲面，如图 2. 裁减：绘制草图进行裁减。 3. 放样：两曲面的一边界做为轮廓放样。 g a o c h原创 S o l i d w o r k s教 程 无维网W W W.5D C A D. C N
4. 裁减：合并曲面并根据自己目的需要进行裁减。 利用图片造形： 它的命令在工具——草图绘制工具——草图图片 步骤：选取一基准面，然后进入草图，点击草图图片命令，浏览到图片路径，确定，在草图中插入了图片，然后就是“描”的工作了。 收敛面的解决：：用的方法就是裁剪， 然后填充，也可以用分割线然后用删除面（相切填充）。 g a o c h 原创S o l i d w o r k s 教 程 无 维网W W W .5D C A D .C N
———曲面建模 gaoch
内容提要： ● SolidWorks 曲线 ● SolidWorks 曲面特征 ● SolidWorks 曲面分析 ● SolidWorks 常用面的建摸方法 ● SolidWorks 综合运用
SolidWorks 曲线： 分割线：将实体（草图、实体、曲面、面、基准面、或曲面样条曲线）投影到 曲面或平面。并将所选的面分割为多个分离的面，从而允许您选取每一个面。 命令：插入——曲线——分割线 几个选项的介绍： 投影：将草图投影到曲面上，并将所选的面分割。 轮廓：在一个圆柱形零件上生成一条分割线。并将所选的面分割。（曲面外形的 分模常用的方法）
交叉：以交叉实体、曲面、面、基准面、或曲面样条曲线分割面。（简单的说是 所选面与其他曲面或者平面的交线来分割所选面） 其他选项含义： 分割所有：分割穿越曲面上的所有可能区域。 自然：分割遵循曲面的形状。 线性：分割遵循线性方向。 投影曲线：从草图投影到模型面或曲面上，或从相交的基准面上绘制的线条。 几个选项的介绍： 草图到面：在基准面中绘制的草 图曲线投影到试题的某一个面上，从而生成一条3D 曲线。 草图到草图：在相交的两个基准面上 分别绘制草图，两个草图各自沿垂直方向投影在空间中相交生成一条3D 曲线。（比如做拉伸弹簧的常有这一步骤来做扫描路径）
组合曲线：通过将曲线、草图几何和模型边线组合为一条单一曲线来生成组合 曲线。使用该曲线作为生成放样或扫描的引导曲线。 注意：生成组合曲线的个段线（曲线、草图几何、模型边线）必须互相连接 通过XYZ 点的曲线：通过X 、Y 和 Z 座标列中的单元格里点座标生成的样 条曲线。（操作不做详细介绍） 通过参考点的样条曲线：利用定义的点或已存在的端点作为曲线型值点而生 成的样条曲线。
SolidWorks曲面实例操作 | 案例讲解 发布时间：2017-01-18 09:30:56 在利用SOLIDWORKS绘制您的产品模型时，初期您的产品由产品设计师进行初步概念设计，经由简单的手绘图绘制出一个外观雏型图。 接下来您可由不同的基准面将这些图片来输入到SOLIDWORKS内(图1)，输入后您可以发现SOLIDWORKS中将出现一个比例尺线段，您可以拖曳该线段至您所需绘制的图片前后端，可直接输入尺寸来定义该图片的实际大小，以便您后续绘制相同尺寸模型(图2)。 以下我们使用SOLIDWORKS曲面功能来完成一个砂铸开瓶器的建置。 图1 图2 输入完所需的图片后，您可利用草图工具在不同视角基准面依实际图片的外观轮廓线段来描绘出所需的草图线段(图3)，完成这些前置作业后可开始进入实体建模阶段。
