3.1零件設(shè)計人類社會從事設(shè)計工作的發(fā)展進(jìn)程大致經(jīng)歷了從直覺設(shè)計、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計、半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計到現(xiàn)代設(shè)計四個階段。在現(xiàn)代設(shè)計階段，CAD技術(shù)的應(yīng)用使獲得設(shè)計計算結(jié)果及生產(chǎn)圖紙更加方便快捷；CAD技術(shù)通過虛擬樣機(jī)和CAE技術(shù)對設(shè)計對象進(jìn)行分析計算，對產(chǎn)品進(jìn)行全面的評估，并提出可行的、更優(yōu)的設(shè)計方案，為產(chǎn)品的優(yōu)化提供依據(jù)，同時可以根據(jù)分析結(jié)果自動修改原始設(shè)計方案等得到更優(yōu)的設(shè)計結(jié)果。下面基于CREO軟件說明機(jī)械產(chǎn)品的CAD設(shè)計。CREO是美國PTC公司推出的CAD設(shè)計軟件包，整合了PTC公司的三個軟件，即Pro/ENGINEER的參數(shù)化技術(shù)、CoCreate的直接建模技術(shù)及ProductView的三維可視化技術(shù)的新型CAD設(shè)計軟件，針對不同的任務(wù)應(yīng)用采用了更為簡單化的子應(yīng)用方式，所有子應(yīng)用采用統(tǒng)一的文件格式。CREO的目的在于解決目前CAD系統(tǒng)難用及多CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)共用等問題。下一頁返回3.1零件設(shè)計

CREO是一個靈活的套件，集成了多個可互操作的應(yīng)用程序，功能覆蓋整個產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。CREO的產(chǎn)品設(shè)計程序使企業(yè)中的每個人都能使用最適合自己的工具參與產(chǎn)品開發(fā)過程。其中CREOParametric的前身是Pro/ENGINEER，是當(dāng)今流行的三維實(shí)體建模軟件之一，其內(nèi)容豐富、功能強(qiáng)大，是一款參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、零件裝配、模具設(shè)計、工程圖設(shè)計、運(yùn)動仿真、鈑金設(shè)計等過程，能使工程設(shè)計人員在第一時間設(shè)計出完美的產(chǎn)品。因此，在電子、通信、航空航天、汽車、家電和玩具等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

機(jī)械零件是機(jī)械產(chǎn)品或系統(tǒng)的基礎(chǔ)，機(jī)械產(chǎn)品由若干零件和部件組成。按照零件的應(yīng)用范圍，可將零件分為通用零件和專用零件兩類。通用的機(jī)械零件包括齒輪、彈簧、軸、滾動軸承、滑動軸承、聯(lián)軸器、離合器等。零件設(shè)計就是確定零件的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)，使零件滿足有關(guān)設(shè)計和性能方面的要求。機(jī)械零件除一般要滿足強(qiáng)度、剛度、壽命、穩(wěn)定性、公差等級等方面的設(shè)計性能要求，還要滿足材料成本、加工費(fèi)用等方面的經(jīng)濟(jì)性要求。零件設(shè)計首先是零件形體的設(shè)計，在基于特征技術(shù)的零件設(shè)計中，它主要是通過形狀特征的定義和組合實(shí)現(xiàn)。1.零件設(shè)計過程采用基于特征的方法來構(gòu)造零件，過程與實(shí)際加工流程具有相似性（圖3?1），一般需要經(jīng)過如下幾個基本步驟：上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

（1）確定基礎(chǔ)特征明確基礎(chǔ)特征的形狀是什么，是拉伸的、旋轉(zhuǎn)的、掃描的還是混合的？是實(shí)體還是殼體？（2）確定標(biāo)注方案標(biāo)注控制設(shè)計或用于加工的尺寸，方便設(shè)計的修改。還可以添加參考尺寸、設(shè)置公差。（3）確定其他構(gòu)造特征確定其他構(gòu)造特征的種類、順序和相似性，然后依次建立各個特征。在建立構(gòu)造特征時，要注意標(biāo)注方案和各種關(guān)系。2.特征（1）基準(zhǔn)特征（Datum）主要是在建立三維模型時作參考用的，分為基準(zhǔn)面（Datumplane）、軸線（Datumaxis）、曲線（Datumcurve）、點(diǎn)（Datumpoint）、坐標(biāo)系（Datumcoordinatesystem）上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

