SolidWorks中的反求三維造型

閆旭輝

（臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，山西 臨汾 041000）

0 引言

在現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)廣泛采用數(shù)字化三維技術(shù)的今天，仍然有很多企業(yè)還在使用二維CAD進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用二維環(huán)境下繪制的工程圖樣保存零件的結(jié)構(gòu)信息，這就需要根據(jù)工程圖樣對原有的零件進(jìn)行數(shù)字化建模。利用二維工程圖反求三維幾何造型的過程是現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造的重要技術(shù)手段，它縮短了從設(shè)計(jì)到制造的周期，在機(jī)械、電裝、消費(fèi)品等設(shè)計(jì)領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。

SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件，不僅為設(shè)計(jì)者提供了參數(shù)化和特征建模技術(shù)，還具有豐富的軟件接口，而且具有在人工干預(yù)下將二維工程圖轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體的功能。筆者通過對二維工程圖（＊．dwg）反求三維模型實(shí)例的研究，對反求過程出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，尋找解決問題的辦法，總結(jié)出了一種較為實(shí)用和可行的方法。

1 反求準(zhǔn)備工作

1．1 輸入工程圖

圖1是在二維軟件AtuoCAD中繪制的支架三視圖，其文件名為zj．dwg。在SolidWorks軟件環(huán)境下，選擇“文件”→“打開”，在“打開”對話框中將文件類型改為“＊．dwg”，按照保存路徑打開zj．dwg，在 “DXF／DWG輸入”對話框中選擇“輸入到新零件”→在“工程圖圖層映射”對話框中輸入此圖紙為 ：model→在“文件設(shè)定”對話框中輸入此圖紙為 ：到2D草圖。確定后，工程圖被作為零件草圖輸入。

1．2 工程圖→草圖

將工程圖中的三視圖分別轉(zhuǎn)成草圖，轉(zhuǎn)換主視圖的具體操作方法為：用窗口選擇法選中主視圖后單擊“2D到3D”工具欄中的“前視”（添加所選草圖實(shí)體到3D零件的前視草圖）圖標(biāo)。全部轉(zhuǎn)成草圖后，草圖自動(dòng)投影到未展開的投影空間中。

將各草圖按照需要進(jìn)行對齊操作：按住Ctrl鍵在要對齊的草圖上選擇一點(diǎn)或直線，在要與之對齊的另一草圖中選擇一點(diǎn)或直線，單擊“2D到3D”工具欄中的“對齊草圖”圖標(biāo)。支架三視圖分別轉(zhuǎn)換并對齊后的結(jié)果如圖2所示。

圖1 支架三視圖

圖2 對齊后的支架三視圖

2 工程圖中的線條分析

利用零件的工程圖反求造型時(shí)分清圖中線框的含義，并處理好圖形信息是反求的關(guān)鍵。

2．1 線條分類

工程圖中的線條反映零件的相應(yīng)特征，其特征通常分為基本特征、輔助特征和基準(zhǔn)特征3類?；咎卣魇橇慵闹饕糠郑哂歇?dú)立特性，不受其他特征的影響；輔助特征依附于其他形狀特征，如過渡圓角、倒角等；基準(zhǔn)特征主要指基準(zhǔn)軸線、基準(zhǔn)面、對稱線等，在工程圖中通常以點(diǎn)畫線形式出現(xiàn)。

2．2 特征分析

工程圖中的視圖是將物體向投影面投影所得的圖形。從特征建模角度看，每一個(gè)封閉的線框代表一個(gè)特征運(yùn)算實(shí)體，每一個(gè)復(fù)雜的零件都可以看作由多個(gè)簡單的形狀特征組成。支架按形體分析法可分解為6個(gè)基本體：即直立空心圓柱、底板、水平空心圓柱、耳板、肋板和底面空心圓柱。

根據(jù)三維建模的特點(diǎn)和視圖形成的投影規(guī)律，該零件通過相應(yīng)線條為形狀特征的識別方法建模，即一個(gè)視圖由線條組成多個(gè)封閉區(qū)域，各視圖通過封閉區(qū)域間的對應(yīng)關(guān)系識別特征的深度，相鄰特征有“并”或“差”的邏輯關(guān)系，并由與其他視圖的對應(yīng)投影關(guān)系確定其“拉伸”或“切除”。

機(jī)械工程圖是利用正投影法得到的，根據(jù)正投影特性可知，視圖中的部分線條有重疊的圖形信息存在，許多線條有多個(gè)特征共用。

2．3 取先原則

基本特征是建模確定方向和位置的依據(jù)，在零件上有許多輔助特征，使零件的投影變得復(fù)雜，所以建模應(yīng)遵循基本特征線條框取先。不同建模順序?qū)５碾y易程度有一定影響，利用封閉的線條框進(jìn)行造型時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

（1）特征視圖取先。反映零件和零件某一部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的視圖稱為該零件或該部分的特征視圖，按照從特征視圖建模可省去許多不必要的麻煩。

