1.4　SOLIDWORKS的设计思想

SOLIDWORKS 2018是一套机械设计自动化软件，采用大家所熟悉的Microsoft Windows^®图形用户界面。使用这套简单易学的工具，机械设计工程师能快速地按照其设计思想绘制出草图，然后运用特征与尺寸制作模型和详细的工程图。

利用SOLIDWORKS 2018不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件。同时，也可利用三维零件生成二维工程图及三维装配体，如图1-14所示。

1.4.1　三维设计的3个基本概念

1．实体造型

实体造型是指在计算机中用一些基本元素来构造机械零件的完整几何模型。传统的工程设计方法是设计人员在图纸上利用几个不同的投影图来表示一个三维产品的设计模型，图纸上还有很多人为的规定、标准、符号和文字描述。对于一个较为复杂的部件，要用若干张图纸来描述。尽管这样，图纸上还是密布着各种线条、符号和标记等。工艺、生产和管理等部门的人员再去认真阅读这些图纸，理解设计意图，通过不同视图的描述想象出设计模型的每一个细节。这项工作非常艰苦，由于一个人的能力有限，设计人员不可能保证图纸的每个细节都正确。尽管经过设计主管的层层检查和审批，图纸上的错误总是在所难免。

对于过于复杂的零件，设计人员有时只能采用代用毛坯，边加工设计边修改，经过长时间的艰苦工作后才能给出产品的最终设计图纸。所以，传统的设计方法严重影响着产品的设计制造周期和质量。

利用实体造型软件进行产品设计时，设计人员可以在计算机上直接进行三维设计，在屏幕上能够见到产品的真实三维模型，实现了工程设计方法的重大突破。在产品设计中，产品零件的形状和结构越复杂，更改越频繁，采用三维实体软件进行设计的优越性越突出。

当零件在计算机中建立模型后，工程师就可以在计算机上很方便地进行后续环节的设计工作，如部件的模拟装配、总体布置、管路铺设、运动模拟、干涉检查以及数控加工与模拟等。所以，它为在计算机集成制造和并行工程思想指导下，实现整个生产环节采用统一的产品信息模型奠定了基础。

大体上有以下6类完整的表示实体的方法。

　单元分解法。

　空间枚举法。

　射线表示法。

　半空间表示法。

　构造实体几何（CSG）。

　边界表示法（B-rep）。

仅后两种方法能正确地表示机械零件的几何实体模型，但仍有不足之处。

2．参数化

传统的CAD绘图技术都用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都有确定的位置。要想修改图面内容，只有删除原有线条后重画。而新产品的开发设计需要经过多次反复修改，进行零件形状和尺寸的综合协调和优化。对于定型产品的设计，需要形成系列，以便针对用户的生产特点提供不同吨位、功率、规格的产品型号。参数化设计可使产品的设计图随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而自动修改图形。

参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较稳定，可以用一组参数来约束尺寸关系。参数的求解较为简单，参数与设计对象的控制尺寸有着显式的对应关系，设计结果的修改受到尺寸的驱动。生产中最常用的系列化标准件即属于这一类型。

3．特征

特征是一个专业术语，它兼有形状和功能两种属性，包括特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。特征是产品设计与制造者最关注的对象，是产品局部信息的集合。特征模型利用高一层次的具有过程意义的实体（如孔、槽、内腔等）来描述零件。

基于特征的设计是把特征作为产品设计的基本单元，并将机械产品描述成特征的有机集合。

特征设计具有的优点较为突出，在设计阶段就可以把很多后续环节要使用的有关信息放到数据库中。这样便于实现并行工程，使设计绘图、计算分析、工艺性审查到数控加工等后续环节工作都能顺利完成。

1.4.2　设计过程

在SOLIDWORKS系统中，零件、装配体和工程都属于对象。SOLIDWORKS采用自顶向下的设计方法创建对象，其设计过程如图1-15所示。

图1-15中所表示的层次关系充分说明，在SOLIDWORKS系统中，零件设计是核心，特征设计是关键，草图设计是基础。

草图指的是二维轮廓或横截面。对草图进行拉伸、旋转、放样或沿某一路径扫描等操作后即生成特征，如图1-16所示。

特征是指可以通过组合生成零件的各种形状（如凸台、切除、孔等）及操作（如圆角、倒角、抽壳等），如图1-17所示给出了几种特征。

1.4.3　设计方法

零件是SOLIDWORKS系统中最主要的对象。传统的CAD设计方法是由平面（二维）到立体（三维），如图1-18所示。工程师首先设计出图纸，再由工艺人员或加工人员根据图纸还原出实际零件。然而在SOLIDWORKS系统中却是工程师直接设计出三维实体零件，然后根据需要生成相关的工程图，如图1-19所示。

此外，在SOLIDWORKS系统中，零件的设计、构造过程类似于真实制造环境下的生产过程，如图1-20所示。

装配件是若干零件的组合，是SOLIDWORKS系统中的对象，通常用来实现一定的设计功能。在SOLIDWORKS系统中，用户先设计好所需的零件，然后根据配合关系及约束条件将零件组装在一起，生成装配件。使用配合关系，可相对于其他零部件来精确地定位零部件，还可定义零部件如何相对于其他的零部件移动和旋转。通过继续添加配合关系，可以将零部件移动到所需的位置。配合会在零部件之间建立几何关系，如共点、垂直、相切等。每种配合关系对于特定的几何实体组合有效。

如图1-21所示是一个简单的装配体，由顶盖和底座两个零件组成，其设计、装配过程如下。

（1）设计出两个零件。

（2）新建一个装配体文件。

（3）将两个零件分别拖入新建的装配体文件中。

（4）通过使顶盖底面和底座顶面重合，顶盖底一个侧面和底座对应的侧面重合，将顶盖和底座装配在一起，从而完成装配工作。

工程图就是常说的工程图纸，是SOLIDWORKS系统中的对象，用来记录和描述设计结果，是工程设计中的主要档案文件。

用户把设计好的零件和装配件按照图纸的表达需要，通过SOLIDWORKS系统中的命令，生成各种视图、剖面图、轴测图等，然后添加尺寸说明，得到最终的工程图。如图1-22所示显示了一个零件的多个视图，它们都是由实体零件自动生成的，无须进行二维绘图设计，这也体现了三维设计的优越性。此外，当对零件或装配体进行修改后，对应的工程图文件也会相应地改变。