图3 首先我们可参考Top Layout草图来绘制一个头部实体模型(图4)，接着我们可利用曲面中”删除面”的功能(图5)，模型将由一个实体转为曲面本体，保留我们后续所需之曲面后，可再利用Right Layout 草图绘制把柄的草图，伸长曲面完成一曲面外型(图6)，并利用Top Flat Layout草图，修剪该曲面完成柄身造型(图7)。 图4
图5 图6 图7 接下来我们将使用不同绘制方式与技巧来完成把柄柄身的外部面，使用”边界曲面”功能时，我们需要完成曲面的边缘界线，这些边界线可为既有的曲面边线或是自行绘制的草图线段，一样使用Top Layout草图参考出侧面轮廓线并伸长曲面(图8)，我们可定义一新的基准面来绘制一弧形草图，并使用边界曲面功能将草图与不同曲面边缘之线段直接生柄身侧面曲面(图9)。
SolidWorks 高级曲面教程SolidWorks 高级曲面教程
SolidWorks 高级曲面教程 关于本课程 (2) 第一章了解曲面 (2) 1.1 实体和曲面 (2) 1.2 使用曲面的原因 (11) 第二章曲面入门 (14) 2.1 基本曲面建模 (14) 第三章实体—曲面混合建模 (22) 3.1 概述 (22) 3.2 使用曲面编辑实体实例 (22) 3.3 曲面作为构造几何体实例 (26) 3.4 面的复制 (29) 第四章修补与编辑输入的几何体 (32) 4.1 输入数据 (32) 4.2 修补与编辑输入的几何体 (33) 第五章高级曲面建模 (41) 5.1 高级曲面建模实例 (41) 第六章接合与修补 (61) 6.1 复杂的接合实例 (61) 6.2 光滑修补 (68) 6.3 自由形（任意多边形） (71) 6.4 边角融合 (77) 第七章主模型技术 (85) 7.1 主模型技术的概述 (85) 7.2 曲面主模型的实例 (86) 7.3 实体主模型实例 (94)
关于本课程 ?前提条件 —机械设计基础 —使用Windows操作系统经验 —已经学习了SolidWorks在线教程和基础教程 ?教程设计原则 —基于过程或任务的方法，不专注于单项特征和软件功能?使用本教程 —在教室指导下，在培训中进行。边演示，边练习 ?关于文档的注意点 ?本教程使用约定小四、黑色字体表明是SolidWorks软件的命令或选项第一章了解曲面 本章内容要点： ?理解实体与曲面的异同点 ?创建拉伸曲面与平面 ?剪裁曲面与解除剪裁曲面 ?缝合曲面 ?由曲面生成实体 ?在实体或曲面中删除面 ?理解NURBS曲面以及ISO-参数（U-V）曲线的属性 ?熟悉常见的曲面类型 ?了解典型的曲面建模操作模式 1.1 实体和曲面 在 SolidWorks 中，实体和曲面是非常相似的。实体和曲面包含的是两类不同的信息，更确切的说是包括两类实体（entity）。 1）几何信息：几何纤细描述的是形状，例如物体的扁平或者翘曲、直线形或者弯曲状。点代表了空间中特定且唯一的一个位置。 2）拓扑信息：拓扑信息描述的是关系，例如： 实体的内部和外部，一般来说是通过面来定义的 哪些边相交于哪些顶点。 哪些面的分界线形成哪些边线。 哪些边是两个相邻面的共同边线。 实体：对于一个实体，其中任意一条边线同时属于且只属于两个面；在一个曲面
图1 图2 图1提示：①拉伸圆柱→倒内外角→拉伸切槽；。 ②拉伸带槽柱体→倒内外角；。 ③旋转带倒角圆套→切伸切槽。 图2提示：①拉伸带孔的六边形→倒内角→倒外角；。 ②拉伸圆柱套→倒内角→倒外角→拉伸切六边；。 ③旋转带倒角圆柱套→拉伸切六边。 图3 图4 图3提示：①拉伸带孔的六边形→倒内角→倒外角→拉伸切顶槽； ②拉伸圆柱套→倒内角→倒外角→拉伸切六边形→拉伸切顶槽； ③旋转带倒角的圆柱套→拉伸切六边→拉伸切顶槽。 图4提示：①拉伸圆锥套→拉伸侧耳→切除多余部分→圆角； ②旋转圆锥套→拉伸侧耳→切除多余部分→圆角。 图5 图6 图5提示：旋转生成主体→拉伸切横槽→阵列横槽。 图6提示：①拉伸圆柱→倒角→拉伸切除圆柱孔； ②旋转带倒角圆柱→拉伸切除圆柱孔。
