S03(简单零件体验).pdf

InventorR9 应用培训教程机械设计实战 1 第 3 章 体验简单的零件建模 第 3 章 体验简单的零件建模 体验的、入门的练习，只能使用比较低级的软件使用模式抄图建模。就是说，这个模型全 部的相关参数，都是已知的了。而在实际设计中，这样的幸运很少能降临到我们的头上。因此，以 下的过程仅仅是体验而已， 并不是真正在讨论设计， 也就不完全是在 Inventor 或其它三维 CAD 软件 的主要应用模式。这里仅仅是作为“学习、入门”的手段⋯ 这是个比较简单的零件，通过这个模型的创建过程，顺便也粗略地体验一下使用 Inventor 的一 些操作规则，为深入其他内容作些铺垫。本章中与 InventorR8 相同的操作，将沿用老的 AVI 文件 11 造型的几何构成分析 造型的几何构成分析 在 Inventor 中， 每个零件模型是由若干个被称为“特征”的、相互关联的几何结构组成的； 每个特征，都是由一个或多个二维的轮廓草图和特征自身的参数设置构成的； 每个二维草图，是建立在特定的平面上绘制的、可参数化的图线。 可见，模型构建之前，我们必须首先清楚地找出这个模型的所有构成特征。对于这个例子，可 以这样分析 从设计的角度切入，建立零件模型的粗略目标应当是准确表达设计构思；完整的设计数据构 建；为以后这个零件的设计配凑准备条件；为后面的继续设计准备条件；为将来的加工信息提取准 备条件。因此，决不是“只要看起来像，怎样构建都可以” 。这是典型的、对三维设计软件使用中的 误区。正确的做法是，应当在建立模型之前，想好用怎样的一些结构特征表达这个零件的设计意图。 比较容易理解的概念是怎样加工、就怎样建模。这里所说的“加工” ，并不仅仅是指机械加工，而 是泛指制造的过程。 这个零件来说，一般的制造过程是一块矩形钢板、在中间铣了个长槽、加工出 20mm 和 50 图 3-1 压板零件图 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 2 的压板头部、加工出 2mm 深的部分、倒出三种尺寸的角。 这种分析，是以切削加工为线索的，适合于以切削加工为主制造的零件。当然，如果您对加工 工艺一点都不熟悉，可就不太好办了⋯ 22 开始新零件设计 开始新零件设计 启动 Inventor,在开始界面中按下 “新建”操作按钮，会弹出图 3-2 的界 面 选 择 模 版 。 双 击 图 示 的 图 标 （Standard.ipt） ，开始新的零件设计。 并且会自动进入到草图设计的模式。 这时，在工具面板中可见到各种二 维草图功能的操作按钮图标⋯ 参见 001.VI 33 创建主体特征 创建主体特征 在工具面板中点击“两点矩形”按 钮，在图形区指定两个点，创建矩形草图。 点击“通用尺寸” 按钮， 准备为草图添加驱动尺寸。 将光标放在一条线上， 等 Inventor 感应到、 并将这条线醒目显示（成红色） 之后拾取，再在线外一点拾取， 就确认了尺寸线的经过点，结果 参见图 3-3。 之后，单击尺寸，将弹出数 据界面，在其中输入 120，按下 界面右边的绿色对号， 确认,参见 图 3-4。 于是，这条草图线将自动变成 120mm 的长度。同样的方法，添加 45mm 的驱动尺寸。这就完成了草图轮廓的创建，在右键菜单中选 择“结束”以结束驱动尺寸添加，再在右键菜单 中选择“结束草图” ，完成草图的创建步骤。 这时可见到工具面板已经自动切换成特征模 式了，其中罗列的是所有可用特征的操作图标按 钮。点击“拉伸”按钮，将弹出相关操作界面， 参见图 3-5。因为只有一个草图，Inventor 就自 动认为这是轮廓了；在“终止方式”的数据栏中 键入压板的厚度 22mm， “确定” ，创建主体特征。 过程参见 002.AVI。 图 3-3 添加驱动尺寸 图 3-2 选择模版 图 3-4 确定驱动尺寸值 图 3-5 拉伸特征参数 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 3 44 创建槽子特征的草图 创建槽子特征的草图 将光标放在主体特征中开槽子的面上，在右键菜单 中“新建草图” ，将在这个面上创建新草图，并将面上现 有的边界投影到草图面之上呈黑色粗线条，参见图 3-6。 接着就应当创建槽子的草图线了。