2.1 草圖繪制

本部分重點介紹草圖繪制步驟、繪制工具和約束方法等。

2.1.1 草圖繪制快速入門

1. 草圖繪制引例

下面以在前視基準面上繪制圖2-1所示草圖為例，說明草圖繪制的過程。經過對草圖分析可以得出其繪制思路如圖2-1a～圖2-1d所示，具體步驟如下。

（1）選平面

雙擊桌面上的快捷方式啟動SolidWorks，在“新建SolidWorks文件”對話框中單擊“零件”按鈕，然后單擊“確定”按鈕，新零件窗口出現。在左側的設計樹中選擇“前視基準面”；在CommandManager中，單擊“草圖”→“草圖繪制”進入草圖繪制環境。

（2）繪左圓

●繪形狀：單擊“草圖”工具欄中的“圓”按鈕，在繪圖區的坐標原點附近單擊，并移動鼠標繪制圓形，如圖2-2a所示。

●定位置：按住〈Ctrl〉鍵，單擊原點和圓心，按圖2-2b所示，添加“重合”關系。

●設大小：在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“智能尺寸”按鈕，單擊圓線，單擊“確定”按鈕，先接受默認尺寸，在“尺寸”對話框中選擇“引線”選項卡，選擇半徑方式后，在圖形區雙擊尺寸線，將圓弧半徑修改為150mm，單擊“標準”工具欄上的“保存”按鈕保存為“草圖實例”文件。

（3）繪右圓

●繪形狀：單擊“草圖”工具欄中的“圓”按鈕，在繪圖區的左圓附近單擊，并移動鼠標繪制圓形。

●定位置：按住〈Ctrl〉鍵，單擊兩圓圓心，添加“水平”關系。在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“智能尺寸”按鈕，單擊左圓和右圓圓線，標注兩圓距離為500。

●設大小：在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“智能尺寸”按鈕，單擊圓線，單擊“確定”按鈕，先接受默認尺寸。在“尺寸”對話框中選擇“引線”選項卡，選擇半徑方式后，在圖形區雙擊尺寸線，將圓弧半徑修改為240mm，如圖2-1b所示。

（4）繪切線

●繪形狀：單擊“草圖”工具欄中的“直線”按鈕，在繪圖區的兩圓上、下分別繪制兩條較長的直線。

●定位置：按住〈Ctrl〉鍵，單擊上面的直線和左圓圓線，添加“相切”關系；重復上述步驟，添加上面的直線和右圓的“相切”關系。以此類推，添加下面的直線與左右圓的“相切”關系，如圖2-1c所示。

（5）裁多余

在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“剪裁實體”按鈕，用“剪裁到最近端”方式，裁剪掉草圖中多余的部分獲得所需草圖，如圖2-1d所示。單擊“標準”工具欄上的“保存”按鈕保存。

（6）看多變

在繪圖區中，分別單擊R150、R240和500等尺寸，修改為其他數值（如，將R240改為R300），觀察草圖的變化，理解牽一發而動全身的思想在草圖繪制過程中是如何實現的。

2. 草圖設計的過程

正確繪制草圖是三維設計的基礎，由上面引例可總結出草圖設計的過程為：“選平面→定順序→繪形狀→添約束”。

1）選平面：選定繪制二維幾何圖形（草圖）的平面（草圖平面）。

2）定順序：分析草圖中圖線的組成，并確定繪制的先后順序。

3）繪形狀：用草圖工具（如直線、圓弧等）繪制或編輯圖線。

4）添約束：添加幾何約束（垂直、相切等）和尺寸約束（定位尺寸、定形尺寸）。

3. 基本術語

（1）草圖

三維實體模型在某個截面上的二維輪廓稱為草圖，草圖包括圖線（實線和輔助線）和約束（尺寸約束和幾何約束）兩方面的信息。

草圖可以封閉，也可以開口，但不允許交叉（如圖2-3所示）。封閉的草圖可以生成三維實體模型，也可以生成三維曲面模型，但開口草圖只能生成曲面模型。

SolidWorks提供了草圖合法性檢查工具來檢查草圖中可能妨礙生成特征的錯誤。具體操作為：選擇“工具”→“草圖繪具”→“檢查草圖合法性”命令。在“檢查有關特征草圖合法性”對話框中，選擇“特征用法”的類型，再單擊“檢查”按鈕，草圖根據所需特征類型的輪廓類型來進行檢查。

