1.1 SOLIDWORKS的設(shè)計(jì)思想
SOLIDWORKS 2020作為一款機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，簡(jiǎn)單易學(xué)，讓操作者能快速地按照其設(shè)計(jì)思想繪制草圖。
利用SOLIDWORKS 2020不僅可以生成二維工程圖，而且可以生成三維零件。利用這些三維零件可以生成二維工程圖和三維裝配體，如圖1-1所示。
（a）二維工程圖
（b）三維裝配體
圖1-1 SOLIDWORKS實(shí)例
1.1.1 三維設(shè)計(jì)的3個(gè)基本概念
1．實(shí)體造型
實(shí)體造型就是在計(jì)算機(jī)中用一些基本元素來(lái)構(gòu)造機(jī)械零件的完整幾何模型。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法是設(shè)計(jì)人員在圖紙上利用幾個(gè)不同的投影圖來(lái)表示一個(gè)三維產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型，圖紙上還有很多人為的規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)、符號(hào)和文字描述。對(duì)于一個(gè)較為復(fù)雜的部件，要用若干張圖紙來(lái)描述。盡管這樣，圖紙上還是密布著各種線(xiàn)條、符號(hào)和標(biāo)記。工藝、生產(chǎn)和管理等部門(mén)的人員需要認(rèn)真閱讀這些圖紙，理解設(shè)計(jì)意圖，通過(guò)不同視圖的描述想象出設(shè)計(jì)模型的每一個(gè)細(xì)節(jié)。這項(xiàng)工作有較大難度，此外，設(shè)計(jì)人員很難保證圖紙的每個(gè)細(xì)節(jié)都正確。盡管經(jīng)過(guò)層層檢查和審批，圖紙上的錯(cuò)誤總是在所難免。
對(duì)于過(guò)于復(fù)雜的零件，設(shè)計(jì)人員有時(shí)只能采用代用毛坯，邊加工設(shè)計(jì)邊修改，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的艱苦工作后才能給出產(chǎn)品的最終設(shè)計(jì)圖紙。所以，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法嚴(yán)重影響著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期和產(chǎn)品質(zhì)量。
利用實(shí)體造型軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，在屏幕上就能夠見(jiàn)到產(chǎn)品的三維模型，所以這是工程設(shè)計(jì)方法的一個(gè)突破。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)總體趨勢(shì)就是：產(chǎn)品零件的形狀和結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，更改越頻繁，采用三維實(shí)體造型軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)越性就越突出。
當(dāng)零件在計(jì)算機(jī)中建立模型后，工程師就可以在計(jì)算機(jī)上很方便地進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作，如部件的模擬裝配、總體布置、管路鋪設(shè)、運(yùn)動(dòng)模擬、干涉檢查以及數(shù)控加工與模擬等。所以，三維實(shí)體造型軟件為在計(jì)算機(jī)集成制造和并行工程思想指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型奠定了基礎(chǔ)。
大體上有6類(lèi)完整的表示實(shí)體的方法，具體如下：
只有后兩種方法能正確地表示機(jī)械零件的幾何實(shí)體模型，但仍有不足之處。
2．參數(shù)化
傳統(tǒng)的CAD繪圖技術(shù)都用固定的尺寸值定義幾何元素，輸入的每一條線(xiàn)都有確定的位置。要想修改內(nèi)容，只有刪除原有線(xiàn)條后重畫(huà)。而新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)通常需要反復(fù)修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化。對(duì)于定型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要形成系列，以便針對(duì)用戶(hù)的生產(chǎn)特點(diǎn)提供不同噸位、功率、規(guī)格的產(chǎn)品型號(hào)。參數(shù)化設(shè)計(jì)可使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改和使用環(huán)境的變化而自動(dòng)修改圖形。