因为这条槽子是 对称于主体的， 为了表达这种关系， 应当创建出对称线。 方法是先在标准工具栏中设置线型为“构造线” ，参见 图 3-7，结果线条将呈“点线”显示。 所谓构造线，也是草图线的一种，但显示成很细 的线条，并且不会作为轮廓参与特征造型。实际上， 这就是我们熟悉的“辅助线” 。 之后在工具面板中点击“直线”按钮，将光标放在图 3-6 中的右面的垂直边上，并尽量靠近视 觉上边的中点；会看到 Inventor 的光标变成绿色的点子，并在旁边出现“点到线上”的提示标记， 这时拾取；再将光标放在左面的垂直边上，同样找到中点并拾取，结果参见图 3-8。 接着绘制槽子的轮廓。对于 Inventor 来说，草图轮廓的正确与否，直接决定了结果特征的正确 性，所以必须正确创建草图。而任何草图的正确，都是从两个方面进行约束的几何约束和尺寸约 束。这两种约束很难同时实现，一般条件下，是非别实现的。 先将线型设置成“普通线” ，之后在工具面板中点击“直线”按钮，绘制。 1．1． 绘制直线 绘制直线 指定第一点；再移动光标指定另一点，先不要考虑线长度问题，但是要注意与现有构造线的关 系，在 Inventor 显示“平行”关系提示标记后，再拾取确认第二点。参见图 3-9。 2．2． 绘制半圆弧 绘制半圆弧 将光标放在第二点上， 当标记点成灰色时， 按住拾取键， 沿着圆弧的大致路径拖动光标， Inventor 将自动分析您的“操作手势” ，因此判断您是要绘制圆弧，就会自动切换成圆弧创建模式。继续拖动 光标，直到出现图 3-10 的结果（自第二点到弧的末点间联出虚线标记） ，说明是半圆弧，松开拾取 键，弧片段就完成了。这个圆弧将自动添加与现有直线的“相切”关系和“半圆弧”关系。 3．3． 接着绘制直线 接着绘制直线 移动光标，得到图 3-11 所示的提示显示，拾取确认。 图 3-8 创建对称线 图 3-9 平行关系标记实例 图 3-10 创建半圆弧 图 3-6 新建草图 图 3-7 设置线型 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 4 4．4． 绘制最后一段半圆弧 绘制最后一段半圆弧 使用2中的操作，并将光标移动到第一条线的起点上，直到光标点变成了绿色，松开拾取键， 弧片段就完成了。参见图 3-12。 注意这个弧片段具有与第二条直线的相切关系，但是不具有与第一条直线的相切关系 （Inventor 也没显示这种关系提示标记） ；还具有与第一条直线起点点重合的关系。 5．5． 补充最后弧片段与第一直线之间的相切约束 补充最后弧片段与第一直线之间的相切约束 在工具面版中找到几何约束工具，按右边的黑三角，展开全部提示 （参见图 3-13） ，单击“相切”按钮。之后在 Inventor 状态栏的提示下， 选定圆弧、再选定直线即可。 6．6． 添加槽子与对称线关系的约束 添加槽子与对称线关系的约束 单击几何约束工具中的“重合”按钮。之后在 Inventor 状态栏的提 示下，选定某个圆弧的中心点、选定对称线即可。因为已经有了槽子边 直线平行于对称线的约束，只要一个圆心的位置正确，另一个当然也就 是正确的了。过程参见 003.AVI。 55 为草图添加尺寸约束 为草图添加尺寸约束 1．1． 槽宽 槽宽 在工具面版中点击“通用尺寸”按钮，选定两条直线，再指定尺寸线经过点，标出槽子宽度， 参见图 3-14。 2．2． 槽位置 槽位置 标注尺寸 20mm先选定右边的垂直边，再将光标放在圆弧的象限点附近，直到出现图 3-15 的 提示标记，拾取；再指定尺寸线经过点，标出这个尺寸。 3．3． 槽长 槽长 同样的方法，标出尺寸 60mm。过程参见 004.AVI。 66 创建槽子特征 创建槽子特征 在右键菜单中 “结束草图” ； 再在工具面版点击 “拉伸” 按钮， 将弹出相关操作界面。 参见图 3-16 因为草图可能产生一个以上的封闭区，而特征要求只是用一个封闭区，就需要指定这个特征要 用的区域。 两点对齐标记 两线平行标记 线弧相切标记 图 3-11 Inventor 的反馈标记 图3-12 封闭半圆弧 图 3-13 几何约束工具 图 3-14 槽宽尺寸约束图 3-15 提示标记实例 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 5 方法是在槽子轮廓中间的位置上拾取； “输出”结果默认为实体，不用改变；运算关系要如图设 置成“差”运算，就是将这个特征“切削掉” ，按一下中间的按钮就可以了； “终止方式”选择“贯 通” 。 “确定”后，槽子创建完成。 77 创建 20mm-50倒角 创建 20mm-50倒角 与槽子类似，创建新草图面。 参见图 3-17，绘制两条直线，注意直线的端要落在草 图面创建时产生的投影线上， 也就是要在光标旁边出现 “点 到线上”的提示标记时拾取。 标注直线端点距离 20mm，标注一根线与投影线夹角 25，两条线夹角 50，并添加两条线“等长” 的几何约束。这就完整地实现了草图的约束。一次选定两个区域，创建特征，切削掉这一部分。参 见图 3-18，注意拉伸方向的提示和确认。过程参见 005.AVI。 88 创建其他结构 创建其他结构 在侧面新建草图，绘制轮廓，注意事项与上边相同。 标注 2mm 尺寸；标注一条斜线与草图面投影线夹角 45；添加两斜线之间的“垂直”约束；标 注尺寸 15mm。投影现有结构的左侧棱边，方法是在工具面版中点击“投影几何图元”按钮，接着 选定左侧棱边， 最后在右键菜单中 “结束D” 。 标注投影与草图线端点之间的尺寸 30， 参见图 3-19。 图 3-16 槽子特征参数设置 运算关系设置 图 3-17 草图 拉伸方向提示 拉伸方向调整 图 3-18 参数设置 图 3-19 草图实例图 3-20 补充的草图 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 6 绘制两条草图线，标注 24尺寸，结果参 见图 3-20。在绘制两条新直线时，注意要在点 重合标记出现之后再拾取确认。 拉伸这些结构， 参见图 3-21。过程参见 006.AVI。 99 倒角 倒角 在工具面版点击“倒角”按钮，在界面中 输入“距离”为 1mm，选定槽子需要倒角的边， “确定” ，参见图 3-22。接着倒 4mm 角，可一 次选定多个要倒角的边,接着倒 2mm 的角， 需要 选三个边。 完成， 保存这个文件。 参见 007.AVI。 10 工程图的创建工程图的创建 零件模型做好了，就可以 创建它的工程图了。为了使用 顺利，请先将附加盘中的“\ 第 3 章\工程图.IDW”复制到 Inventor 模版文件夹中。 例如 C\Program Files\Autodesk\Inventor 9\Templates\User 在菜单中“文件F”-〉 “新建N” ，选“工程图.IDW”模版，见图 3-23； 之后在工具面版中点击 “基础视图V⋯”,将弹出图 3-24 的界面， 在其中设置基础视图的参数。 详细设置过程如下 图 3-22 倒 1mm 角 图 3-21 拉伸参数设置 图 3-23 选定模版 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 7 □ 点击“文件F”栏目右边指出的“选择文件”按钮，在接着弹出的文件打开界面中选定前 边创建的压板模型文件。 □ “比例”和“视图名”现在是用默认值。 □ “方向”也可以使用默认值。 □ “显示方式”改成中间的一个 “不显示隐藏线” 。 □ “确定”后，移动光标，制定基础视图的位置。 接着创建其他几个必要的、相关联的视图。 在工具面版中，点击“投影视图P”按钮，先选择原始视 图，在这个例子中就是上面创建的那个视图。选择方法是将光 标放在视图上， 在 Inventor 感应到用户操作、 并显示红色点线 的方框后拾取。然后移动光标，拖放新视图到位，再在右键菜 单中选定“创建C”。参见图 3-25。 工程图视图创建的全过程参见 008.AVI。 1111 工程图剖面图的创建 工程图剖面图的创建 在工具面版中，点击“剖视图 S”按钮，先选择原始视图，之 后用光标指定两个点。连出剖切 线；在右键菜单中选定“继续 C” ，参见图 3-26。 在接着弹出的界面中设置必 要的参数（参见图 3-27） ，拖动 剖面图的位置，拾取确认。过程 参见 009.AVI。 图 3-25 创建关联视图 图 3-26 建立剖切线 图 3-24 确定基础视图的参数 选择文件 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 8 图 3-29 整理后的结果 1212 工程图尺寸标注 工程图尺寸标注 其实，设计尺寸我们在创建模型的时候，全都给出了；而在工程图中，这些设计尺寸中的大多 数，可以借用作为加工尺寸的标注。