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 第2章   草图基本曲线绘制
    草图绘制在SolidWorks三维模型生成中是极为重要的。在进行零件设计时,首先绘制
实体模型的草图,再利用拉伸、旋转来生成三维实体模型。
本章要点
 草图绘制基础知识
 图形区域、草图选项
 草图绘制工具
 草图基本曲线
习题
2.1草图绘制基础知识
    草图有二维草图和三维草图之分。二维草图是位于空间的点、线的组合,三维草图可以
作为扫描特征的扫描路径、放样或扫描的引导线、放样的中心线等。一般情况下,没有特殊
说明时,草图均指二维草图。二维草图必须在平面上绘制。这个平面可以是基准面,也可以
是实体的特征表面等。绘制草图时应首先确定草图的绘制平面。
    草图的绘制是三维绘图的基础和开始,草图是由直线、圆弧、曲线等基本几何元素组成
的。本节的主要目的是认识和掌握绘图环境和绘图步骤。
2.1.1概念
    在SolidWorks中,零件设计是核心,特征设计是关键,草图设计是基础。草图一般是
由点、线、圆弧、圆和抛物线等基本曲线构成的封闭或不封闭的几何图形,是三维实体建模
的基础。一个完整的草图包括几何形状、几何关系和尺寸标注三方面。
    以下术语经常出现在SolidWorks软件和文档中。
    一、顶点
    顶点为两个或两个以上的直线或边线相交的点,顶点可以用做绘制草图、标注尺寸等。
    二、轴
    轴用于生成模型几何体、特征或阵列的直线。用户可以使用多种不同方法来生成轴,包
括交叉两个基准面。SolidWorks应用程序以隐含方式为模型中的每个圆锥面或圆柱面生成
临时轴。
    三、面
    帮助定义模型形状或曲面形状的边界。面是模型或曲面上可以选择的区域(平面或非平
  面)。
    四、边线
    顶点为两条或多条线或边线相交的点。例如,可以在绘制草图和标注尺寸时选择顶点。
    五、几何关系
    几何关系是草图实体之间或草图实体与基准面、基准轴、边线或顶点之间的几何约束,
  可以自动或手动添加。
    六、指针反馈
    在SolidWorks应用程序中,指针改变形状以显示对象类型,例如,顶点、边线或面
  等。在草图中,指针形状动态改变,提供有关草图实体类型的数据或者指示指针相对于其他草图实体的位置,如图2-1所示。
 
图2-1  指针反馈
 
2.1.2草图包含要素
    草图是绘制三维模型的基础。通常,创建模型的第一步是绘制草图,随后可以从草图生
成特征;将一个或多个特征组合即生成零件;然后,可以组合和配合适当的零件以生成装配
体:从零件或装配体,用户就可以生成工程图。用户可以使用基准面或平面来创建2D草
图。除了2D草图,还可以创建包括x轴、y轴和z轴的3D草图。创建草图的方法有很多
种。
    一、所有草图都包含以下元素
    (1)原点。
    在许多情况下,用户都是从原点开始绘制草图的,原点为草图提供了定位点。包含中心
线草图,其中心线大多是通过原点绘制的,用于生成旋转特征,如图2-2所示。
 
图2-2  中心线的功能
 
    (2)基准面。
    在草图绘制过程中,基准面的选择很重要。SolidWorks提供的基准面有前视基准面、上
视基准面和右视基准面,用户也可以在零件或装配体文档中自建基准面。在基准面上,可以
使用直线或矩形之类的草图绘制工具来绘制草图,还可以创建模型的剖面视图。在一些模型
上,绘制草图的基准面仅影响模型在标准等轴测视图(3D)中的显示方式,而对于设计意
图并无影响。对于其他模型而言,选择正确的初始基准面来绘制草图,可以帮助用户更加高
效地生成模型,如图2-3所示,参考基准面的生成是非常重要的。
图2-3基准面的用途
    (3)尺寸。
    可以在实体之间定义尺寸,如长度和半径。当用户更改尺寸时,零件的大小和形状也会
随之更改。用户为零件标注尺寸的方式,将决定能否保持设计意图。主要有两类尺寸:驱动
尺寸和从动尺寸。使用尺寸标注工具可以生成驱动尺寸。当用户更改驱动尺寸的数值时,模
型大小随之更改。某些与模型相关的尺寸为从动尺寸。可以使用尺寸标注工具创建从动尺寸
或参考尺寸以供参考。当用户修改模型中的驱动尺寸或几何关系时,从动尺寸的数值也随之
更改。除非将从动尺寸转换为驱动尺寸,否则无法直接修改从动尺寸的数值。
    (4)草图定义。
    草图可以为完全定义、欠定义或过定义。在完全定义的草图中,草图中的所有直线和曲
线及其位置均由尺寸或几何关系或两者说明。在使用草图生成特征之前,无须完全定义草
图。但是应该完全定义草图以维持用户的设计意图。完全定义的草图显示为黑色,过定义草
图为红色,欠定义草图为蓝色,悬空草图为褐色,草图未解出为粉红色,无效的草图为黄
色,如图2-4所示。
 