1）基準(zhǔn)面的建立方法有：Through——基準(zhǔn)面穿過某軸、平面的邊、參考點(diǎn)、頂點(diǎn)或圓柱面軸線；Normal——基準(zhǔn)面與某一軸、平面的邊或平面垂直；Parallel——基準(zhǔn)面與某一平面平行；Offset——基準(zhǔn)面與某一平面或坐標(biāo)系相距一段距離；Angle——基準(zhǔn)面與某一平面成一夾角；Tangent——基準(zhǔn)面與某一圓弧或圓錐面相切；BlendSection——基準(zhǔn)面通過Blend特征中的任一截面。上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

2）軸線的建立方法有：ThruEdge——通過一直線建立軸線；NormalPln——垂直于一平面，并給定定位尺寸建立軸線；PntNormPln——通過一個點(diǎn)且垂直于一平面建立軸線；ThruCyl——以圓柱體的中心線作為軸線；TwoPlanes——以兩平面的交線作為軸線；TwoPnt/Vtx——通過兩點(diǎn)作一軸線；PntonSurf——通過曲面上的一點(diǎn)，且在此點(diǎn)垂直于此曲面建立軸線；TanCurve——以曲線端點(diǎn)的切線作為軸線。上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

（2）構(gòu)造特征是用來創(chuàng)建零件實(shí)體的。CREO提供了如下基本構(gòu)造特征：Hole——打孔；Round——倒圓角；EdgeChamfer——倒角；RemoveMaterial——切除；Protrusion——凸起；Rib——加筋；Shell——抽殼；Pipe——管道；Tweak——表面變形特征；Intersect——裁剪零件幾何。上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

（3）創(chuàng)建構(gòu)造特征的方法CREO中創(chuàng)建構(gòu)造特征的方法主要有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合。1）拉伸（圖3?2）：由草繪截面向一定方向整體伸展創(chuàng)建特征，適合創(chuàng)建等截面實(shí)體。2）旋轉(zhuǎn)（圖3?3）：由特征截面繞旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)形成特征，適合構(gòu)造回轉(zhuǎn)體模型。3）掃描（圖3?4）：由特征截面沿空間軌跡線掃掠形成特征。4）混合（圖3?5）：由兩個或兩個以上截面通過曲面過渡形成一個連續(xù)的形體。在創(chuàng)建構(gòu)造特征時，除了需要定義尺寸參數(shù)外，還要定義其他屬性。Depth——厚度屬性，如果不是通孔特征的厚度值，就可以被修改；Direction——方向?qū)傩?；上一頁下一頁返?.1零件設(shè)計

Placement——定位方式，如：Linear——參考兩個面/邊來定位；Radial——參考一根軸和一個面來定位；Coaxial——參考一根公共軸來定位；OnPoint——過基準(zhǔn)面上的一點(diǎn)來定位。3.創(chuàng)建零件的基本技術(shù)（1）使用基準(zhǔn)面合理地使用基準(zhǔn)面可以輔助其他特征的建立，基準(zhǔn)面的作用有：①用作尺寸標(biāo)注的參考；②決定視圖（View）的方向；③作為繪圖平面（Sketchingplane）；④作為裝配時零件互相配合的參考面；⑤作為剖視面等。上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

（2）父子關(guān)系在建立特征的過程中，如果后建立的特征是以前面建立的特征為基準(zhǔn)的，則這兩個特征之間就建立了父子關(guān)系。父特征的某些改變將會對子特征產(chǎn)生影響。（3）修改特征特征可以通過“Edit”命令來修改尺寸或通過“EditDefinition”命令來重新定義某些屬性或參數(shù)。（4）確定特征的相似性零件上如有相似的特征，可以通過復(fù)制或陣列快速生成。如果截面形狀具有相似性，可以存儲截面用于其他特征。上一頁下一頁返回3.1零件設(shè)計