这样，就可以简明地使用模型中的设计尺寸。 例如基础视图，选定这个视图，在右键菜单中可见“检索尺寸R”选项。使用这个选项之后， 将弹出图 3-28 的界面。 以后的操作过程是 □ 在“选择来源”框格中选定“选择零件” ，之后再在浏览器中这个视图下面选定 001.IPT， 将显示所选模型的尺寸，结果参见图 3-28。 □ 按下“选择尺寸D”按钮，逐个选定要在工程图中引用的尺寸， “确定” 。 结果将留下这些尺寸，未被选定的尺寸自动隐藏，这个过程参见 010.AVI。 许多需要留下的尺寸，也得调整位置，使图 面更加好看。 调整位置的方法是， 选定这个尺寸、 按下拾取键拖放。结果参见图 3-29。 另外，还可能需要添加补充的加工尺寸，例 如 4x45的倒角⋯先在工具面板中单击右键， 在 弹出的菜单中选择 “工程图标注面板” ， 之后在工 具面板中单击“通用尺寸” 。参见图 3-30。 选定倒角投影线的两个端点，拉出尺寸标注；结果只有 4mm 尺寸，没有其他的结构，这需要编辑尺寸才行。 在右键菜单中“结束D” ，退出尺寸标注。 编辑方法是选定这个尺寸，在右键菜单中“文本T⋯”, 接着弹出图 3-31 的界面，做下面的几步操作 □ 将光标当在红色的标记左面，键入“2-” 图 3-27 剖面图参数设置 图 3-30 切换工具面板 图 3-28 显示模型尺寸 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 9 □ 将光标当在红色的标记右面，键入“x45” □ 在“插入符号”功能中，展开列表，选择“”,之后“确定” 。 1313 工程图符号标注 工程图符号标注 例如粗糙度符号。在工具面版中，点击“表面粗糙度符号”按钮，先选定要指向的轮廓线，再 移动光标指出符号的方向（不用按拾取键） ，Inventor 会感应到方向的参数；之后在右键菜单中“继 续” ，将弹出图 3-33 的界面。在其中选定符号样式和输入需要的参数， “确定” 。 再如形位公差。先在工具面版中，点击“基准标识符号”按钮，选定要指向的轮廓线，再移动 光标指定符号的位置，在类似与图 3-36 的界面中输入符号字符。 之后，在工具面版中，点击“基准标识符号”按钮，选定要指向的轮廓线，再移动光标指定符 号的位置，在右键菜单中“继续” ，将弹出界面，参见图 3-34。 在其中选定符号样式（本例为平行度） ；并输入必要的参数， “确定” 。过程参见 011.AVI。 图 3-32 编辑尺寸文本 插入符号 图 3-33 粗糙度参数设置 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 10 1414 图框和标题栏 图框和标题栏 在浏览器中，展开“图框”项目，会看到多个图框名。选定“CBX” ，在右键菜单中“插入” ，参见 图 3-35。 在浏览器中，展开“标题栏”项 目，选定“CBX” ，在右键菜单中“插 入” ，结果实例如图 3-36。 但是，您的图，结果不一定是这样的。原因是许多非图形设计数据您还没有添加。具体的输入 方法将在后面专门介绍。理想的结果是，标题栏中的绝大部分数据，都不需要在工程图创建中输入， 而是自动添加和关联更新。 1515 关联更新 关联更新 下面是一个功能测试的过程⋯ □ 保存这个工程图文件，重新打开压板模型文件。 □ 编辑第 2 个特征（槽子）的草图，在浏览器中选定这个草图， 在右键菜单中 “编辑草图” （参见图 3-37） ， 将切换到草图模式。 □ 双击尺寸 60，将其改成 70； □ 双击尺寸 20，将其改成 15； □ 在右键菜单中“结束草图” ，可见模型更新。 □ 在标准工具栏左侧单击“保存”按钮。 □ 打开工程图文件，可见已经关联更新，参见图 3-38。 可见，因为设计尺寸变化而新产生的相贯线，Inventor 也知道自动创建。 图 3-34 形位公差符号参数设置 图 3-37 编辑草图 图 3-35 插入图框的结果 图 3-36 插入标题栏的结果实例 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 11 1616 评论 评论 至此，我们初步体验了一下 Inventor 的操作过程，看来，确实与设计过程充分相近，而且已经 基本上摆脱了绘制二维工程图的痛苦。 