三维实体建模技术

第一章三维实体建模技术学习重点了解三维实体建模设计的特点和一般过程；熟释NX3.0的各个功能面板，建模方式以及模型分析功能；掌握NX3.0关于草图绘制，零件设计，装配设计，工程图设计的基本操作。1.1概述三维建模设计不同于二维绘图设计，二维绘图设计在一个平面上即可完成，而三维建模设计是在三维空间中进行，建立的模型具有长度，高度，宽度三个方向的尺寸。在三维建模设计中，首先建立在工作空间的坐标系（包括原点，坐标轴和基准平面），然后在草绘平面绘制模型的特征截面或扫描轨迹，并根据参照平面放置特征截面的各图形元素，对二维特征截面进行拉伸，旋转，扫描等操作，可生成三维模型的基础特征。特征是构成三维模型的基础，各中各样的三维模型就是由不同的特征按照一定的设计要求进行组合所形成的集合体。NX3.0软件系统是美国UGS公司研制的一套由设计到制造的一体化三维软件，是新一代的产品造型系统。本章所有操作界面，设计流程以及模型均在NX3.0环境中进行。1.2实训1——机械零件实体模型建立1.2.1问题描述零件设计是机械设计的基础，通过对零件进行实体设计，可以使设计过程更加直观，并尽量多地获取零件的体信息。零件实体建模的基本技术是基于特征的，任何零件的建立都离不开特征的建立，而参数化绘制是创建各种零件特征的基础，贯穿整个零件建模过程。熟悉掌握特征截面的参数化草图绘制技术，进而由截面草图生成零件特征的操作技术，是进行三维设计的基本功。本章以机械设计中常用零件轴，键，半联轴器的设计为例，简要说明在NX3.0环境中进行零件设计，装配体设计和工程图设计的建模过程。1.2.2实训目的熟悉NX3.0的操作界面，了解个功能面板；了解用NX3.0进行零件三维实体建模的设计过程，初步实验用NX3.0进行计算机辅助机械设计的强大功能。图1-1轴、键和半联轴器的实体模型、1.2.3结果演示在NX3.0环境下对轴、键及半联轴器零件进行三维实体建模，完成后的结果如图1.2.4实训步骤建立轴的零件模型一NX3.0的启动在计算机的桌面上双击NX3.0图标，或通过“开始/程序”菜单运行NX3.0。NX3.0程序主界面如图1-2所示二建立新文件1-2NX3.0的主界面模型显示区部件导航区菜单工具按钮状态栏1.单击下拉菜单“文件（F）新建（N）…”，或单击“新建”命令按钮，打开“新建”对话框。2.文件类型为部件文件，在文件名一栏输入要创建的文件名称，不选择“非主模型”前的复选框。如图1-2所示。3单击“ok”按钮进入零件设计环境。4点击应用菜单项，选择要进入的模块，如建模、外观造型设计、制图、加工、结构分析、运动分析、钣金、电气线路、装配等。如图1-4所示。下面的说明操作是在建模模块的环境中进行的。图1-3新建零件对话框1-4NX3.0模块组成三调整窗口显示状态单击工具栏命令按钮可调整模型窗口的显示状态，并可以调整窗口的大小。四建立草绘特征1点击菜单“格式-层的设置”或进入层的设置对话框设定工作层（草图所在层，一般21-40层用来设置为草图层,以后可以用层来管理复杂模型,可以关闭一些层的显示）2.单击菜单“插入-〉草图”或者单击工具按钮，打开草图绘制的特征面板，选择X-Y、Y-Z、X-Z三个基准平面或者偏置一个基准平面作为草图平面，点击确定，进入草绘环境（如图1-5）。3利用草图绘制的命令工具按钮进行草1-5草绘环境界面图的绘制，并利用命令工具按钮给绘制的草图标注尺寸。绘制的轴的草图如图1-6所示。4选择按钮，完成草图绘制并退出草图绘制模块。四建立旋转特征1.选择一个草绘特征（图1-6的草图），单击菜单“插入-〉设计特征-〉回转”或者单击工具按钮，打开回转特征对话框（如图1-5）。2.点击轴和角，状态栏提示用户选择一个轴，选择1-6图形的中心轴确定后，跳出回转参数设置对话框（图1-8），在回转参数设置中输入角度范围0-360，单击确定完成旋转轴的绘制。五观察模型利用工具栏按钮中与模型显示相关的命令按钮和三键鼠标配合，可以采用多种方式，方便的观察模型。