图7 图8 图7提示：旋转法。 图8示：①旋转阶梯轴（带大端孔）→拉伸切内六角→拉伸切外六角→切小端圆孔； ②拉伸阶梯轴→拉伸切圆柱孔→拉伸切内六角→拉伸切外六角→切小端圆孔。 图9 图10 图9提示：①旋转带球阶梯轴→拉伸切中孔→拉伸切横孔→拉伸切球部槽。 图10提示：①旋转法。 图11 图12 图11示：旋转生成轮主体→拉伸切轮幅→拉伸切键槽。 图12提示：旋转主体→切除拉伸孔→切除拉伸槽。
图13 图14 图13提示：①旋转。 图14提示：①旋转生成带皮带槽的轮主体→拉伸切轮幅→拉伸切键槽。 图15 图16 图15提示：①画一个方块→切除拉伸内侧面→拉伸两个柱→切除拉伸外侧面→切除拉伸孔。 图16提示：①旋转生成齿轮主体→切除拉伸键槽→画一个齿的曲线→扫描生成一个齿→阵列其它齿。 ②从库中提取→保存零件。 图17 图18 图17提示：旋转主体→切除拉伸孔。 图18提示：旋转主体→切除拉伸孔。
第四章.So 1 idWo r ks模具设计应用 在Solid Wo r ks软件得各个版本中都具有一定得模具设计功能，到了20 03版,这种功能进一步得到增强，特别就是在一些分模线比较直观得零件分模设计中，型腔与型芯得创建只需要几步就可以完成，对一些较复杂得产品零件，也可以通过系统提供得功能逐步完成。本章中我们以两个产品模型为例来说明Solid W orks软件在分模设计过程中得应用、 4.1安装盖得模块设计 F面我们对图4. 1显示得零件进行模具型腔模块得设计，通过说明了解在So lid W or k s 中设计型芯与型腔得基本方法。 图4、1 本节中得设计步骤大致如下： 对零件进行比例缩放 建立外分模面并在装配体中建立型芯与型腔模块 缝合得到完整分模面 通过拉伸完成成形型腔创建 4.1.1 建立分模面 首先，需要对调入得模型进行收缩率得设定，通过比例缩放功能来实现，它可以按照零件 沿三个坐标轴方向指定相同得或不同得缩放系数，来对零件进行收缩处理，在本例中我们通过 比例缩放功能将零件放大2%来抵消零件成型时得收缩尺寸。 接着通过使用延展曲面功能从零件得分模线向外创建分模面，使用一个零件上得平面或基准面作为参考平面，通常参考平面与零件成形时得开模方向垂直、 最后,通过缝合曲面功能将外分模面与模型表面提取出得面缝合在一起成为完整得分模面。 具体创建步骤如下。 1.打开零件 单击主菜单中得文件T打开命令，设置打开得文件类型为P ar aso l id（*、x—t）格式选中mi dpa n、x_ t文件打开，然后保存为同名得S o li d W o rks文件格式，模型如图4 .1所示。 2.零件放大
SolidWorks高级曲面造型教程之曲面综合应用 作者：无维网gaoch 曲面是一种厚度为零的几何体。若想生成曲面，您使用与生成实体（如拉伸、旋转、及扫描）相同的许多工具。曲面还使用其它功能或特征，如剪裁、解除剪裁、延伸、以及缝合。 曲面比实体要具有优势。它们比实体更灵活，因为您可等到设计的最终步骤然后再定义曲面之间的边界。 曲面的最终目的还是实体，所以最后都需要形成实体，常用的方法有加厚，缝合（尝试形成实体）。 下面用一喷嘴实例来说明。这里运用到了：放样、扫描、缝合、填充、平面、旋转、剪裁、延伸、抽壳、阵列。 1. 放样：绘制草图，放样，两端约束条件为垂直于轮廓，权值设成 0.5 g a o c h原创 S o l i d w o r k s教 程 无维网W W W.5D C A D. C N
