"CAD基础"课程教学中的实例设计

引言

"CAD基础"课程是学校设定的一门20学时的选修课,主要介绍so1i4works软件的基本功能,学时少,内容多。我校"CAD基础"课程的授课对象为本科大学生,学生的学习能力强,且有一定的计算机应用基础,而so1i4works软件是基于win4ows开发的三维CAD软件平台,so1i4works软件的用户界面和资源管理器与win4ows系统类似,所以学生能够更快入门。so1i4works界面简单、友好,能够在整个产品设计中自动捕捉设计意图和引导设计修改。在so1i4works的装配设计中,设计师可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论应用"自顶而下"方法,还是"自底而上"方法进行装配设计,so1i4works都将以其便捷的操作大幅度提高设计效率。so1i4works机械设计软件在技术上不断创新与优化,使其成为了领先的、主流的三维CAD解决方案。

为了提高教学效率和教学质量,使学生在单位时间内能够学到更多的知识,大幅度提高学生能力,本文以五角星绘制为实例,设计教学重点,通过有趣的实例,加深学生对命令的理解,通过实践化练习,提升学生对软件操作的熟练程度。

1"五角星"在"草图绘制实体"中的应用

so1i4works是基于特征的三维建模软件,特征分为草图特征和应用特征两类,因此,学生想要开始设计,必须先掌握草图绘制,熟悉常用草图命令的使用方法,并培养好的绘图习惯。

草图有3种状态:欠定义、完全定义和过定义。欠定义草图的线条颜色是蓝色:完全定义草图的线条颜色是黑色:过定义草图的线条颜色是红色或橙色。欠定义草图通过添加约束将其定义为完全定义草图,添加约束有两种:标注尺寸和添加几何关系,从而确定草图的形状、大小和位置。而过定义草图是添加了错误的约束或多余的约束。好的绘图习惯要求学生对草图添加正确的约束和尺寸,使绘制的每个草图都应该是完全定义的状态。

五角星形状是学生们比较熟悉的,且形状唯一,通过绘制五角星可以加深学生对约束的理解,尤其是对添加哪些几何关系可以定义五角星的形状有了更深刻的思考。

1.1利用"直线"命令绘制五角星

单击"直线"草图命令,根据五角星的形状,绘制10条线段,得到五角星的基本形状。

1.1.1自动添加几何关系

由于添加几何关系有自动添加和手动添加两种方式,所以在没有修改"选项"的情况下,绘制五角星的10条线段时,往往会自动捕捉并添加"垂直"和"平行"两个错误的几何关系,因此在手动添加需要的几何关系前,需要检查并手动删除错误的几何关系。

1.1.2手动添加几何关系

根据五角星的形状,需要手动添加的几何关系包括:10条边相等:五角星4个角开口端两侧直线共线,结果如图1所示。此时五角星的形状已经确定,但是五角星的大小还没有定义,所以有些图线还是蓝色的。用"周边圆"命令,绘制一个构造线圆,添加五角星的3个顶点与圆"重合"的几何关系,定义圆的大小后,完成五角星的定义,结果如图2所示。

图1添加"相等"和"共线"的几何关系

图2定义五角星的大小

1.2利用"正五边形"命令绘制五角星

如果有一定的几何知识积累的话,就会知道:每隔一个顶点用直线连接正五边形的5个顶点（即对角线连接),就会得到一个五角星,在它的中间又形成一个小的正五边形。同理,延长正五边形的每一边,能得到一个大的五角星,如图3所示。

利用正五边形绘制的五角星形状是标准的,不需要再添加几何关系去定义五角星的形状,只要确定正五边形的外接圆大小,草图就完全定义了,这种方法大大提高了绘图效率。

2“五角星"在"草图工具"中的应用

利用草图绘制实体的"直线""圆""正多边形""实线和构造线转化"命令,结合"智能

尺寸"和"添加几何关系"就可以完成五角星的绘制。但是对于复杂草图来说,只用"草图绘制实体"命令远远不够,还需要根据草图选用"草图工具"中的合适命令。下面将实例"五角星"进行延伸,利用"草图工具"命令,绘制"五星红旗"的草图。