先将与模型显示相关的命令按钮以及鼠标操作方法介绍如下：1.主工具栏中部分与模型操作有关的命令按钮：模型调整至与窗口适合的大小，放大选取的视区范围，根据鼠标移动的方向放大或缩小视区范围。旋转视图，平移视图。以着色方式显示模型，显示线框模型。图1-7回转对话框图1-6旋转轴的草绘图形图1-8回转参数设置2.使用鼠标操作观察模型。在NX3.0中使用的鼠标必须是三键鼠标，否则许多操作不能进行。下面对三键鼠标在NX3.0中的常用操作说明如下：左键：用于选择菜单，工具按钮，明确所绘制图形元素的起始点和终止点，明确文字注释位置，选择模型中对象等。中键：单击中键表示结束或完成当前操作，一般情况下与菜单中的完成选项，对话框中的确定按钮，特征操作面板中的确认按钮的功能相同。此外，鼠标中键还用来控制模型的视觉转换，所放模型的显示以及移动模型在视区中位置等。具体操作如下：按下鼠标中键并移动鼠标，可以任何方向旋转视区中的模型。对于鼠标中键为滚轮的鼠标，转动鼠标滚轮可放大或缩小视区中的模型。同时按下CTRL键和鼠标中键，上下移动鼠标可放大或缩小视区中的模型同时按下Shift键和鼠标中键，拖动鼠标可平移视区的模型。右键：选中对象（如工作去，模型树中的对象，模型中图元元素等），单击鼠标右键，显示响应的快捷菜单。3.按住鼠标中键，拖动鼠标观察模型。观察过程中可单击工具栏中的按钮控制基准的显示状态，也可以单击工具栏中的按钮控制模型的显示方式。六建立一个基准平面1.单击菜单“插入-基准/点-基准平面”或单击按钮，出现基准平面控制面板，单击控制面板的第一个按钮打开基准平面对话框。如图1-9。2.在平行、重合、垂直、相切等多个约束类型中选择平行，选择一个已经存在的面，如三个基准面中的X-Y基准面，在偏置文本框中输入“20”，单击确定产生一个与X-Y基准面平行的相距为20的基准面。七切割键槽1.选择要拉伸的草图，单击“插入-设计特征-拉伸”或单击拉伸工具按钮，出现拉伸特征面板，单击拉伸特征面板的第一个按钮-特征对话框按钮，弹出拉伸特征对话图1-9基准面对话框框。如图1-11所示。2.在“拉伸对话框”中选择拉伸方向，布尔运算下拉框中选择求差。设定草图拉伸的起始和终了位置值，在缺省方向下结束值输入“-5”。偏置是设定草图拉伸时其轮廓向内或向外的偏值距离。3.单击确定按钮，退出拉伸对话框，完成对草图的拉伸。形成的键槽模型如图1-12所示。图1-10插入基准平面插入的基准平面图1-11拉伸对话框图1-12键槽模型八建立倒角特征1.单击菜单“插入-细节特征-倒角”或点击工具栏按钮。弹出倒角对话框，第一个对话框选择单个偏置，第二个对话框选择要倒角的边，依次选择1-12所示轴两端边线即可，在倒角偏置值输入对话框中输入偏置值1.5。按确定按钮完成倒角特征的建立。轴零件完成的最终模型如图1-14所示。2保存文件。建立平键模型一、使用拉伸工具建立平键模型1、同上面建立轴一样，首先新建平键文件“key”，单击菜单“应用-建模”或单击命令按钮，进入建图1-13倒角对话框图1-14倒角特征图1-14倒角偏置值输入对话框图1-15平键拉伸截面草图模模块环境。2、草绘平键截面，如图1-15所示。3、选择1-15的草图作为要拉伸的草图，单击“插入-设计特征-拉伸”或单击拉伸工具按钮，出现拉伸特征面板，单击拉伸特征面板的第一个按钮-特征对话框按钮，弹出拉伸特征对话，在拉伸对话框中拉伸距离的起始值和结束值分别输入0和8mm。单击确定完成平键的拉伸。如图1-16所示。444、保存模型文件。建立联轴器零件模型一、建立新文件新建一个“零件”文件，名称为“clutch”。二、建立旋转特征1.增加一个草绘图层，图层号为21，在21层上草绘一个特征（如图1-17所示）。在绘制1-17的草图需要注意的是，在绘制与XC轴距离为20mm的线时，需要绘制一根与XC轴重合的图1-16平键模型图1-17联轴器回转草图直线。方法是先绘制一根直线，然后设置该直线与XC轴重合的约束。