（2）草圖平面

草圖平面即繪制二維幾何圖形（草圖）的基準平面，如圖2-4所示。可以是實體表面，也可以是用戶創建的參考表面。

（3）約束

約束指草圖中圓弧等圖線自身大小及圖線之間位置關系，包括幾何約束和尺寸約束。

2.1.2 草圖繪制基礎

1. 選平面

在創建草圖前，用戶必須選擇一個平面（之前特征的某一個平面、系統默認的基準面或用戶創建的基準面）作為草圖平面，其選取原則是：“先已有、后默認、次插入”。

●先已有：選取前一個特征的某一個平面。如圖2-4a所示為選矩形塊上表面為圓柱草圖平面。

●后默認：選取系統默認基準面，SolidWorks系統默認提供3個基準面，分別是上視基準面、前視基準面和右視基準面。如圖2-4b所示為選前視基準面為圓孔草圖平面。

●次插入：用戶使用菜單命令創建的基準面。SolidWorks用戶創建基準平面的操作為：選擇“工具”→“參考幾何體”→“基準面”命令。如圖2-4c所示為選用戶創建的基準面為斜圓柱草圖平面。

2. 定順序

草圖均由若干段直線和圓弧等圖線連接而成，各圖線的大小及其相對位置都由幾何關系和尺寸關系確定。繪制草圖前，只有仔細分析草圖構成，確定圖線間的尺寸約束和幾何約束關系，才能明確該草圖應從何處著手繪制，以及按什么順序作圖。

平面圖形的線段，根據其定位尺寸的完整程度可分為3種：已知線段、中間線段、連接線段，如圖2-5所示。由引例繪制過程可以確定出草圖繪制順序為：“先已知、后中間，再連接”。

●已知線段：定位尺寸和定形尺寸齊全的線段。已知線段的定位點通常是設計基準或工藝基準。如圖2-5中的圓R150的圓心與坐標原點重合，即兩個定位尺寸均等于零。

●中間線段：具有一個定位尺寸的線段和一個幾何約束的線段。如圖2-5中的圓R240的圓心與圓R240的圓心相距500mm，且滿足兩者在同一水平線上的幾何約束條件。

●連接線段：沒有定位尺寸，但有兩個幾何約束的線段。如圖2-5中的直線只有滿足與左、右兩圓相切的幾何約束條件。

3. 繪形狀

繪形狀就是用草圖工具（如直線、圓弧等）繪制或編輯圖線。如圖2-6所示，在Com-mandManager的“草圖”選項卡中列出了SolidWorks的常用草圖工具，包括草圖繪制工具、草圖編輯工具和草圖約束工具，常用草圖工具的功能見表2-1。

4. 添約束

添約束就是為草圖圖線添加幾何約束（垂直、相切等）和尺寸約束（定位尺寸、定形尺寸）以確定圖線的位置和大小。

（1）約束的作用

每個草圖都必須有一定的約束，沒有約束則無從體現設計意圖。繪制草圖前，應仔細分析草圖圖形結構，明確草圖中幾何元素之間的約束關系。例如，從圖2-7a來看，僅有長度、角度等幾個尺寸約束，但圖形中隱含了以下設計意圖。

1）矩形中心是定位基準，且位于坐標原點處。

2）左右邊線位置豎直，上下邊線位置水平，且兩條上邊線共線。

3）根據所畫的中心線，草圖左右兩側對稱，槽口頂點位于中心線上。

為此，需要根據上述設計意圖對圖形施加足夠的幾何約束和尺寸約束，如圖2-7b所示。當驅動尺寸變化時，盡管圖形大小和形狀發生了變化，但設計意圖始終保持不變，如圖2-7c所示。

（2）約束的類型

約束有兩種類型，分別是幾何約束和尺寸約束。

●幾何約束：用幾何關系進行約束，主要用于圖線之間的位置約束。從人的思維習慣上說，對于任何幾何圖形，幾何約束總是第一約束條件。如引例中的左圓圓心與坐標原點重合、直線與圓相切等。在SolidWorks中幾何約束稱作幾何關系，包括水平、豎直、共線、全等、垂直、平行、相切、同心、中點、交叉點、重合、相等、對稱、固定、穿透、融合點。

