"CAD基礎(chǔ)"課程教學(xué)中的實(shí)例設(shè)計(jì)

引言

"CAD基礎(chǔ)"課程是學(xué)校設(shè)定的一門20學(xué)時(shí)的選修課,主要介紹so1i4works軟件的基本功能,學(xué)時(shí)少,內(nèi)容多。我校"CAD基礎(chǔ)"課程的授課對(duì)象為本科大學(xué)生,學(xué)生的學(xué)習(xí)能力強(qiáng),且有一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ),而so1i4works軟件是基于win4ows開發(fā)的三維CAD軟件平臺(tái),so1i4works軟件的用戶界面和資源管理器與win4ows系統(tǒng)類似,所以學(xué)生能夠更快入門。so1i4works界面簡單、友好,能夠在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)意圖和引導(dǎo)設(shè)計(jì)修改。在so1i4works的裝配設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論應(yīng)用"自頂而下"方法,還是"自底而上"方法進(jìn)行裝配設(shè)計(jì),so1i4works都將以其便捷的操作大幅度提高設(shè)計(jì)效率。so1i4works機(jī)械設(shè)計(jì)軟件在技術(shù)上不斷創(chuàng)新與優(yōu)化,使其成為了領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。

為了提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生在單位時(shí)間內(nèi)能夠?qū)W到更多的知識(shí),大幅度提高學(xué)生能力,本文以五角星繪制為實(shí)例,設(shè)計(jì)教學(xué)重點(diǎn),通過有趣的實(shí)例,加深學(xué)生對(duì)命令的理解,通過實(shí)踐化練習(xí),提升學(xué)生對(duì)軟件操作的熟練程度。

1"五角星"在"草圖繪制實(shí)體"中的應(yīng)用

so1i4works是基于特征的三維建模軟件,特征分為草圖特征和應(yīng)用特征兩類,因此,學(xué)生想要開始設(shè)計(jì),必須先掌握草圖繪制,熟悉常用草圖命令的使用方法,并培養(yǎng)好的繪圖習(xí)慣。

草圖有3種狀態(tài):欠定義、完全定義和過定義。欠定義草圖的線條顏色是藍(lán)色:完全定義草圖的線條顏色是黑色:過定義草圖的線條顏色是紅色或橙色。欠定義草圖通過添加約束將其定義為完全定義草圖,添加約束有兩種:標(biāo)注尺寸和添加幾何關(guān)系,從而確定草圖的形狀、大小和位置。而過定義草圖是添加了錯(cuò)誤的約束或多余的約束。好的繪圖習(xí)慣要求學(xué)生對(duì)草圖添加正確的約束和尺寸,使繪制的每個(gè)草圖都應(yīng)該是完全定義的狀態(tài)。

五角星形狀是學(xué)生們比較熟悉的,且形狀唯一,通過繪制五角星可以加深學(xué)生對(duì)約束的理解,尤其是對(duì)添加哪些幾何關(guān)系可以定義五角星的形狀有了更深刻的思考。

1.1利用"直線"命令繪制五角星

單擊"直線"草圖命令,根據(jù)五角星的形狀,繪制10條線段,得到五角星的基本形狀。

1.1.1自動(dòng)添加幾何關(guān)系

由于添加幾何關(guān)系有自動(dòng)添加和手動(dòng)添加兩種方式,所以在沒有修改"選項(xiàng)"的情況下,繪制五角星的10條線段時(shí),往往會(huì)自動(dòng)捕捉并添加"垂直"和"平行"兩個(gè)錯(cuò)誤的幾何關(guān)系,因此在手動(dòng)添加需要的幾何關(guān)系前,需要檢查并手動(dòng)刪除錯(cuò)誤的幾何關(guān)系。