我牵着您的手，在 Inventor 中浏览了一下。 因为您是被动的，想必留下了许多问题；因为仅仅是浏览，细节还不明确；但是 Inventor 的能 力已经可见冰山之一角了。 一般说来，在 Inventor 中创建零件模型的“工艺过程”是 1） 确定创建草图所依附的面 2） 创建轮廓草图图线 3） 添加、检查几何约束 4） 添加驱动尺寸约束 5） 创建特征 6） ⋯⋯ 这是软件的规则所确定的过程，很容易就会掌握的。 以后的内容，将会逐渐深入和展开对 Inventor 功能的介绍和使用技巧的讨论。无论如何，设计 构思的表达需要， 将总是我们讨论所有问题的切入点。 这就是说我们将不是从软件的功能开始学习， 而是按照设计表达的需要，寻找和整理软件的功能。 其中，大量的、笔者自己的观点，仅是给您的提示和参考； 其中，许多对 Inventor 的尖锐评论，也仅仅是笔者的管窥之见；究竟怎样用好 Inventor、究竟 在您自己的专业设计中怎样评价，不见得完全与我的观点一致。 笔者想反复强调的是，一定要搞清楚“为什么要做这个模型” ，之后才可能进一步讨论“应当怎 样做” ，然后才有“设计构思的表达手段” ，最后才能真正地实施“辅助设计” 。 要反复强调，是因为在目前的 CAD 软件使用者中，为了“像”而堆砌模型或装配的人实在是很 多，甚至有不少人认为，把已有设计从二维图转化成三维模型和装配，已经是利用 Inventor“在进 行设计”了，已经算是自己的应用成果了⋯ 笔者对这些观点可不敢苟同。 是不是“正确使用了”CAD 技术，关键的问题要看以前设计中的难题是不是的到了有效的解决； 以前经常出的错误是不是的到了有效的抑制；与以前比较设计质量是不是明显有提高，而设计效率 新的相贯线 图 3-38 工程图关联更新实例 InventorR9 应用培训教程机械设计实战 12 是不是因此而加快，等等⋯ 因为我们必须利用上述效果，造成明确的技术效益，进而造成明确的经 济效益，最后至少可以说明，因为使用 CAD 技术，前期软件、硬件、培训、服务等投入，能够在这 套系统技术折旧之前，回收成本，并造成明确的盈利。 例如 002.IPT，就是一个看起来很像的，模数 5、齿数 21、导程 300mm 的斜齿轮。做出来是没有 问题的。笔者做出来它，只为了说明可能性⋯ 如果想精确， 就需要借助 Inventor-VBA 程序创建齿沟轮廓。 但是，花许多功夫做出来又怎样能对齿轮设计造成任 何辅助效果么不能。如果要进行齿轮设计，传统的设计规 则和方法，可是不需要利用任何造型就能圆满完成的。 如果说造型是为了进行轮齿强度分析，那么，如果在有 限元软件中分析结果是 “安全系数过大” ， 您能够相信分析结 果，因而修改齿轮设计参数计算的结果么当然不能。您肯 定相信设计规范，而不理会分析结果。 看看 003.IPT 或者图 3-39。这是一个精度较高的、每个 细节都完全按最终结果创建的模型。 在这个零件中，真正可能与设计数据求解有关系的齿部 模型，仅仅是齿端倒角设计。这是为了使滑移齿轮顺利进入啮合状态所必要的结构。这个结构，在 大量生产的条件下，是专用设备加工而成，这种工艺条件下，设计中只需要说明基本的参数（齿数、 模数）就行了，并不是非要造型才能求解设计数据的；而在单件小批模式下，也只要在图上注明倒 角，钳工自然会知道如何做。可见，为了这个倒角而精确创建轮齿，也实在不是必要的，虽然做出 来并不成问题。 而创建新的齿轮共轭关系而产生特殊齿形，也不是通用的 CAD 软件能解决的。连人都不知道的 结果，想在 CAD 软件中创建，似乎没有可能（假如您仔细读了这本书的前言） 。这种条件下，经典的 设计理论、数学模型和算法则能很好地解决。 再看看 004.IPT 或者图 3-40。这是个木螺丝，是许多人认为的，这是“玩 CAD”软件水平的标 志性造型题目。 其实，是否作出这个模型，并不会影响木螺丝的设 计、制造和使用。所以，这样的模型，不做也罢、这样 的建模技巧，不讨论也罢，让我们把时间花在有意义的 事情上。还是那句话 “⋯ 带着问题学、活学活用、立 竿见影、在用字上很下功夫” 。 图 3-39 变速滑移齿轮造型实例 图 3-40 木螺丝