具体步骤是单击命令工具按钮，按状态条提示选择该直线与XC轴，然后出现约束工具面板，单击设置该直线与XC轴重合。因为该直线不参与旋转，因此将该直线设置外参考线。方法是单击命令工具按钮，出现转换为参考的对话框，选择该直线，按确定按钮，即将该直线转换为参考线。2.单击菜单“插入-〉设计特征-〉回转”或者单击工具按钮，打开回转特征对话框（如图1-18）。选择曲线链，然后依次选择草图1-17中的线段，参考线除外。3.下面的步骤和旋转轴零件一样，当出现1-7所示的回转对话框时，选择轴和角度选项，旋转轴选为XC轴，角度输入0和360。4.完成的联轴器模型如图1-19所示。三、建立孔特征1、在生成孔特征之前，先在联轴器底面生成一参考圆，如图1-19虚线所示。参考圆用于将来确定孔的位置。2、单击命令按钮或单击菜单“插入-设计特征-孔”，进入生成孔对话框，如图1-20所示。在类型项选择要生成的孔类型为简单孔，在选择步骤项先选择放置面为联轴器底面为孔的放置面，第二步选择孔要通过的面或者输入孔的深度，因为本例的联轴器的孔为通孔，因此选择通过的面为孔图1-18回转对话框图1-19联轴器模型要穿过的面。最后输入孔的直径等尺寸参数。方向为缺省方向，如需改变孔生成方向，单击反侧按钮。点击确定，进入孔定位对话框，如图1-21所示。3、在定位对话框中确定孔的位置，确定位置选项有水平、竖直，平行、垂直、点到点、点到线。先选择垂直，按状态栏提示选择X-Y平面为目标对象，输入垂直距离为0，将圆心调整到X-Y平面上，再选择点到点，按状态栏提示选择图1-19中的参考圆。出现孔中心点与所选择的参考圆的弧位置设置的对话框（1-21下图），选择相切点。完成孔的定位。4、完成的孔模型如图1-22所示。四、阵列孔特征1、单击命令按钮或单击菜单“插入-关联复制-引用”，进入引用对话框，如图1-23所示。选择环形阵列。进入图1-20生成孔对话框图1-21孔定位对话框图1-23引用对话框图1-22孔模型1-24所示的引用对话框，在对话中选择选择SIMPLE_HOLR或者在图面上选择要阵列的孔，按确定按钮，进入1-25所示的引用参数设置对话框。2、在参数设置中，在阵列的数量以及阵列的角度文本框中分别输入5和72。3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、按确定进入1-26所示的引用对话框，单击基准轴，选择基准轴中的XC轴，确定完成孔特征的阵列，阵列后的模型如图1-26所示。五、建立键槽特征1、选择图1-26中的联轴器底面，草绘键槽拉伸截面。开始随便绘制一个大小的矩形，然后通过尺寸约束来确定矩形的位置和大小。最终的键槽截面尺寸如图1-27所示。在给矩形添加几何尺寸约束时，需要添加一条中心参考线作为辅助尺寸线。2、选择1-27作为要拉伸的草图，单击“插入-设计特征-拉伸”或单击拉伸工具按钮，出现拉伸特征面板，单击拉伸特征面板中的第一个按钮-拉伸对话框按钮，进入拉伸特征对话框（图1-11）。单击方图1-24引用对话框图1-25引用对话框图1-26引用对话框图1-26阵列孔模型底面图1-27键截面草图向按钮，取缺省方向的相反方向。在布尔运算下拉框中选择求差项，用以切除原来实体。拉伸距离的起始和终了文本框中分别输入0和88。按确定完成键槽的切除拉伸。完成的键槽模型如图1-28所示。4、保存文件。六、建立倒角和圆角特征图1-27键槽截面草图图1-28键槽模型1、单击菜单“插入-细节特征-倒角”或点击工具栏按钮，弹出倒角对话框。选择单个偏置，然后选择1-28图中黑色箭头所指的三条边。输入偏置值1，完成倒角特征的创建。2、单击菜单“插入细节特征边倒圆”或者选择工具按钮，弹出边倒圆特征操作面板，单击第一个按钮-边倒圆按钮，弹出边倒圆特征对话框。按照状态栏的提示选择图1-28中红色箭头所指的10条边，输入倒圆半径值2，完成对边倒圆的操作。完成的模型如图1-29所示。3、保存文件。1.