（2）先大后小，先外后內(nèi)。視圖中有多個(gè)封閉線框，應(yīng)以最大的、最外面的取先，這通常也是零件主要的實(shí)體特征。

（3）先實(shí)后虛。視圖中的虛線代表不可見的部分，反映實(shí)體的內(nèi)部或零件的背面位置，所以應(yīng)先將實(shí)線部分進(jìn)行特征建模，再對虛線部分進(jìn)行分析后造型。

（4）其他處理。剖視圖、斷面圖應(yīng)在原來的二維繪圖時(shí)將剖面線去掉。剖視是假想的剖切面，因此必須恢復(fù)其原形。半剖視圖半剖處的輪廓線是非自行封閉的，因此可先將該結(jié)構(gòu)的輪廓圖形對稱處理后再建模。回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)可以用旋轉(zhuǎn)特征建模，斷面圖應(yīng)用于斷面形狀較復(fù)雜的零件，可用掃描、放樣等特征進(jìn)行建模。

3 反求造型

3．1 利用草圖直接建模

分別選中各草圖進(jìn)行拉伸或切除，可通過選擇另一草圖上的起始點(diǎn)及終止點(diǎn)確定其深度，即在特征樹中選擇“從→頂點(diǎn)（選項(xiàng)）”→在草圖中選擇起始點(diǎn) ，在特征樹中選擇“方向1→成形到一頂點(diǎn)（選項(xiàng)）”→在草圖中選擇終止點(diǎn)。

3．2 “轉(zhuǎn)換實(shí)體引用”到草圖面上建模

對某一基本視圖進(jìn)行特征造型，在已建好的特征面上定義新的草圖面，將對應(yīng)到投影空間的草圖“轉(zhuǎn)換實(shí)體引用”至新的草圖面上，而后進(jìn)行特征造型。

4 支架造型的具體步驟

按照上述諸原則對對齊后的支架三視圖進(jìn)行造型，具體步驟如下：①對直立空心圓柱進(jìn)行拉伸操作，在俯視圖中對其輪廓與耳板的共用部分進(jìn)行由虛到實(shí)的處理后并選擇其輪廓，在主視或左視圖中選點(diǎn)或直線作為拉伸起始、終止以確定其深度；②對底板進(jìn)行拉伸操作，在俯視圖中對其輪廓被水平空心圓柱遮住部分進(jìn)行恢復(fù)后并選擇其輪廓，在主視或左視圖中選點(diǎn)或直線作為拉伸起始、終止以確定其深度；③對耳板進(jìn)行拉伸操作，在俯視圖中選擇其輪廓，在主視圖中選點(diǎn)或直線作為拉伸起始、終止以確定其深度；④對底面空心圓柱進(jìn)行拉伸操作，在俯視圖中對其輪廓進(jìn)行由虛到實(shí)的處理并選擇該輪廓，在主視圖中選點(diǎn)或直線作為拉伸起始、終止以確定其深度；⑤對水平空心圓柱造型須分為拉伸和切除進(jìn)行，拉伸時(shí)在主視圖中選擇大圓柱輪廓，在左視圖或俯視圖中選擇起始點(diǎn)，終止選擇成形到一面（直立空心圓柱外面），切除時(shí)在主視圖中選擇小圓柱輪廓，切除起始從曲面（直立空心圓柱內(nèi)面），終止選擇成形到一面（水平空心圓柱頂面）；⑥對肋板的造型可以用“筋”特征，也可以用拉伸，但是用“筋”操作較復(fù)雜，須建立新的基準(zhǔn)面并轉(zhuǎn)換實(shí)體引用，用拉伸操作較為簡單，在主視圖中選擇肋板輪廓，在左視圖中選擇其拉伸起始及終止即可完成。完成后的支架造型如圖3所示。

圖3 支架造型

5 結(jié)論

二維工程圖反求三維造型，與新建一個(gè)三維模型相比，省去了繪制草圖的步驟，同時(shí)各特征之間的相對位置在對齊草圖中已經(jīng)對齊，可以直接“轉(zhuǎn)換實(shí)體引用”到已構(gòu)建的模型上，省去了尋找特征之間位置關(guān)系的步驟。將人工讀圖思維方式的形體分析法引入軟件建模中，以視圖中封閉線框?yàn)樾螤钐卣鞯淖R別和建模方法，為二維轉(zhuǎn)三維軟件功能的充分利用奠定了理論基礎(chǔ)。在具體的操作過程中，對線條的取先原則和對剖視圖等建模方法的總結(jié)，有利于順利完成三維建模。

利用先進(jìn)的三維技術(shù)解決工程領(lǐng)域亟待解決的實(shí)際問題，并以理論研究成果為基礎(chǔ)來拓展、延伸這一先進(jìn)技術(shù)，這是一項(xiàng)在生產(chǎn)實(shí)踐中非常有實(shí)際意義的工作。

［1］ 趙罘，楊曉晉，張?jiān)平埽甋olidWorks基礎(chǔ)設(shè)計(jì)教程［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2008．

［2］ 吳連連．反求工程技術(shù)的研究及應(yīng)用［J］．裝備制造技術(shù)，2012（1）：137－139．