2.1五星红旗的形状介绍

五星红旗旗面为红色,长宽比例为3:2。五颗黄色的五角星缀于旗面的左上方,四颗小星环拱在一颗大星的右面,并各有一个角尖正对大星的中心点,而大星一个角尖朝上正立在五星红旗上。大星外接圆直径为旗高的3/10,四颗小星的外接圆直径为旗高的1/10。

为便于确定五星的位置,先将旗面对分为4个相等的长方形,五颗五角星就分布于左上方的长方形内,将该长方形上下划为十等分,左右划为十五等分。大五角星的中心点位于上五下五、左五右十之处,四颗小五角星的中心点,分别位于上二下八、左十右五之处:上四下六、左十二右三之处:上七下三、左十二右三之处:上九下一、左十右五之处。

2.2“草图工具"命令的使用

绘制上述草图用到的主要"草图工具"命令有:等距实体和线性草图阵列。上文所述的五颗五角星,需要用到的"草图工具"命令有:复制实体、缩放实体比例、移动实体、旋转实体和圆周草图阵列。复制实体是创造两个五角星:缩放实体比例是得到小五角星:移动实体是将大五角星和一颗小五角星移动到指定位置:旋转实体是将小五角星的某一个角尖正对大五角星的中心点:圆周草图阵列是一次得到剩余的3颗小星,且每颗小星的一个角尖正对大星的中心点,结果如图4所示。

图4五星红旗旗面草图

五角星以及五星红旗在草图绘制部分的应用实例,起到了命令介绍以及功能总结的作用,使学生既学习了常用绘图命令和编辑命令的使用方法,又掌握了通过添加尺寸标注和几何关系对草图进行约束。实例设计有趣,且实例之间有延伸,学生都非常积极地、主动地实践操作,达到了预期的教学效果。

2.3“五星红旗"的渲染

调用"曲面"工具栏,将图4中的矩形通过"平面区域"命令,生成一个平面:应用"曲线一分割线"命令,用五颗星分割该平面,此时刚刚生成的平面变为由6个面组成。然后对这6个面添加颜色,进行渲染,五颗星的位置涂成黄色,其余幅面涂成红色,效果如图5所示。

注意,矩形和五星属于两个草图,且草图中只有矩形轮廓和五星的轮廓是实线,其他图线都是构造线。

3“五角星"在实体建模中的应用

在实体建模环节,"拉伸凸台/基体"特征功能很强大,一般的机械零件用这一个基础特征以及"拉伸切除"特征就能够完成三维建模,所以学生非常熟悉这个特征,操作非常熟练,而另外3个主要特征:旋转凸台/基体、扫描、放样凸台/基体,学生们还需要进一步理解并掌握。进一步应用"五角星"的例子,将五角星从二维草图状态升级到三维实体状态,通过这个例子让学生真正学会"放样凸台/基体"特征的使用方法。前面绘制的五星红旗上面的五角星是平面的,但有很多场合,需要配备立体的五角星,比如说帽徽、肩章、商标等,而立体的五角星是边线向中心位置逐渐凸起,最终集中成一个点,这就需要采用"放样凸台/基体"特征来实现。"放样"和"扫描"属于多草图特征,区别于"拉伸"和"旋转"的单草图特征,至少要绘制两个草图,才能应用"放样"或"扫描"特征。

"立体五角星"应用放样特征,需要绘制两个草图:草图1,绘制一个五角星:草图2,在五角星的中心位置绘制一个点。需要注意的是,草图1绘图基准面与草图2绘图基准面要相距一定的距离,这个距离决定了五角星的厚度。放样后,为模型添加颜色,结果如图6所示。

4结语

随着计算机软硬件的发展以及先进制造技术的不断创新,CAD技术已成为先进制造技术的基础,它可以更好地帮助完成各项工业设计,提高产品的开发能力,降低产品成本。而solidworks软件不仅可以用来解决一般的零部件设计问题,而且越来越多的设计师开始用solidworks软件完成系统级的大型装配设计。在工业发展越来越科技化的今天,学生掌握一门CAD技术,能够熟练操作solidworks软件进行产品设计,是强化自身能力,提高核心竞争力的基础。因此,"CAD基础"课程的应用与完善具有重大意义。