2. 扫描：绘制一截面6，一路径4 和一引导线5。 3. 扫描：绘制一截面9，一路径8 和一引导线7。 4. 分割：绘制分割草图并分割曲面。 g a o c h原创 S o l i d w o r k s教 程 无维网W W W.5D C A D. C N
5. 放样：选择曲面边界作为轮廓，并放样，边界条件选择相切。 6. 放样：选择曲面边界作为轮廓，并放样，边界条件选择相切，权值分别设置成3 和7。 7. 放样：选择曲面边界作为轮廓，并放样，边界条件选择相切。 8. 填充：先缝合，然后选择曲面的封闭边界并填充。还有一边也是一样的操作。 g a o c h 原创S o l i d w o r k s 教 程 无维网W W W .5D C A D .C N
第7章曲面设计 上机指导 7.2.1 菊花设计 完成如图所示模型。 (1) 单击【新建】按钮，新建一个零件文件。 (2) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如图(a)所示。单击【旋转曲面】按钮，出现【曲面-旋转】属性管理器，在【旋转类型】下拉列表框内选择【单向】选项，【旋转轴】旋转“边线”，在【角度】文本框内输入“360°”，单击【确定】按钮，如图(b)所示。 图菊花 (a) 草图 (b) “曲面-旋转”特 征 图花蕾 (3) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如 图所示。 图前视基准面草图 (4) 单击【拉伸曲面】按钮，出现【曲面-拉伸】属性管理器，在【终止条件】下 拉列表框内选择【两侧对称】选项，在【深度】文本框内输入“28mm”，单击【确
定】按钮，如图所示。 图“曲面-拉伸”特征 (5) 选取上视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如 图所示。 图上视基准面草图 (6) 单击【剪裁曲面】按钮，出现【曲面-剪裁】属性管理器，选中【标准】单选 按钮，【剪裁工具】选择“草图3”，选中【保留选择】单选按钮，【保留的部分】选中“曲面-拉伸1”，选择【线性】单选按钮，单击【确定】按钮，如图所示。 图“曲面-剪裁”特征 (7) 选择【插入】|【特征】|【移动/复制】命令，出现【移动/复制实体】属性管理 器，【要移动/复制实体】选择“曲面-剪裁1”，【旋转参考】选择“坐标原点”，在【X旋转角度】文本框内输入“10°”，在【Y旋转角度】文本框内输入“0°”，在【Z旋转角度】文本框内输入“0°”，单击【确定】按钮，如图所示。
第7章 曲 面 设 计 7.2 上 机 指 导 7.2.1 菊花设计 完成如图7.54所示模型。 (1) 单击【新建】按钮 ，新建一个零件文件。 (2) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，绘制草图，如图7.55(a) 所示。单击【旋转曲面】按钮 ，出现【曲面-旋转】属性管理器，在【旋转类 型】下拉列表框内选择【单向】选项，【旋转轴】旋转“边线”，在【角度】文本框内输入“360°”，单击【确定】按钮 ，如图7.55(b)所示。 图7.54 菊花 (a) 草图 (b) “曲面-旋转”特征 图7.55 花蕾 (3) 选取前视基准面，单击【草图绘制】按钮 ，进入草图绘制，绘制草图，如 图7.56所示。 图7.56 前视基准面草图 (4) 单击【拉伸曲面】按钮 ，出现【曲面-拉伸】属性管理器，在【终止条件】下