图2-4草图定义
 
    (5)几何关系。
    几何关系在草图实体之间建立几何关系,如相等和相切。例如,“用户可以在下面的两
条l00mm水平线段之间建立相等几何关系o"将此部分文字改为:用户可以在下面的两条
50mm水平线段之间建立相等几何关系,如图2-5所示。当长度发生更改时,用户只需要更
新其中一个尺寸。绿色符号指示两条水平线段之间存在着相关几何关系。在下面例子中上下
两条水平直线有相等的关系,在改变其中一个尺寸时,另一个也会发生相应的改变,以保证
尺寸相等这个关系。
图2-5  几何关系的添加
    二、草图绘制原则
    ●  根据建立特征的不同及特征间的相互关系,确定草图的绘图平面和基本形
    状。
    ●  零件的第一幅草图应该和原点定位,以确定特征在空间的位置。
    ●  每一幅草图应尽量简单,不要包含复杂的嵌套,有利于草图的管理和特征的
    修改。
    ●  自己要非常清楚草图平面的位置,一般情况下可使用“正视于”命令,使草
    图平面和屏幕平行。
    ●  复杂的草图轮廓一般应用于二维草图到三维模型的转化操作,正规的建模过
    程中最好不要复杂的草图。
    ●  尽管SolidWorks不要求完全定义的草图,在绘制草图的过程最好使用完全定
    义的草图。合理标注尺寸及添加几何关系,反映了设计者的思维方式及机械谩
    计的能力。
    ●  任何草图在绘制时只需要绘制大概形状及位置关系,再利用几何关系和尺寸
    标注来确定几何体的大小和位置,这有利于提高工作效率。
    ●  绘制实体的时候要注意SolidWorks的系统反馈和推理线,可以在绘制的过程
    中确定实体间的关系。在特定的反馈状态下,系统会自动添加草图元素间的几
    何关系。
    ●  先确定草图各元素间的几何关系,其次是位置关系和定位尺寸,最后标注草
    图的形状尺寸。
    ●  中心线(构造线)不参与特征的生成,只起到辅助作用。因此,必要的时候
    可以使用构造线定位或标注尺寸。
    ●  小尺寸几何体应使用夸张画法,标注完尺寸后改成正确的尺寸。
提示:绘制草图时,中心线可以用来帮助建立对称关系,还可以使用中心线来应用镜像关系以及在草图实体之间建立相等和对称关系等。
2.1.3草图绘制操作过程
    草图绘制的一般过程如下。
    ● 新建或打开一个文件。
    ● 指定草图绘制平面。
    ● 使用草图命令,绘出草图的基本几何形状。
    ● 标草图尺寸和添加几何关系。
    一、生成新零件文件
    单击【标准】工具栏中的按钮或选择【文件】【新建】命令,弹出如图2.6所示
的对话框。选择【零件】,单击【确定】按钮。
 
图2-6  【新建SolidWorks文件】对话框
 
    二、打开草图
    绘制草图之前,必须先指定绘图基准面,绘图基准面有3种形式。
    (1)指定任一默认基准面作为草图绘制平面。
    SolidWorks提供了一个默认的坐标系,由前视基准面、上视基准面、右视基准面组成了
一个正交平面坐标系。默认基准面中的前视基准面相当于画法几何中正视图的方位,上视基
准面相当于俯视图的方位,右视基准面则相当于右视图的方位。
    (2)指定已有模型.七的任一平面作为草图绘制平面。
    单击该平面,在弹出的关联工具栏中,单击【草图绘制】按钮,即可进入草图绘制状态。
    (3)创建一个新的基准面。
 
