1.1 Creo的典型设计思想

使用参数化思想建模简单、高效。美国PTC（Parametric Technology Corporation，参数技术公司）率先运用了参数化设计原理开发CAD软件，下面介绍其典型设计思想。

1.1.1 知识准备

1.模型的基本形式

在 CAD 软件中，模型的描述方式先后经历了从二维图形到三维模型，从直线、圆弧等简单的几何元素到曲线、曲面和实体等复杂几何元素的发展历程。图1-1展示了 CAD 技术中“打点──连线──铺面──填实”的重要建模原则。

CAD软件在发展过程中先后使用过多种模型描述方法，介绍如下。

（1）二维模型

二维模型使用平面图形来表达模型，模型信息简单、单一，对模型的描述不全面。图1-2所示为工业生产中的零件图（局部），这种图形不但制作不方便，而且识读也很困难。

（2）三维线框模型

三维线框模型是使用空间曲线组成的线框描述模型，主要描述物体的外形，它只能表达基本的几何信息，无法实现CAM（计算机辅助制造）及CAE（计算机辅助工程）技术，如图1-3所示。

（3）曲面模型

曲面模型使用Bezier、NURBS（非均匀有理B样条）等参数曲线等组成的自由曲面来描述模型，对物体表面的描述更完整、精确，为CAM技术的开发奠定了基础。但是，它难以准确地表达零件的质量、重心及惯性矩等物理特性，不便于CAE技术的实现。

不过，现代设计中可以方便地对曲面模型进行实体化操作，以获得实体模型，如图1-4所示。

（4）实体模型

实体模型采用与真实事物一致的模型结构来表达物体，“所见即所得”，直观简洁。它不仅能表达模型的外观，还能表达物体的各种几何和物理属性，是实现CAD/CAM/CAE技术一体化不可缺少的模型形式。

图1-5所示为汽车的实体模型，该模型由一系列独立设计的零件组装而成。

要点提示

在现代生产中，三维实体模型从用户需求、市场分析出发，以产品设计制造模型为基础，在产品整个生命周期内不断扩充、不断更新版本，是产品生命周期中全部数据的集合。三维实体模型便于在产品生命周期的各阶段实现数据信息的交换与共享，为产品设计中的全局分析创造了条件。

2.Creo的典型设计思想

Creo突破了传统的CAD设计理念，提出了实体造型、参数化设计、特征建模以及全相关单一数据库的新理论。使用Creo进行三维建模，操作简便，易于实现设计意图的变更。

（1）实体造型

三维实体模型除了描述模型的外部形状外，还描述模型的质量、密度、质心以及惯性矩等物理信息，能够精确表达零件的全部几何属性和物理属性。Creo可以用来方便地创建实体模型，同时软件的各个功能模块可以用来对模型进行更加深入、全面的操作和分析计算。

（2）参数化设计

根据参数化设计原理，用户在设计时不必准确地定形和定位组成模型的图元，只需勾画出大致轮廓，然后修改各图元的定形和定位尺寸值，系统根据尺寸再生模型后即可获得理想的模型形状，这种通过图元的尺寸参数来确定模型形状的设计过程称为“尺寸驱动”。它只需修改模型某一尺寸参数的数值，即可改变模型的形状和大小。

要点提示

参数化设计还提供了多种“约束”工具，使用这些工具，可以很容易地使新创建图元和已有图元之间保持平行、垂直以及居中等位置关系。总之，在参数化设计思想的指引下，模型的创建和修改都变得非常简单和轻松，这也使得学习大型CAD软件不再是一项艰苦而麻烦的工作。在参数化设计中，“参数”是一个重要概念，在模型中设置参数后，模型具有更大的设计灵活性和可变性。

（3）特征建模

特征是设计者在一个设计阶段创建的全部图元的总和。特征可以是模型上的重要结构（如圆角），也可以是模型上切除的一段材料，还可以是用来辅助设计的一些点、线和面。

① 特征的分类

Creo中的特征分为实体特征、曲面特征和基准特征3类，其详细对比如表1-1所示。

② 特征建模原理

特征是Creo中模型组成和操作的基本单位。创建模型时，设计者总是采用“搭积木”的方式在模型上依次添加新的特征。修改模型时，首先找到不满意细节所在的特征，然后对其大刀阔斧地“动手术”。由于组成模型的各个特征相对独立，在不违背特定特征之间基本关系的前提下，再生模型即可获得理想的设计结果。

图1-6所示为一个模型的特征建模原理。

（4）全相关的单一数据库

Creo采用单一数据库来管理设计中的基本数据。单一数据库是指软件中的所有功能模块共享同一公共数据库。根据单一数据库的设计原理，软件中的所有模块都是全相关的，这就意味着在产品开发过程中对模型任意一处所做的修改都将写入公共数据库，系统将自动更新所有工程文档中的相应数据，包括装配体、设计图纸以及制造数据等。

要点提示

如果修改了某一零件的三维实体模型，则该零件的工程图会立即更新，在装配组件中，该零件对应的元件也会自动更新，甚至在数控加工中的加工路径都会自动更新。

3.Creo的典型应用

Creo是由众多功能完善、相对独立的功能模块组成的，每一个模块都有独特的设计功能，用户可以根据需要调用其中的模块进行设计，各个模块创建的文件有不同的文件扩展名。

选择菜单命令【文件】/【新建】，系统将打开图1-7所示的【新建】对话框。表1-2列出了设计中可以创建的设计任务类型。

（1）绘制二维图形

二维图形是创建三维建模的基础，在创建基准特征和三维特征时，通常都需要绘制二维图形，这时系统会自动切换至草绘环境。在三维设计环境下，也可以直接读取在草绘环境下绘制并存储的二维图形文件继续设计。