（5）壓縮特征使用“Suppress”可以使特征暫時消去，以簡化和加速零件的生成。壓縮過的特征可以用“Resume”恢復(fù)。（6）使用圖層圖層可以用于特征的組織管理，用戶將相同性質(zhì)的特征置于一個圖層上后，就可對圖層中的對象進(jìn)行整體操作（如顯示控制等）。上一頁返回3.2裝配設(shè)計1.裝配設(shè)計過程產(chǎn)品裝配設(shè)計主要有自底向上（BOTTOM?UP）和自頂向下（TOP?DOWN）兩種典型模式。（1）自底向上在實(shí)際工程產(chǎn)品開發(fā)過程中，通常是用已定義好的零件進(jìn)行裝配部件及產(chǎn)品的設(shè)計過程。其主要步驟包括添加零件或部件、建立零件和部件間的裝配關(guān)系，即自底向上的設(shè)計方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是便于思考，將需要設(shè)計的產(chǎn)品分割成基本的單元體，再對單元體進(jìn)行設(shè)計，簡化了設(shè)計的強(qiáng)度，零部件設(shè)計相對獨(dú)立，設(shè)計人員可以專注于某個零件的設(shè)計。下一頁返回3.2裝配設(shè)計由于進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)設(shè)計要占用較多時間，目前商用三維CAD系統(tǒng)軟件對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和工具支持也較多，可以提高設(shè)計效率。對于結(jié)構(gòu)簡單、無須過多考慮零部件之間的配合關(guān)系，或只有很少設(shè)計人員參與的產(chǎn)品而言，自底向上的設(shè)計模式還能滿足開發(fā)需求。當(dāng)產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計人員眾多時，這種模式就存在很多缺點(diǎn)。由于每個零件是用特征單獨(dú)定義的，缺乏相互聯(lián)系，當(dāng)某些設(shè)計條件改變時，產(chǎn)品模型不能實(shí)現(xiàn)相關(guān)零部間的聯(lián)動修改。并且過早進(jìn)行零件的設(shè)計容易造成零件間關(guān)系的不一致性、過分約束和零件冗余，在裝配時才能檢查零件之間的配合是否合理、產(chǎn)品設(shè)計是否滿足預(yù)期目標(biāo)，由此引起返工及使產(chǎn)品裝配出現(xiàn)問題。上一頁下一頁返回3.2裝配設(shè)計（2）自頂向下產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計往往是一個復(fù)雜的創(chuàng)造過程。先要設(shè)計出初步方案及裝配草圖，建立約束驅(qū)動的產(chǎn)品模型，然后確定設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計，再通過裝配建模進(jìn)行裝配，最后對設(shè)計方案進(jìn)行分析、修改及驗(yàn)證，直到得到滿足功能要求的產(chǎn)品，該過程即是自頂向下的設(shè)計過程。由于是先建立裝配體，再在裝配體中進(jìn)行零件的造型和編輯，優(yōu)點(diǎn)是可以參考一個零部件的幾何尺寸生成或修改其他相關(guān)的零部件，從而確保零件之間存在準(zhǔn)確的尺寸及裝配關(guān)系，當(dāng)被參考零件的尺寸發(fā)生改變時，相關(guān)聯(lián)的零件尺寸會自動發(fā)生改變，從而保證零件之間的配合關(guān)系不發(fā)生改變。這種關(guān)聯(lián)設(shè)計能實(shí)現(xiàn)方案布局設(shè)計、零件設(shè)計、裝配建模的互動設(shè)計，即方案設(shè)計可驅(qū)動裝配設(shè)計和零件設(shè)計，反之，零件的修改也能自適應(yīng)地反饋到裝配模型，甚至總體布局。上一頁下一頁返回3.2裝配設(shè)計2.創(chuàng)建裝配（1）固定約束方式在裝配時，如果要組裝進(jìn)來的零部件相對于裝配體是固定件，則采取固定約束裝配。CREO軟件提供了包括“自動”“距離”“角度偏移”“平行”“重合”“法向”及“默認(rèn)”等多種約束類型選項(xiàng)，可進(jìn)行固定約束裝配，限制元件的所有自由度，模擬螺栓連接、焊接、鉚接及過盈配合等機(jī)械結(jié)構(gòu)的固定連接方式?