1.1.2手動(dòng)添加幾何關(guān)系

根據(jù)五角星的形狀,需要手動(dòng)添加的幾何關(guān)系包括:10條邊相等:五角星4個(gè)角開口端兩側(cè)直線共線,結(jié)果如圖1所示。此時(shí)五角星的形狀已經(jīng)確定,但是五角星的大小還沒有定義,所以有些圖線還是藍(lán)色的。用"周邊圓"命令,繪制一個(gè)構(gòu)造線圓,添加五角星的3個(gè)頂點(diǎn)與圓"重合"的幾何關(guān)系,定義圓的大小后,完成五角星的定義,結(jié)果如圖2所示。

圖1添加"相等"和"共線"的幾何關(guān)系

圖2定義五角星的大小

1.2利用"正五邊形"命令繪制五角星

如果有一定的幾何知識(shí)積累的話,就會(huì)知道:每隔一個(gè)頂點(diǎn)用直線連接正五邊形的5個(gè)頂點(diǎn)（即對(duì)角線連接),就會(huì)得到一個(gè)五角星,在它的中間又形成一個(gè)小的正五邊形。同理,延長正五邊形的每一邊,能得到一個(gè)大的五角星,如圖3所示。

利用正五邊形繪制的五角星形狀是標(biāo)準(zhǔn)的,不需要再添加幾何關(guān)系去定義五角星的形狀,只要確定正五邊形的外接圓大小,草圖就完全定義了,這種方法大大提高了繪圖效率。

2“五角星"在"草圖工具"中的應(yīng)用

利用草圖繪制實(shí)體的"直線""圓""正多邊形""實(shí)線和構(gòu)造線轉(zhuǎn)化"命令,結(jié)合"智能

尺寸"和"添加幾何關(guān)系"就可以完成五角星的繪制。但是對(duì)于復(fù)雜草圖來說,只用"草圖繪制實(shí)體"命令遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還需要根據(jù)草圖選用"草圖工具"中的合適命令。下面將實(shí)例"五角星"進(jìn)行延伸,利用"草圖工具"命令,繪制"五星紅旗"的草圖。

2.1五星紅旗的形狀介紹

五星紅旗旗面為紅色,長寬比例為3:2。五顆黃色的五角星綴于旗面的左上方,四顆小星環(huán)拱在一顆大星的右面,并各有一個(gè)角尖正對(duì)大星的中心點(diǎn),而大星一個(gè)角尖朝上正立在五星紅旗上。大星外接圓直徑為旗高的3/10,四顆小星的外接圓直徑為旗高的1/10。

為便于確定五星的位置,先將旗面對(duì)分為4個(gè)相等的長方形,五顆五角星就分布于左上方的長方形內(nèi),將該長方形上下劃為十等分,左右劃為十五等分。大五角星的中心點(diǎn)位于上五下五、左五右十之處,四顆小五角星的中心點(diǎn),分別位于上二下八、左十右五之處:上四下六、左十二右三之處:上七下三、左十二右三之處:上九下一、左十右五之處。

2.2“草圖工具"命令的使用

繪制上述草圖用到的主要"草圖工具"命令有:等距實(shí)體和線性草圖陣列。上文所述的五顆五角星,需要用到的"草圖工具"命令有:復(fù)制實(shí)體、縮放實(shí)體比例、移動(dòng)實(shí)體、旋轉(zhuǎn)實(shí)體和圓周草圖陣列。復(fù)制實(shí)體是創(chuàng)造兩個(gè)五角星:縮放實(shí)體比例是得到小五角星:移動(dòng)實(shí)體是將大五角星和一顆小五角星移動(dòng)到指定位置:旋轉(zhuǎn)實(shí)體是將小五角星的某一個(gè)角尖正對(duì)大五角星的中心點(diǎn):圓周草圖陣列是一次得到剩余的3顆小星,且每顆小星的一個(gè)角尖正對(duì)大星的中心點(diǎn),結(jié)果如圖4所示。