三维建模的基础工作就是绘制符合设计要求的截面图，然后使用软件提供的基本建模方法来创建模型。将图1-8左图所示的截面沿着与截面垂直的方向拉伸即可获得三维模型，如图1-8右图所示。

（2）创建三维模型

创建三维模型是使用Creo进行产品设计和开发的主要目标。在创建三维模型时，主要综合利用实体建模和曲面建模两种方法。实体建模的原理清晰，操作简便，而曲面建模复杂多变，使用更加灵活，两者交互使用，可以发挥各自的优势，找到最佳的设计方案。

图1-9所示的叶片模型，其基体部分结构简单，采用实体建模方式创建；而叶片的形状比较复杂，首先由曲面围成其外形轮廓，然后将其实体化。

（3）零件装配

装配就是将多个零件按实际的生产流程组装成部件或完整的产品。按照装配要求，用户还可以临时修改零件的尺寸参数，系统将使用分解图的方式来显示所有零件相互之间的位置关系，非常直观。图1-10所示为一个齿轮部件的装配示例。

（4）创建工程图

在生产第一线中常常需要将三维模型变为二维平面图形，也就是工程图。使用工程图模块可以直接由三维实体模型生成二维工程图。系统提供的二维工程图包括一般视图（即通常所说的三视图）、局部视图、剖视图及投影视图等视图类型。设计者可以根据零件的表达需要灵活选取视图类型，图1-11所示为零件的工程图样。

（5）机械仿真

机械仿真主要是根据零件的物理特性模拟其运动过程并进行动力学分析等，从而获得运动动画以及分析结果，如图1-12所示。Creo提供了专门的仿真设计模块，其内容丰富，功能强大。通过机械仿真可以观察机构在运行时是否具有干涉现象，各个部件是否达到预期的运动效果，同时为零件的设计和修改提供直接的参考依据。

（6）数控加工

近年来，大型CAD/CAM/CAE软件的不断推出和更新，大大降低了数控加工的复杂程度，简化了数控程序的编写过程。使用Creo提供的数控加工模块可以方便地完成典型零件的数控加工。使用三维实体模型作为技术文件，可以便捷地创建刀具路径，并对加工过程进行动态模拟，如图1-13所示，最后创建出可供数控设备直接使用的NC程序。

（7）模具设计

现代生产中，模具的应用相当广泛。例如，在模型锻造、注塑加工中都必须首先创建具有与零件外形相适应的模膛结构的模具。模具生产是一项比较复杂的工作，不过由于大型CAD软件的广泛应用，模具生产过程也逐渐规范有序。Creo 具有强大的模具设计功能，使用模具设计模块设计模具简单方便。图1-14所示为一个典型零件创建的模块元件。

当然，以上仅仅列出了Creo典型应用的基本情况。Creo是一个大型设计软件，其功能模块相当丰富，有许多模块的应用相当专业，用户在设计中可以根据需要进行选择。

1.1.2 范例解析——认识Creo的设计思想

下面通过一组实例来帮助读者理解Creo的设计思想。

1.认识实例模型

（1）启动Creo 3.0。

（2）选择菜单命令【文件】/【打开】，打开素材文件“\第1章\素材\pen_box.prt”，这是一个笔筒模型，如图1-15所示。

（3）在【分析】功能区的【模型报告】工具组中单击按钮，打开【质量属性】对话框，设定模型的密度为2.3g/cm3，然后单击底部的按钮，分析模型的物理属性，结果如图1-16所示。通过该对话框可以获得模型的体积、质量和表面积等物理属性参数。

要点提示

通过这个实例可知，利用 Creo 创建的三维模型不仅仅是一幅图像，其中包含有模型更多的重要几何物理信息。深刻理解实体模型的这个特性后，用户可以更好地利用三维实体模型指导工业分析和生产过程。

2.理解尺寸驱动

（1）选择菜单命令【文件】/【打开】，打开素材文件“\第1章\素材\triangle.sec”，这是一个三角形，其上的所有尺寸已经在图上标出，如图1-17所示。

（2）双击角度尺寸“77.80”，将其修改为“60.00”，然后回车，图形将依据新的尺寸自动改变图线的长度并调整图形的形状，如图1-18所示。

（3）使用同样的方法修改尺寸“57.60”到“60.00”，获得一个正三角形，如图1-19所示。

（4）修改尺寸“9.31”到“100.00”，回车后得到边长为100的正三角形，如图1-20所示。

要点提示

有了“尺寸驱动”的设计理念后，设计者不必再拘泥于线条的长短以及角度大小等繁琐工作。把粗放、宏观的工作交给设计者完成，把细致、精确的工作交给计算机完成，这样就增强了设计的人性化。

3.认识特征建模原理

（1）选择菜单命令【文件】/【打开】，打开素材文件“\第1章\素材\Cover.prt”。

（2）从左侧的模型树窗口中查看模型的特征构成，可见该模型上依次创建了一组拉伸特征、壳特征和拔模特征，如图1-21所示。

（3）按住Ctrl键选中模型树窗口尾部的一组倒圆角特征，在其上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选取【删除】命令，系统弹出确认对话框，单击按钮，将该特征从模型中删除，在模型树中也将不再有该倒圆角结构，如图1-22所示。

（4）使用同样的方法从下至上依次删除特征，观察这个模型是怎样通过“搭积木”的方式由各种特征组合而成的，如图1-23所示。

要点提示

特征建模是当前CAD技术中最引人注目的理念，采用特征建模构建的模型不但具有清晰的结构，更为重要的是，设计者可以随时返回到先前已经完成的特征对其重新完善，完成后再转移到其他特征创建工作中。