3.2 特征基本操作

零件設計的關鍵是三維特征的設計。在實際特征設計中,需要掌握各種特征基本操作,包括特征的編輯、特征設計順序的處理以及特征失敗的處理等,同時這也是零件設計中必須要掌握的“基本功”,下面具體介紹特征基本操作。

3.2.1　特征的編輯

在實際產品設計中,為了對產品結構進行修改與不斷改進,經常需要對產品的設計參數,還有特征結構進行編輯與修改,以滿足特定的設計需求。

在SOLIDWORKS中產品的各種結構都是由一個個特征構成的,所以對產品的修改與改進也就是對產品中的各個特征進行修改與改進,在SOLIDWORKS模型樹中可以很方便地對特征進行各種編輯與修改。

(1)編輯特征尺寸參數

在零件設計中會使用大量的特征尺寸參數,可以通過修改這些尺寸參數達到修改零件結構的目的。如圖3?185所示的閥體模型,需要修改模型中的特征參數,得到如圖3?186所示的模型結果。

步驟1　打開練習文件ch03 part\3.2\編輯特征。

步驟2　顯示特征尺寸。修改特征參數之前需要顯示特征參數。在模型樹中選中如圖3?187所示的“注解”節點,在彈出的快捷菜單中選擇“顯示特征尺寸”命令,此時模型中顯示所有特征參數,如圖3?188所示。

步驟3　修改特征尺寸。在模型上雙擊特征尺寸可以編輯特征尺寸。本例中需要修改閥體零件總高度尺寸(由110改為150),修改8字形凸臺上部圓弧高度尺寸(由78改為110),修改8字形凸臺中間圓弧半徑尺寸(由20改為50),如圖3?189所示。

完成尺寸修改后,再次選擇如圖3?187所示的命令,隱藏模型中的特征尺寸。

(2)編輯特征屬性

特征屬性主要是指在創建特征時需要定義的各項屬性,不同的特征具有不同的特征屬性。以“拉伸凸臺特征”為例,拉伸凸臺特征主要包括拉伸深度控制選項(給定深度、兩側對稱、成形到下一面等),拉伸深度值(也可以使用上一小節介紹的編輯特征尺寸參數的方式進行修改)等特征屬性。

如圖3?190所示的塑料蓋模型,需要對模型進行修改,得到如圖3?191所示的模型結果,下面以此為例介紹編輯特征屬性的操作。

步驟1　打開練習文件ch03 part\3.2\編輯特征屬性ex。

步驟2　編輯“凸臺?拉伸2”屬性。在模型樹中選中“凸臺?拉伸2”右鍵,選擇如圖3?192所示的“編輯特征”命令,系統彈出如圖3?193所示的“凸臺?拉伸2”對話框,修改特征屬性參數(拉伸深度選項及深度值),如圖3?194所示,在對話框中單擊按鈕,完成特征屬性編輯,結果如圖3?195所示。

步驟3　創建倒圓角特征。上一步驟的編輯涉及模型中與“凸臺?拉伸2”相關的倒圓角特征的變化,需要在模型上創建如圖3?196所示的倒圓角,圓角半徑為1.2mm。

步驟4　編輯“孔”特征屬性。因為模型中的孔是在“凸臺?拉伸2”的基礎上創建,且“凸臺?拉伸2”已經被修改,所以孔屬性也要做相應的修改,如圖3?197所示。

(3)編輯特征草圖

SOLIDWORKS中的一些特征是基于二維草圖創建的,這樣的特征可以通過修改其二維草圖的方法對特征結構進行修改。如圖3?198所示的閥體模型,需要修改模型中的“8字形”凸臺,修改結果如圖3?199所示。