圖4五星紅旗旗面草圖

五角星以及五星紅旗在草圖繪制部分的應(yīng)用實(shí)例,起到了命令介紹以及功能總結(jié)的作用,使學(xué)生既學(xué)習(xí)了常用繪圖命令和編輯命令的使用方法,又掌握了通過添加尺寸標(biāo)注和幾何關(guān)系對(duì)草圖進(jìn)行約束。實(shí)例設(shè)計(jì)有趣,且實(shí)例之間有延伸,學(xué)生都非常積極地、主動(dòng)地實(shí)踐操作,達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。

2.3“五星紅旗"的渲染

調(diào)用"曲面"工具欄,將圖4中的矩形通過"平面區(qū)域"命令,生成一個(gè)平面:應(yīng)用"曲線一分割線"命令,用五顆星分割該平面,此時(shí)剛剛生成的平面變?yōu)橛?個(gè)面組成。然后對(duì)這6個(gè)面添加顏色,進(jìn)行渲染,五顆星的位置涂成黃色,其余幅面涂成紅色,效果如圖5所示。

注意,矩形和五星屬于兩個(gè)草圖,且草圖中只有矩形輪廓和五星的輪廓是實(shí)線,其他圖線都是構(gòu)造線。

3“五角星"在實(shí)體建模中的應(yīng)用

在實(shí)體建模環(huán)節(jié),"拉伸凸臺(tái)/基體"特征功能很強(qiáng)大,一般的機(jī)械零件用這一個(gè)基礎(chǔ)特征以及"拉伸切除"特征就能夠完成三維建模,所以學(xué)生非常熟悉這個(gè)特征,操作非常熟練,而另外3個(gè)主要特征:旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體、掃描、放樣凸臺(tái)/基體,學(xué)生們還需要進(jìn)一步理解并掌握。進(jìn)一步應(yīng)用"五角星"的例子,將五角星從二維草圖狀態(tài)升級(jí)到三維實(shí)體狀態(tài),通過這個(gè)例子讓學(xué)生真正學(xué)會(huì)"放樣凸臺(tái)/基體"特征的使用方法。前面繪制的五星紅旗上面的五角星是平面的,但有很多場合,需要配備立體的五角星,比如說帽徽、肩章、商標(biāo)等,而立體的五角星是邊線向中心位置逐漸凸起,最終集中成一個(gè)點(diǎn),這就需要采用"放樣凸臺(tái)/基體"特征來實(shí)現(xiàn)。"放樣"和"掃描"屬于多草圖特征,區(qū)別于"拉伸"和"旋轉(zhuǎn)"的單草圖特征,至少要繪制兩個(gè)草圖,才能應(yīng)用"放樣"或"掃描"特征。

"立體五角星"應(yīng)用放樣特征,需要繪制兩個(gè)草圖:草圖1,繪制一個(gè)五角星:草圖2,在五角星的中心位置繪制一個(gè)點(diǎn)。需要注意的是,草圖1繪圖基準(zhǔn)面與草圖2繪圖基準(zhǔn)面要相距一定的距離,這個(gè)距離決定了五角星的厚度。放樣后,為模型添加顏色,結(jié)果如圖6所示。

4結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展以及先進(jìn)制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新,CAD技術(shù)已成為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ),它可以更好地幫助完成各項(xiàng)工業(yè)設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品的開發(fā)能力,降低產(chǎn)品成本。而solidworks軟件不僅可以用來解決一般的零部件設(shè)計(jì)問題,而且越來越多的設(shè)計(jì)師開始用solidworks軟件完成系統(tǒng)級(jí)的大型裝配設(shè)計(jì)。在工業(yè)發(fā)展越來越科技化的今天,學(xué)生掌握一門CAD技術(shù),能夠熟練操作solidworks軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),是強(qiáng)化自身能力,提高核心競爭力的基礎(chǔ)。因此,"CAD基礎(chǔ)"課程的應(yīng)用與完善具有重大意義。