●尺寸約束：用尺寸進行約束，包括進行位置約束的定位尺寸和進行形狀約束的定形尺寸。定位尺寸和定形尺寸均為參數化驅動尺寸，用來定義那些無法用幾何約束表達的或者是設計過程中可能需要改變的參數。當尺寸約束改變時，草圖可以隨時更改。如引例中的左圓圓心與右圓圓心相距500mm為定位尺寸，兩圓半徑為定形尺寸。

（3）草圖狀態

草圖狀態是指由尺寸約束和幾何約束決定的草圖約束狀態，包括欠定義、完全定義和過定義3種。

●欠定義是指草圖的不充分約束狀態，欠定義的繪制元素是藍色的（默認設置）。如圖2-8中的四邊形的上邊線缺角度或長度尺寸約束。在零件早期設計階段，一般沒有足夠的信息來對草圖進行完全的定義，隨著設計的深入，會逐步得到更多有用信息，可以隨時為草圖添加其他約束。

●完全定義是指草圖具有完整的約束，完全定義的草圖元素是黑色的（默認設置）。如圖2-8中的左邊線起始于坐標原點、角度為豎直、長度為50，已經完全確定。一般來說，零件最終完成設計時，要實現尺寸驅動，即通過修改尺寸改變草圖形狀和大小，草圖必須完全定義。

●過定義是指草圖中有重復的尺寸或互相沖突的約束關系，過定義的幾何體是紅色的（默認設置）。如圖2-8中的右邊線，已經為豎直線，又想添加與下邊線（水平線）的直角關系，兩者沖突。直到修改后才能使用，應該刪除其中1個多余約束。

（4）幾何約束添加方法

幾何約束添加方法包括草圖反饋和手工添加兩種方法。

●草圖反饋幾何約束：即利用草圖繪制過程中SolidWorks的草圖反饋來添加幾何約束。在草圖繪制過程中，鼠標指針形狀發生的相應變化稱為草圖反饋。指針顯示表示什么時候指針的實體捕捉情況，如捕捉到端點、中點或者重合點等類型；什么工具為激活（直線或圓）；所繪制的實體尺寸（圓弧的角度和半徑）及所處的幾何關系（如水平）。常見的反饋符號見表2-2。

●手工添加幾何關系：即利用SolidWorks添加幾何關系工具添加。選擇“工具”→“幾何關系”→“添加”命令或者在草圖工具欄單擊“添加幾何關系”按鈕，再選擇要添加幾何關系的對象（選擇多個對象時按住〈Ctrl〉鍵再單擊所選對象）。常用草圖約束工具的功能見表2-3。

（5）尺寸標注

SolidWorks常用的尺寸標注命令是智能尺寸和完全定義草圖，具體使用過程如下。

●智能尺寸標注：選擇“工具”→“尺寸”→“智能尺寸”命令或“草圖”工具欄上單擊“智能尺寸”，然后選中標注尺寸的圖線，再單擊確定尺寸放置的位置。

●完全定義草圖：用尺寸實現草圖完全約束（可在添加幾何約束后使用），菜單命令為：選擇“工具”→“標注尺寸”→“完全定義草圖”命令（或右擊空白處，在彈出的快捷菜單中選擇“完全定義草圖”命令）。

●修改尺寸數值：在選中尺寸的狀態下，雙擊尺寸文本，即可修改為新的尺寸值。由于是驅動尺寸，因此圖形大小也自動發生改變。

●修改尺寸屬性：選擇要修改屬性的尺寸，在“屬性”對話框中修改數值、名稱等。如圖2-9a所示可以通過選擇不同的屬性為兩個圓標注不同的定位關系。尺寸標注注意事項：選擇兩條平行線標注其距離，若不平行則變成標注其角度。選擇三點可以標注角度，第一個點為交點。選擇圓可標注其直徑，選擇圓弧則標注其半徑。如圖2-9b所示，選擇兩條圓形線可標注其圓心之間的距離，可通過屬性修改標注方式；標注中心線和實線之間的尺寸，若指針在兩者之間是標注兩者的實際尺寸，若指針在一側為對稱尺寸（實際尺寸的兩倍）。