步驟1　打開練習文件ch03 part\3.2\編輯特征屬性ex。

步驟2　選擇命令。在模型樹中選中“凸臺?拉伸1”,單擊鼠標右鍵,選擇如圖3?200所示的“編輯草圖”命令,系統顯示如圖3?201所示“凸臺?拉伸1”截面草圖。

步驟3　修改截面草圖。修改“凸臺?拉伸1”截面草圖如圖3?202所示,完成草圖編輯后直接單擊圖形區右上角的按鈕退出草圖環境。

(4)特征刪除

特征的刪除就是將設計過程中不需要的特征或錯誤的特征刪除。下面以如圖3?203所示的模型為例介紹特征刪除操作。

步驟1　打開練習文件ch03 part\3.2\刪除特征ex。

步驟2　刪除“?25.5直徑孔”特征。在模型樹中選中“?25.5直徑孔”,單擊鼠標右鍵,選擇如圖3?204所示的“刪除”命令,系統彈出如圖3?205所示的“確認刪除”對話框,單擊“是”按鈕,完成特征刪除,結果如圖3?206所示。

步驟3　刪除“凸臺?拉伸2”特征。在模型樹中選中“凸臺?拉伸2”,單擊鼠標右鍵,選擇如圖3?207所示的“刪除”命令,系統彈出如圖3?208所示的“確認刪除”對話框,單擊“是”按鈕,完成特征刪除,結果如圖3?209所示。

此處在刪除“凸臺?拉伸2”特征時,因為“凸臺?拉伸2”中使用了拉伸截面草圖,默認情況下,系統只會刪除選中的特征,而特征中使用的草圖是不會被刪除的。另外,因為模型中的沉頭孔是在“凸臺?拉伸2”特征中的斜面上創建的,兩者之間存在父子關系,所以在刪除“凸臺?拉伸2”特征的同時,特征上的沉頭孔也會被刪除。

在刪除特征時如果需要將特征中使用的草圖也刪除,需要在“確認刪除”對話框中選中“刪除內含特征”選項,如圖3?210所示,表示將特征內部的草圖一起刪除,單擊“是”按鈕,此時刪除特征結果如圖3?211所示。

注意:讀者在刪除特征時一定要謹慎,如果刪除特征后文件被保存了,那么刪除的特征是不能被恢復的,也就是說是特征刪除是不可逆的。

(5)特征隱藏與顯示

在零件設計中經常需要創建各種輔助特征,如基準特征、草圖特征、曲線特征等,這些特征在零件設計完成后都需要隱藏起來,從而使模型更加整潔。下面以如圖3?212所示的模型為例介紹特征隱藏與顯示操作。

步驟1　打開練習文件ch03 part\3.2\隱藏特征ex。

步驟2　隱藏“螺旋線/渦狀線”特征。在模型樹中選中“螺旋線/渦狀線”特征,在彈出的快捷菜單中選擇如圖3?213所示的“隱藏”命令,系統將選中的“螺旋線/渦狀線”特征隱藏,結果如圖3?214所示。

說明:使用本步驟中的方法可以將模型樹中的任何特征對象隱藏,如基準特征、草圖特征、曲線特征、曲面特征等,但是不能隱藏某個實體特征。

步驟3　隱藏曲面體對象。如果模型中有曲面體,系統將在模型樹中生成“曲面實體”節點,專門用來管理模型中的曲面體。選中“曲面實體”節點,在彈出的快捷菜單中選擇如圖3?215所示的“隱藏”命令,系統將所有曲面實體隱藏,結果如圖3?216所示。

步驟4　隱藏實體對象。如果模型中有實體(包括獨立實體),系統將在模型樹中生成“實體”節點,專門用來管理模型中的實體,選中“實體”節點,在彈出的快捷菜單中選擇如圖3?217所示的“隱藏”命令,系統將所有實體隱藏。

如果要顯示被隱藏的對象,直接在對象上單擊,在快捷菜單中選擇如圖3?218所示的命令,可以將隱藏對象顯示出來。

(6)壓縮特征

壓縮特征就是將特征隱藏使其不顯示在模型中,對特征進行壓縮后,特征在模型中不可見。壓縮的特征對象仍然存在于模型內存中,可以隨時恢復顯示,這正是壓縮特征與刪除特征之間的本質區別。下面以如圖3?219所示的模型為例介紹特征壓縮操作。