拉列表框内选择【两侧对称】选项，在【深度】文本框内输入“28mm”，单击【确定】按钮，如图7.57所示。 图7.57 “曲面-拉伸”特征 (5) 选取上视基准面，单击【草图绘制】按钮，进入草图绘制，绘制草图，如 图7.58所示。 图7.58 上视基准面草图 (6) 单击【剪裁曲面】按钮，出现【曲面-剪裁】属性管理器，选中【标准】单选 按钮，【剪裁工具】选择“草图3”，选中【保留选择】单选按钮，【保留的部分】选中“曲面-拉伸1”，选择【线性】单选按钮，单击【确定】按钮，如图7.59所示。 图7.59 “曲面-剪裁”特征 (7) 选择【插入】|【特征】|【移动/复制】命令，出现【移动/复制实体】属性管理器， 【要移动/复制实体】选择“曲面-剪裁1”，【旋转参考】选择“坐标原点”，在【X旋转角度】文本框内输入“10°”，在【Y旋转角度】文本框内输入“0°”，在【Z旋转角度】文本框内输入“0°”，单击【确定】按钮，如图7.60所示。
第7章曲面设计 7.2 上机指导 7.2.1 菊花设计 完成如图7.54 (1) (2) 7.55(a) -旋转】属性管理器，在【旋转类型】下拉列表框内选择【单向】选项，【旋转轴】旋转“边线”，在【角度】文本框内输入“360°”，单击【确定】按钮，如图7.55(b)所示。 图7.54 菊花 (a) 草图(b) “曲面-旋转”特征 图 7.55 花蕾 (3) 图7.56所示。 图 7.56 前视基准面草图 (4) -拉伸】属性管理器，在【终止条件】下 拉列表框内选择【两侧对称】选项，在【深度】文本框内输入“28mm”，单击【确定】按钮，如图7.57所示。
SolidWorks 2005基础教程与上机指导 ·168· ·168· 图7.57 “曲面-拉伸”特征 (5) 图7.58所示。 图7.58 上视基准面草图 (6) -剪裁】属性管理器，选中【标准】单选 按钮，【剪裁工具】选择“草图3”，选中【保留选择】单选按钮，【保留的部 分】选中“曲面-拉伸1 ”，选择【线性】单选按钮，单击【确定】按钮，如 图7.59所示。 图7.59 “曲面-剪裁”特征 (7) 选择【插入】|【特征】|【移动/复制】命令，出现【移动/复制实体】属性管理器， 【要移动/复制实体】选择“曲面-剪裁1”，【旋转参考】选择“坐标原点”，在 【X 旋转角度】文本框内输入“10°”，在【Y 旋转角度】文本框内输入“0°”， 在【Z 旋转角度】文本框内输入“0°”，单击【确定】按钮，如图7.60所示。
第7章 曲面设计 ·169· ·169· 图7.60 “移动/复制实体”特征 (8) 选择【插入】|【特征】|【移动/复制】命令，出现【移动/复制实体】属性管理器， 【要移动/复制实体】选择“实体-移动/复制1”，选中【复制】复选框，在【复 制数】文本框内输入“11”，【旋转参考】选择“坐标原点”，在【X 旋转角度】文本框内输入“0°”，在【Y 旋转角度】文本框内输入“30°”，在【Z 旋转角 度】文本框内输入“0 ，如图7.61所示。 (9) 单击【草图绘制】 进入草图绘制，绘制草图，单击【重 7.62 所示。 图7.61 “移动/复制实体”特征 图7.62 路径草图 (10) 选中【将原点设在曲线上】复选框，【参考实体】选择“样条曲线1”和“点1”， ，建立基准面 1，如图7.63(a)所示。选取基准面1 ，单击【重新建模】7.63(b)所示。