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三维设计已成为设计的主流方法，通过三维设计软件，设计者可直接将脑海中的零/部件模型，形象逼真地反映在计算机显示屏上。我国的大中型企业已开始尝试从三维开始设计。对于设计者来说，三维能真正体现出设计者的设计意图，以三维模型作为产品最重要的信息载体，可以将设计、生产、管理等各个信息孤岛联系到一起，并将设计细节融入到建模过程中。在整个产品的开发过程中，如果在建模阶段不预先考虑模型可能发生的设计变动，将使前期建模工作无法有效向后传递，导致时间和精力的更多消耗。因此，在设计开始阶段就对产品特征进行规划，将设计者的设计思想意图融人设计过程中，全面综合考虑问题，对于缩短产品开发时间、提高产品开发的效率和质量是非常有意义的。对于如何将设计者的设计思想体现在三维实体设计软件中，本文将结合Solidworks阐述这一技术的应用过程。SolidWorks是一套基于Windows平台的优秀三维设计软件，具有用户界面友好、易学易用的优点，其特征建模、变量化驱动等功能，可方便地实现三维建模、装配和生成工程图。1零件建模与加工工艺分析在三维软件中对零件进行三维建模，实质是对零件加工过程进行模拟和对零件加工工艺过程进行描述，是在三维软件的环境下进行的虚拟加工。1.1零件的常用建模方法实例分析对零件建模的常用方法有：层叠法、旋转法和加工法。下面以减速器高速轴外形特征为例，分别用这三种方法进行建模，分析它们的优劣，图例如表1所示。表1减速器高速轴三种建模方法的图例1)旋转法：在一幅草图上画出零件的多个复杂外形特征，通过旋转命令“一步到位”生成零件。优点：能够快速创建零件外形轮廓特征，效率高。缺点：不便于零件的编辑、修改，如果要对零件进行编辑修改，就会出现许多关联错误。此方法仅仅适合回转零件，而且仅适用于回转零件外形轮廓特征建模。2)层叠法：单独建立零件各段的每个特征，用堆积的方式，将各段堆叠起来。通过上述实例不难发现，该方法局部性强，缺乏总体布局，没有毛坯选择，没有总体的特征规划。但此方法适用于大型焊接件，其建模思想与焊接方法正好吻合。3)加工法：是模拟零件实际加工过程，首先生成零件基本特征，也即是实际加工的毛坯，然后一道道工序逐渐加工，生成成品。例如轴的工艺分析：在实际加工过程中，首先，生成毛坯（通常采用车削、铸造或者其他方法生成棒料毛坯）；然后，将工件的一端夹持在车床的三爪卡盘上，加工其另一端，完成圆柱面、砂轮越程槽、端面倒角车削；第三，工件掉头，夹持已加工的圆柱面，对工件的另一端完成圆柱面、砂轮越程槽、端面倒角车削。在该加工过程中，装夹一次尽可能完成多道工序，从而节省装夹时间，提高生产效率。通过上述零件建模方法对比不难发现，加工法最符合实际生产过程，它的建模顺序符合实际加工步骤，也符合专业设计者的设计过程。因此，在建模之前，有必要对产品零件进行特征规划，这样不仅使设计者对后续建模有总体把握，而且对于最后编辑修改也很方便。特征规划的过程中，应该考虑以下问题：(1)基本特征反映零件的整体面貌（例如，选择圆柱棒料作为毛坯，表明该零件的整体外形为圆柱形）。(2)每个特征应尽量简单，这便于特征的修改和管理。(3)应明确特征之间关系和特征实现方法。1.2零件加工与SolidWorks建模命令的关系大多数机械加工是对毛坯进行去除材料的过程，在实际加工过程中，对零件常用的加工方法有车、铣、刨、磨、钻、镗、攻丝和拉削等。在SolidWorks建模中最常用的特征类型有拉伸、扫描、旋转和放样。建模命令实际上是在模拟它所对应的加工方法。表2所示为零件加工方法与建模命令的对应关系。由表2可见，实际加工过程和零件建模是相关联的，每一个建模步骤都对应一种加工方法。表2零件加工方法与建模命令的对应关系零件加工过程实际上就是通过计算机建模命令来模拟它的工艺过程。对于有的工艺过程，甚至还可以用多种不同建模命令来对其模拟。因此，可以得出加工方法与建模命令的对应关系（加工方法为“M”，建模命令为“m”）如下：1)M：m=1：1表示：一种建模命令对应一种加工方法。2)M：m=1：n表示：n种建模命令对应一种加工方法。零件三维建模过程实质上是对零件加工过程进行模拟。脱离加工的设计建模就没有实际加工意义，所以建模命令与加工方法的关联、对应，就是建模命令对加工方法的抽象描述，零件建模是建立在它的加工基础上的，若建立的模型无法加工，那它也失去实际的生产意义。零件加工，首先是从选择毛坯开始的，而在建模过程中，基本特征的生成，即毛坯的生成，往往被忽视。因此，在造型时根据零件的主要结构建立特征草图，通过拉伸、旋转等建立一个合理的“毛坯”是零件建模的第一步。2建模过程中设计意图的体现使用SolidWorks建立模型的方法有多种多样，关键问题要看是否正确地表达了零件的加工信息，将设计者思想融入设计建模中。SolidWorks零件建模主要通过三种方法体现设计者的设计思想与意图：绘图平面选择、添加几何关系和尺寸标注。