步驟1　打開練習文件ch03 part\3.2\壓縮特征ex。

步驟2　壓縮“?25.5直徑孔”特征。在模型樹中選中“?25.5直徑孔1”特征,在彈出的快捷菜單中選擇如圖3?220所示的“壓縮”命令,系統將選中特征壓縮,結果如圖3?221所示,此時被壓縮的對象在模型樹中顯示為灰色,如圖3?222所示。

步驟3　解除壓縮“?25.5直徑孔1”特征。在模型樹中選中被壓縮的“?25.5直徑孔1”特征,選擇如圖3?223所示的“解除壓縮”命令,系統將壓縮特征重新顯示。

步驟4　壓縮“凸臺?拉伸2”特征。在模型樹中選中“凸臺?拉伸2”特征,在彈出的快捷菜單中選擇“壓縮”命令,系統將選中特征及其相關聯的子特征一起壓縮,此時模型樹如圖3?224所示,壓縮結果如圖3?225所示。

說明:壓縮特征不同于刪除特征,壓縮特征不管是壓縮前還是壓縮后都會顯示在模型樹中,可隨時恢復。

3.2.2　特征父子關系

特征父子關系是指特征與特征之間的上下級別的關系。如果特征B在創建過程中,借用了特征A中的某些參考關系(如點、邊或面等),沒有特征A提供的參考關系,就不可能創建出特征B,那么就說明特征A是特征B的父項,特征B是特征A的子項,特征A與特征B之間存在父子關系。特征父子關系如圖3?226所示。

(1)特征父子關系查看與分析

如圖3?227所示的固定座零件模型,其模型樹如圖3?228所示。如果需要查看零件模型中“凸臺?拉伸2”的父子關系,在模型樹中選擇“凸臺?拉伸2”,單擊鼠標右鍵,在彈出的快捷菜單中選擇“父子關系”命令,如圖3?229所示,系統彈出如圖3?230所示的“父子關系”對話框,在該對話框中顯示該特征的“父特征”與“子特征”。

在如圖3?230所示的“父子關系”對話框中顯示的“父特征”包括草圖2、前視基準面和凸臺?拉伸1,“子特征”包括草圖3和切除?拉伸1。

(2)分析特征父子關系

特征父子關系的根本是要理解特征父子關系的原因,也就是要解決特征之間為什么存在父子關系的問題。下面具體分析如圖3?227所示固定座零件模型中“凸臺?拉伸2”特征中存在的特征父子關系,理解父子關系之間的內在聯系。

在創建“凸臺?拉伸2”過程中,選擇的草圖平面是“前視基準面”,所以“前視基準面”是“凸臺?拉伸2”的“父特征”;另外“凸臺?拉伸2”是使用“草圖2”通過拉伸凸臺工具創建的,所以“草圖2”也是“凸臺?拉伸2”的“父特征”;最后在繪制“草圖2”和定義“凸臺?拉伸2”的拉伸屬性時與“凸臺?拉伸1”產生了參考關系,如圖3?231~圖3?233所示,所以“凸臺?拉伸1”也是“凸臺?拉伸2”的“父特征”,沒有這些“父特征”是無法順利創建出“凸臺?拉伸2”的。

在創建完“凸臺?拉伸2”之后又創建了“切除?拉伸1”,“切除?拉伸1”就是在“凸臺?拉伸2”的基礎之上做了切除操作,包括“切除?拉伸1”中的“草圖3”,如圖3?234和3?235所示,所以,“凸臺?拉伸2”是“切除?拉伸1”和“草圖3”的“父特征”,“切除?拉伸1”和“草圖3”是“凸臺?拉伸2”的“子特征”。