；狙b配約束見表3?1。（2）連接裝配如果要組裝進(jìn)來的零部件相對于裝配體是活動件，則要采取連接裝配。CREO軟件提供了一系列預(yù)定義約束集，包括“剛性”“銷釘”“滑動桿”“圓柱”等選項(xiàng)，用于定義元件在裝配中的運(yùn)動，模擬機(jī)構(gòu)構(gòu)件的可動連接。各種連接的約束數(shù)和自由度數(shù)見表3?2。上一頁下一頁返回3.2裝配設(shè)計（3）自動裝配使用接口界面可以實(shí)現(xiàn)元件放置的自動化。元件接口是指原件界面中包含用于快速放置元件的已存儲約束或連接。在界面的定義過程中，可以指定裝配條件或裝配規(guī)則等附加界面信息，這樣可以有效地確保根據(jù)設(shè)計意圖放置元件。拖動式自動放置也是一種實(shí)現(xiàn)元件自動放置的方式，當(dāng)裝配帶有界面的元件時，系統(tǒng)會自動將原件放置在滿足界面定義的第一個位置處。使用拖動式自動放置的方式裝配螺栓、螺釘?shù)仍欠浅７奖愕?。?）柔性體裝配柔性零件在產(chǎn)品實(shí)際中經(jīng)常應(yīng)用，如彈簧零件等，柔性零件的形狀會隨受力變化發(fā)生相應(yīng)變化，通過定義柔性零件可以實(shí)現(xiàn)它們在組件中的不同狀態(tài)。有效地控制可變項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)柔性體裝配的關(guān)鍵。上一頁下一頁返回3.2裝配設(shè)計3.在裝配環(huán)境下創(chuàng)建元件在裝配環(huán)境下可以創(chuàng)建零件、子組件、骨架模型、主體項(xiàng)及包絡(luò)等。（1）裝配中的布爾運(yùn)算裝配環(huán)境下可以完成零件間的布爾運(yùn)算。包括合并、切除和相交，見表3?3。（2）骨架模型骨架模型是由基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)坐標(biāo)系、基準(zhǔn)曲線曲面組成的，用于捕捉并定義設(shè)計意圖及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。借助骨架模型，設(shè)計者可傳遞設(shè)計信息，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、元件間界面位置、空間聲明、連接與機(jī)構(gòu)等。骨架模型主要包括標(biāo)準(zhǔn)骨架模型和運(yùn)動骨架模型?？梢允褂霉羌苣Ｐ脱b配元件，也可以參考骨架模型創(chuàng)建元件。上一頁返回3.3曲面設(shè)計在CREO中，曲面是一種沒有厚度的幾何特征，由曲面創(chuàng)建零件的主要過程包括：創(chuàng)建單個曲面，在對曲面進(jìn)行修剪和偏移等操作的基礎(chǔ)上，將曲面合并為一個整體面組，再將面組轉(zhuǎn)化為實(shí)體零件。用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和混合的方式創(chuàng)建曲面與創(chuàng)建實(shí)體基本相同。此外，還可以創(chuàng)建邊界曲面、自由形狀曲面，以及通過曲面扭曲、環(huán)形折彎、面組展開等方法創(chuàng)建曲面。在CREO中，可以構(gòu)建參數(shù)化曲面模型，也可以構(gòu)建自由曲面模型。CREO的ISDX（InteractiveSurfaceDesignExtension）曲面模塊，以具有很強(qiáng)編輯能力的3D曲線為骨架來構(gòu)造外觀曲面，得到了廣泛應(yīng)用。造型曲面模塊可以方便、迅速地創(chuàng)建自由造型的曲線和曲面，造型曲面以樣條曲線為基礎(chǔ)，通過曲率分布圖，可直觀地編輯曲線，得到所需的光滑、高質(zhì)量的造型曲線，進(jìn)而產(chǎn)生高質(zhì)量造型曲面。下一頁返回3.3曲面設(shè)計1.曲線生成方法（1）在“造型”模式中創(chuàng)建自由曲線造型曲面模塊中，曲線的類型包括自由曲線、平面曲線、COS（CurveOnSurface）曲線及下落曲線?？梢栽诶L圖區(qū)域指定兩個以上的自由點(diǎn)來繪制自由曲線，也可使用控制點(diǎn)創(chuàng)建自由曲線。COS曲線是指在曲面上創(chuàng)建曲線，在創(chuàng)建時需選曲面為參