如果要绘制的草图既不在默认基准面上又不在模型表面上,就需要利用【参考几何体】工具栏提供的命令按钮来创建一个新的基准面。
三、选择草绘工具
    单击【草图】选项卡中的草图按钮,然后选择草图绘图工具就可以开始绘制草图。
四、绘制矩形草图
 ●  单击【草图】选项卡上的边角矩形按钮口,此时鼠标指针变为》形状。
 ●  单击草图原点,开始绘制矩形。
 ●  将指针向右上方拖动,生成一个矩形。
 ●  再次单击鼠标,完成矩形绘制。
通常,在开始绘制草图时,以原点为起点绘制图形,以便于定位。在草图中如果所绘的图形完全定位是黑色的,蓝色表示没有完全定位,这样绘制的图形是可以用鼠标拖动的。这在后面的绘图过程中很容易被误操作,如图2-7所示。
 
    图2-7矩形的绘制
 
五、添加尺寸
● 单击尺寸/几何关系工具栏上的智能尺寸按钮,指针形状变为。
● 单击矩形的顶部边线。
● 移动鼠标,标注的尺寸也随之移动,将尺寸放在合适位置后,单击一下鼠
  标,弹出尺寸修改对话框,如图2.8所示。
    图2-8尺寸修改对话框
● 输入尺寸值54,单击【确定】按钮或按下键。
● 单击矩形的右侧边线,再次输入尺寸确认。
● 单击顶部与其他部分的顶点以黑色显示。窗口右下角状态栏显示草图已经完全定义。
六、修改
(1)改变尺寸数值,矩形的新尺寸为lOOmm×60mm 。
● 双击尺寸,就会弹出【修改】对话框。
    ● 在对话框中输入新的尺寸值。
    ● 单击按钮或按下键。
    (2)调整尺寸位置,将鼠标指针放在标注的尺寸上,此时鼠标指针变为,按住
    鼠标左键,拖动到合适的位置后释放鼠标即可。
    七、结束【草图绘制】命令
    ● 可在绘图区空白处单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择【选择】命令即
    可结束【草图绘制】命令。
    ● 图设计完成后,可以单击图形区右上角的【确认】按钮,或者再次单击
    【草图绘制】按钮,即可完成当前草图绘制,并退出草图绘制状态。
    ● 单击图形区右上角的【取消】按钮,则放弃当前草图的绘制。
    提示:当添加尺寸时,用鼠标右键单击可锁定尺寸的方向(角度向内/向外,或水平/垂直/平行),然后用户可拖动数字将文字放置在用户需要的地方而不改变方向。
  2.1.4草图的状态及模板设置
    一、草图的状态
    在SolidWorks草图绘制中,用尺寸标注和添加几何关系来定义草图。因此SolidWorks
    中的草图可能是以下5种状态中的任何一种。
    ● 欠定义:草图中有些尺寸未定义,欠定义的草图实体呈蓝色,此时草图的形
    状会随着鼠标的拖动而改变。
    ● 完全定义:所有实体成黑色,即草图的位置由尺寸和几何关系完全固定。
    ● 过定义:如果对完全定义的草图标注尺寸,系统会弹出【将尺寸设为从
    动】对话框,选择【保留此尺寸为驱动】,此时的草图即过定义的草图。过
    定义的草图呈红色。
    ● 没有找到解:草图无法解出的几何关系和尺寸。
    ● 发现无效的解:草图中出现无效的几何体。如零长度直线,零半径圆弧或自
    相交叉的样条曲线。
    在SolidWorks 2014中,欠定义是允许的,但过定义是非法的。用户可以强制使用完全
    定义的草图。选择【工具】【选项】【系统选项】【草图】,勾选【使用完全定义草
    图】复选框,以后就必须使用完全定义的草图,才能进行后续的特征生成工作。
    二、快捷方式
    在执行草图绘制的时候,熟悉右键快捷方式,可以提高操作效率。在选择对象模式下,
    单击鼠标右键,系统会弹出快捷菜单,这样可以方便地选择下一个命令。在SolidWorks
    中,提供了多种终止当前命令的方式供用户选择。
    ● 双击左键(重复上次命令状态)。
    ● 单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择【结束链】命令(重复上次命令状
    态,只在绘制直线时有效)。
    ● 单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择【选择】命令(处于待命状态)。
    ● 按 键(处于待命状态)。
    三、模板设计
    文件模板包含了用户自己定义参数的零件、工程图和装配体文件,常作为新文件的基
础。设定良好的文件模板有助于减少用户在工作过程中一些重复的操作,如设置长度或重量
的单位、设定尺寸的数值精度等,从而起到事半功倍的效果。在新建文件的界面中系统提供
了3种默认的模板:零件、装配体和工程图,但是这3种模板都是按照美国ANSI标准给定
的,不满足国标(GB)的要求。 SolidWorks允许用户生成自定义的符合国标(GB)要求的模板。
    下面以名称为“建筑大学学生模板”的零件模板为例,说明零件模板的建立过程。
    (1)单击【新建】命令按钮,或选择【文件】【新建】命令。
    (2)双击要生成的模板类型,如零件模板,系统会打开该模板。
    (3)在菜单栏中选择【工具】【选项】命令,或单击【标准】工具栏中的【选
    项】按钮,系统弹出【系统选项】对话框。
    (4)在【文档属性】标签上选择相应的选项,如单位、注解、颜色等,来定义新
    的零件模板,然后单击【确定】按钮。
    (5)选择【文件】【另存为】命令,为文件输入名称“建筑大学学生模板”,在
    保存类型中选择Part Template(*.prtdot),即扩展名为.prtdot。
    (6)系统  自动浏览到安装模板文件的文件夹  :
    C:\ProgramData\SolidWorks\SolidWorks2014\templates”,然后单击【保存】按
    钮。
    (7)再次新建文件时,在【新建SolidWorks文件】对话框中,会出现名称为“建
筑大学学生模板”的零件模板。
 