需要注意的是,特征父子關系并不是絕對的,可以人為根據需要解除特征間的父子關系。解除父子關系就是解除特征間的參考關系。本例中如果想解除“凸臺?拉伸2”與“前視基準面”之間的關系,可以在繪制“凸臺?拉伸2”截面草圖前不要選擇“前視基準面”為草圖平面,可以選擇“凸臺?拉伸1”的側面為草圖平面,這樣“凸臺?拉伸2”的創建與“前視基準面”之間就沒有參考關系,也就解除了父子關系。

(3)理解特征父子關系的意義

理解特征父子關系具有很重要的實際意義,特別是在處理特征再生失敗和調整零件結構設計順序時非常有幫助。

首先,理解特征父子關系對于處理特征生成失敗是非常有幫助的。特征生成失敗的主要原因就是在編輯與修改特征時,對后面特征的參考造成了影響,導致后面的特征無法找到參照,所以出現再生失敗的問題(本部分內容將在本章后面小節中詳細介紹)。

其次,理解特征父子關系對于調整零件設計順序是有幫助的。有時在完成零件設計后,如果設計順序不太合理,可以根據需要調整特征設計順序,使設計順序更合理、更規范。在調整特征設計順序時,一定要注意特征間的父子關系,如果兩個特征之間存在父子關系,那么“子特征”是無法調整到“父特征”之前的,“父特征”也不能調整到“子特征”之后。要特別注意這一點。那么如果非要調整它們間的順序該怎么辦呢?可以先分析它們之間的父子關系,然后解除這些父子關系就可以調整順序了(本部分內容將在本章后面小節中詳細介紹)。

3.2.3　特征重新排序及插入操作

零件設計中一定要注意零件的設計順序。零件設計順序體現出設計人員的設計思路及設計過程。對于一些復雜的零件設計,在設計之前只能規劃出零件設計的大體設計思路,至于很多的細節結構需要逐步去完成設計,這樣難免會出現零件設計順序不合理的情況,需要在零件結構設計完成后對零件設計順序進行調整,甚至對零件中的一些結構進行改進等,完成這些操作需要對零件中的特征進行重新排序或插入操作。

(1)特征重新排序

特征重新排序就是重新排列特征的設計順序。下面以如圖3?236所示的殼體模型為例,具體介紹特征重新排序的操作過程。

如圖3?236所示的殼體模型,從模型中不難發現零件中存在多處不合理結構。如圖3?237所示,殼體模型在拐角位置不是均厚的,這會嚴重影響結構的強度,需要對這種設計進行改進,以解決這種不合理問題。

殼體模型的模型樹如圖3?238所示。從模型樹中可以看出造成這種不合理結構的主要原因是模型設計順序不合理。模型樹中顯示是先創建“抽殼”,然后創建兩個倒圓角。我們知道,在零件設計中,遇到抽殼和倒圓角同時存在的場合一定要先創建倒圓角,最后創建抽殼,只有這樣才能得到均勻壁厚的殼體。

為了解決這個問題,最簡單的方法就是調整模型設計順序,在模型樹中使用鼠標將“抽殼1”特征拖拽到“圓角2”后面即可,如圖3?239所示,此時殼體模型變成均勻壁厚的殼體模型,如圖3?240和圖3?241所示。

在重新排序過程中一定要注意特征之間的父子關系,其中“父特征”不能重新排序到“子特征”后面,除非解除特征之間的父子關系。

(2)特征插入操作

插入操作就是在創建的特征之間插入一個特征。這也是從零件設計合理化。規范化方面來考慮的。有時在零件設計過程中,需要在某個特征前面進行改進設計,這時就可以直接使用插入操作,在特征前面創建特征。

在SOLIDWORKS模型樹中最下面有根藍色的橫杠,這根藍色的橫杠就是“插入符號”,拖動該“插入符號”到模型樹中某個位置,可以在該位置插入特征。下面繼續以如圖3?240所示的殼體模型為例,具體介紹特征插入操作過程。