5. 草圖繪制原則

草圖服務于特征，在繪制草圖的過程中應該注意以下幾個原則。

1）根據建立特征的方法及特征間的相互關系，確定草圖的基本形狀和繪圖平面。

2）為便于草圖修改和特征管理，草圖盡可能簡單，一般為“單輪廓，不倒角”，零件上的圓角和倒角用特征來生成。

3）零件的第一幅草圖應該按坐標原點來定位，以確定特征在繪圖空間的位置。

4）為了貫徹設計意圖，施加約束時，一般先確定草圖元素的定位幾何關系，再添加其定位尺寸，最后標注其定形尺寸。

5）對于復雜的草圖盡量“邊繪圖，邊約束”，使每個圖線完全定義。

2.1.3 草圖繪制實踐

本節以圖2-10所示草圖為例，詳細說明草圖設計的步驟。

1. 草圖構成分析

參照前面草圖設計的方法，分析圖2-10可知：草圖中圓弧R15為已知線段，兩圓弧R10和R12為中間線段，兩圓弧R20和R45及直線為連接線段。各圖線連接點均為相切關系。

2. 草圖繪制步驟

（1）選平面

雙擊桌面上的快捷方式啟動SolidWorks，在“新建SolidWorks文件”對話框中單擊“零件”，然后單擊“確定”按鈕，新零件窗口出現，單擊“標準”工具欄上的“保存”按鈕保存為“草圖實踐”文件。在左側的設計樹中選擇“前視基準面”。在CommandManager中，單擊“草圖”→“草圖繪制”進入草圖繪制環境。

（2）繪制已知線段——圓弧R15

●定位繪形狀：單擊“草圖”工具欄中的“圓”按鈕，在繪圖區捕捉坐標原點，并移動鼠標繪制圓形。

●標半徑尺寸：在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“智能尺寸”按鈕，單擊圓線，單擊“確定”按鈕，先接受默認尺寸，如圖2-11a所示。在“尺寸”對話框的“引線”選項卡中，選擇半徑方式后，在圖形區雙擊尺寸線，將圓弧半徑修改為15mm。

（3）繪制中線段——兩圓弧R10和R12

●繪形狀：單擊“草圖”工具欄中的“圓”按鈕，在繪圖區圓R15附近單擊，并移動鼠標繪制圓形。

●標尺寸：右擊空白處，在彈出的快捷菜單中選擇“完全定義草圖”，單擊“確定”按鈕。在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“智能尺寸”按鈕，單擊兩圓圓線，標注兩圓的尺寸。

●改數值：單擊尺寸線，修改定位尺寸（水平距離為35mm，豎直距離為2mm）；修改定形尺寸半徑為10mm（在“尺寸”對話框的“引線”選項卡中，選擇半徑方式后，在圖形區雙擊尺寸線，將圓弧半徑修改為10mm。）重復上述步驟，繪制R12的圓弧，結果如圖2-11b所示。

（4）繪制連接線段1——兩圓弧R10和R45

●繪形狀：單擊“草圖”工具按鈕的“圓”按鈕，在繪圖區兩圓R15和R10上部較遠位置單擊，并移動鼠標繪制圓形，其最下段不得與兩圓交叉。

●定位置：按〈Ctrl〉鍵，單擊上面“繪形狀”中剛繪制的圓線和R15圓線，添加“相切”關系；重復上述步驟，添加該圓與R10的圓的“相切”關系。

●裁多余：在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“剪裁實體”按鈕，用“剪裁到最近端”命令，裁剪掉上部圓弧。

●標半徑：在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“智能尺寸”按鈕，單擊圓弧線標注其半徑為10mm。

重復上述步驟，繪制R45的圓弧。

（5）繪制連接線段2——直線

●繪形狀：單擊“草圖”工具欄中的“直線”按鈕，在繪圖區R10和R12兩圓右側繪制一條較長的直線。

●定位置：按〈Ctrl〉鍵，單擊上面的直線和圓R10的圓線，添加“相切”關系；重復上述步驟，添加上面的直線與圓R12的“相切”關系，如圖2-11c所示。

●裁多余：在CommandManager的“草圖”工具欄中單擊“剪裁實體”按鈕，用“剪裁到最近端”命令，裁剪掉草圖中多余的線條獲得最終草圖。單擊“標準”工具欄上的“保存”按鈕。

（6）看多變

在繪圖區中，分別單擊圖中R15等各尺寸，修改其數值，觀察草圖的變化，理解牽一發而動全身的思想在草圖繪制過程中是如何實現的。