在建立任何一个零件模型前，设计者通常要对零件进行分析、规划特征和拟定建模步骤。2.1绘图平面选择选择不同绘图平面体现设计者不同的设计思想与意图。在建立模型后，常常需要确定一些重要尺寸，这些尺寸对零件的安装定位等起决定性作用，而对其余尺寸的要求不高。选择绘图平面不仅有利于将重要尺寸体现出来，而且还能为后续零件模型的编辑修改提供方便。如图1所示，轴肩部分为被加工对象，可通过三个绘图参考平面完成轴肩部分的建模，但是不同的参考基准却体现不同的设计意图。1)选择参考基准1为绘图平面时，是以图示零件左端面为基准。当被加丁对象左端尺寸x发生变化时，轴肩部分特征相对于左端面的距离尺寸x＇保持不变，但是轴肩部分的宽度（x＇-x）会发生变化，见图2a。2)选择参考基准2为绘图平面时，是以图示（轴肩部分左端特征的右端面）轴肩部分左端为绘图基准。当被加工对象左端尺寸或右端尺寸发生变化时，轴肩部分特征相对于轴肩部分左端面的距离尺寸x保持不变，即保证轴肩部分宽度恒定，见图2b。3)选择参考基准3为绘图平面时，是以图示零件右端面为基准。保证轴肩部分相对于右端面的距离x恒定。轴肩部分的宽度会随着轴肩部分左端特征的变化而发生相应变化，见图2c。图1被加工对象参考基准图2不同参考基准体现的设计意图通过图2a、图2b和图2c的比较不难发现，选择不同绘图平面作为参考基准，可体现不同的设计意图。因此，在设计过程中，应当根据实际要求选择合适的平面作为草图的绘图平面。2.2添加几何关系通常在草图中确定一些几何关系或辅助几何元素，可以减少尺寸的重复标注，而且还有利于体现设计者的设计思想与意图。图3所示为减速器箱体连接螺孔建模中的几何关系：添加水平中心线与箱体竖直边框线中点“重合”的关系；为了便于装配和零／部件的购买，通常尽可能选择相同的零／部件。在设计此螺栓连接孔时，采用相同尺寸，对于中心线一侧的螺孔，选择“相等”的几何关系；草图绘制中的“镜像实体”，勾选“复制”选框，选择竖直中心线为“镜像点”。镜像后，中心线两侧实体就自觉地添加上相等共线的几何关系，最后各螺孔之间的几何关系通过中心线和10-φb标注体现。图3添加几何关系体现设计意图2.3尺寸标注与实体关联时，不同尺寸标注方法体现不同设计意图。以减速器某轴为例，其设计基准如图4所示。为提高零件加工质量，应该尽可能将设计基准、定位基准与安装基准重合。图4减速轴设计基准如图5所示，对于零件左端轴肩部分在水平方向上的尺寸，不同标注方法表达不同设计意图。水平中心线表明零件为对称（回转）零件；图5a所示为选择左端面为基准，轴肩以左端面作为设计基准，轴肩的宽度通过尺寸x、x＇共同决定；图5b所示为选择零件左端面为基准，确定尺寸x，然后轴肩以尺寸x的右端面作为设计基准，轴肩宽度为x＇；图5c所示为选择左端面为设计基准，确定尺寸x，通过右端面为设计基准确定尺寸x＇，最后通过轴的总长p间接确定轴肩宽度为p-x-x＇；图5d所示为以右端面为设计基准，其余与图5b类似；图5e所示为以右端面为设计基准，其余与图5a类似。图5不同的尺寸标注体现的不同设计意图3装配体约束关系与装配要求体现设计意图在SolidWorks下进行装配体设计，实际上是根据装配实体形状特点创建实体模型，并把这些模型按照配合关系进行虚拟装配，得到装配体三维实体模型。装配体设计过程就是一个模拟实际的零件与零件、零件与部件装配的过程。设计者通过采用合理的装配配合关系，来体现设计意图，表达设计目的。将两个或多个零件模型（或部件）按照一定的约束关系进行安装并形成产品的装配体时，采用不同的约束关系（配合命令）可达到不同的装配效果，体现出设计者不同的设计意图。在此以两个面的接触为例，说明不同装配命令体现不同设计意图的情况。三维软件在进行两个平面接触配合设计时，可以选择“重合”、“距离”（设置两配合面之间的距离为零）。但是两种不同的装配命令却体现着不同的设计意图。例如，减速器轴承与端盖的配合、轴承内圈与轴肩的配合，它们的配合结果都是使两个配合平面接触，但通常对减速器轴承与端盖的配合命令选择“距离”，并设置两配合面之间的距离为零；轴承内圈与轴肩的配合命令选择“重合”。理由如下：1）轴承端盖用于轴承外圈固定、轴承的防尘和密封。在实际装配过程中，往往需要对端盖进行调整，比如在其与箱体两配合面之间加垫片、密封环和垫圈，在两接触面间加入润滑油形成一层油膜等，从而调整轴承端盖与轴承外圈的距离、轴承端盖与箱体的距离，达到装配要求，可见，轴承端盖与箱体之间并不是简单的重合，故选择“平行”和“距离”的配合来达到轴承端盖与箱体之间装配要求。2）轴承内圈与轴肩的配合，其目的是通过轴肩对轴承进行定位。因此必须明确限定轴肩与轴承内圈的位置关系，故通过选择“重合”来体现设计者的设计意图，满足装配要求。4结语本文提出了在SolidWorks软件环境下，三维零件建模通过绘图平面选择、添加几何关系和尺寸标注体现设计者设计思想与意图；在装配体中，采用合理的配合关系，体现设计意图，表达设计目的。这种表达设计者思想意图的设计方法，对于设计者更好地完成设计，解决实际问题都有重要意义。