對殼體模型進行改進,得到如圖3?242所示的殼體模型。因為這是一個殼體模型,所以改進的關鍵是對抽殼、倒圓角之前的基礎體進行改進。

首先在模型樹中拖動“插入符號”到如圖3?243所示位置,表示設計順序“退回”到“凸臺?拉伸1”的后面,此時模型中只顯示“凸臺?拉伸1”,結果如圖3?244所示。

接下來選擇“拉伸切除”命令,選擇“前視基準面”為草圖平面,創建如圖3?245所示的截面草圖,然后創建如圖3?246所示的拉伸切除。

完成拉伸切除創建后需要進行倒圓角設計,因為有些倒圓角已經做好了,直接在模型樹上拖動“插入符號”將其顯示出來即可。拖動“插入符號”到如圖3?247所示的位置,此時在模型上顯示“圓角1”,結果如圖3?248所示。

然后選擇“圓角”命令創建如圖3?249所示的圓角,圓角半徑為10mm。

最后將“插入符號”拖動到模型樹最后,如圖3?250所示,得到最終殼體模型。

由此可見,在零件設計中,特別是零件改進設計中,靈活使用插入操作能夠大大提高零件設計效率與改進效率,是零件設計必須要掌握的一種特征操作。

另外,插入操作還有一個非常重要的作用,就是便于后期查看與審查,首先將模型樹中的“插入符號”拖動到第一個特征前面,然后一步一步將“插入符號”往下拖動,可以一步一步查看模型的創建過程。無論是對工作還是學習,都非常有幫助,特別是對軟件初學者,可以使用這種方法學習別人的設計思路與設計方法。

3.2.4　特征再生失敗及其解決

在實際零件結構設計過程中,經常會因為各種原因需要對零件結構進行修改。在SOLIDWORKS中對特征進行修改后,系統會對整個零件結構進行再生,得到修改后的零件結構,如果對特征進行修改后無法得到正確的零件結構,這種情況就叫做特征再生失敗。下面以如圖3?251所示的連桿模型為例介紹特征再生失敗及其處理。

現在需要對如圖3?251所示連桿模型中的U形凸臺結構進行修改,得到如圖3?252所示的改進結果,在模型樹中選中“凸臺?拉伸3”特征編輯草圖,如圖3?253所示。

完成以上草圖編輯后,系統彈出如圖3?254所示的“SOLIDWORKS”對話框,提示再生失敗,在對話框中如果單擊“繼續(忽略錯誤)”按鈕,接受修改。如果單擊“停止并修復”按鈕,表示停止更新并重新修改。本例單擊“繼續(忽略錯誤)”按鈕。

此時系統繼續彈出如圖3?255所示的“什么錯”對話框,提示再生過程中的失敗特征,在對話框中單擊“關閉”按鈕,完成修改。但是在模型樹中顯示錯誤特征,可以看出失敗特征是“?4直徑孔1”下面的“草圖4”,如圖3?256所示。

出現特征再生失敗后,如果確定失敗特征是不需要的,可以在模型樹中直接刪除失敗特征以解決再生失敗的問題,如圖3?257所示,此時模型結果如圖3?258所示。

如果確定失敗特征是必須要的,需要分析失敗原因,然后針對失敗原因對特征進行編輯以解決再生失敗的問題。

因為在改進之前,模型中的孔與U形凸臺的圓弧面是同軸的,但是改進后就沒有U形凸臺了,所以創建孔特征所必需的同軸參考也就沒有了,所以出現特征再生失敗。

在模型樹中選中失敗特征“?4直徑孔1”下面的“草圖4”,在快捷菜單中選擇如圖3?259所示的“編輯草圖”命令,系統進入草圖環境,在草圖環境中編輯錯誤草圖。

進入草圖環境后顯示幾何約束,如圖3?260所示,刪除錯誤的約束,然后重新添加正確的約束及尺寸標注,如圖3?261所示,完成草圖編輯后退出草圖環境。此時模型樹如圖3?262所示,失敗特征已得到解決!

說明:特征再生失敗的主要原因一般都是修改導致參照丟失所致,所以在修改特征時,一定要多多考慮特征之間的參照,也就是特征之間的父子關系。