开始文件:无
结果文件:实例\Ch02\草图I.SLDPRT
 
2.1.5实例——绘制草图
    下面通过几个例子掌握草图绘制操作过程和绘制草图技巧等。草图的构成:草图实体、
几何关系、尺寸。草图绘制模式:单击·单击式、单击拖动式。
绘制草图(1)
绘制如图2-9所示的草图(1)。
 
图2-9草图(1)
 
1.  进入草图绘制状态,在【系统选项】【几何关系/捕捉】中将各种捕捉关系
    选项都选中。
2.  在属性管理器窗口选择前视基准面绘制草图,单击【草图】选项卡中的
    【直线】按钮,从【原点】处单击确定直线的起点绘制直线。把草图的大体
    形状绘制出来,如图2-10 (a)所示。
3.  单击【智能尺寸】,标注尺寸,如图2-10 (b)所示。标注完尺寸,仔细查看
    草图,看草图中是否还有未变黑的直线,如果有则表明直线未被完全定义,
    把鼠标指针移动到其上面,仍可以拖动,根据其拖动的方向,可以判断缺少
的几何尺寸或几何关系,可以继续添加几何尺寸和几何关系。
 
图2-10草图的绘制
 
绘制草图(2)
    绘制如图2-11所示的草图(2)。
开始文件:无
结果文件:实例\Ch02\草图2.SLDPRT
 
图2-11草图(2)
1.  进入草图绘制状态,在【系统选项】【几何关系/捕捉】中将各种捕捉关系
    选项都选中。
2.  在属性管理器窗口选择前视基准面绘制草图。绘制中心线,单击【中心
    线】按钮,过原点绘制两条水平和竖直的中心线。
3.  以原点为圆心绘制两个大小不等的同心圆,绘制直线,如图2-12 (a)和图2-
    12 (b)所示,得到草图的大体轮廓。
4.  单击【剪裁】按钮,剪裁大圆,并绘制草图上方的一个小圆,利用【镜
    像实体】画出另外一个圆,如图2-12 (c)、图2-12 (d)和图2-12 (e)所
    示。
5. 标注尺寸并添加几何关系,即完成草图的绘制,如图2-12(f)所示。
6. 
(a)绘制中心线及圆    (b)绘制直线    (c)修剪大圆
(d)绘制小圆    (e)镜像小圆    (f)标注尺寸并调整
图2-12绘制草图过程
 
提示:最后绘制的草图尺寸关系和几何关系会让草图看起来很乱,很难看清楚。可以通过选择【视图】【草图几何关系】命令,将几何关系隐藏。
 


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