參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較固定，可以用一組參數(shù)來(lái)約束尺寸關(guān)系。參數(shù)的求解較為簡(jiǎn)單，參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有著明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到尺寸的驅(qū)動(dòng)。生產(chǎn)中最常用的系列化標(biāo)準(zhǔn)件就屬于這一類(lèi)型。
3．特征
特征是一個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，它兼有形狀和功能兩種屬性，包括特定幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術(shù)和公差要求。特征是產(chǎn)品設(shè)計(jì)者與制造者最關(guān)注的對(duì)象，是產(chǎn)品局部信息的集合。特征模型利用高一層次的具有過(guò)程意義的實(shí)體（如孔、槽、內(nèi)腔等）來(lái)描述零件。
基于特征的設(shè)計(jì)是指把特征作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本單元，并將機(jī)械產(chǎn)品描述成特征的有機(jī)集合。
特征設(shè)計(jì)有突出的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)階段就可以把很多后續(xù)環(huán)節(jié)要使用的有關(guān)信息放到數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣便于實(shí)現(xiàn)并行工程，使設(shè)計(jì)繪圖、計(jì)算分析、工藝性審查以及數(shù)控加工等環(huán)節(jié)的工作都能順利完成。
1.1.2 設(shè)計(jì)過(guò)程
在SOLIDWORKS系統(tǒng)中，零件、裝配體和工程都屬于對(duì)象，它采用了自頂向下的設(shè)計(jì)方法創(chuàng)建對(duì)象，如圖1-2所示。
圖1-2 自頂向下的設(shè)計(jì)方法
圖1-2所示的層次關(guān)系充分說(shuō)明，在SOLIDWORKS系統(tǒng)中，零件設(shè)計(jì)是核心，特征設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，草圖設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)。
草圖指的是二維輪廓或橫截面。對(duì)草圖進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣或沿某一路徑掃描等操作后即可生成特征，如圖1-3所示。
特征是指可以通過(guò)組合生成零件的各種形狀（如凸臺(tái)、切除、孔等）及操作（如圓角、倒角、抽殼等），圖1-4所示為凸臺(tái)和圓角這兩種特征。
圖1-3 二維草圖經(jīng)拉伸生成特征
圖1-4 特征
1.1.3 設(shè)計(jì)方法
零件是SOLIDWORKS系統(tǒng)中最主要的對(duì)象。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)方法是由平面（二維）到立體（三維），如圖1-5（a） 所示。首先工程師設(shè)計(jì)出圖紙，然后工藝人員或加工人員根據(jù)圖紙還原出實(shí)際零件。然而在SOLIDWORKS系統(tǒng)中卻是工程師先直接設(shè)計(jì)出三維實(shí)體零件，然后根據(jù)需要生成相關(guān)的工程圖，如圖1-5（b） 所示。
（a）傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)方法??????????（b）SOLIDWORKS的設(shè)計(jì)方法
圖1-5 設(shè)計(jì)方法示意圖
此外，SOLIDWORKS系統(tǒng)的零件的構(gòu)造過(guò)程類(lèi)似于真實(shí)制造環(huán)境下的生產(chǎn)過(guò)程，如圖1-6所示。
圖1-6 在SOLIDWORKS中生成零件
裝配件是若干零件的組合，是SOLIDWORKS系統(tǒng)中的對(duì)象，通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的功能。在SOLIDWORKS系統(tǒng)中，用戶(hù)先設(shè)計(jì)好所需的零件，然后根據(jù)配合關(guān)系和約束條件將零件組裝在一起，從而生成裝配件。使用配合關(guān)系，可相對(duì)于其他零部件來(lái)精確地定位零部件，還可定義零部件如何相對(duì)于其他的零部件進(jìn)行移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。繼續(xù)添加配合關(guān)系，還可以將零部件移到所需的位置。配合關(guān)系是在零部件之間建立的幾何關(guān)系，例如共點(diǎn)、垂直、相切等。每種配合關(guān)系對(duì)特定的幾何實(shí)體組合有效。
圖1-7所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的裝配體，由頂蓋和底座兩個(gè)零件組成。設(shè)計(jì)、裝配過(guò)程如下。
圖1-7 在SOLIDWORKS中生成裝配體
（1）設(shè)計(jì)出兩個(gè)零件。
（2）新建一個(gè)裝配體文件。
（3）將兩個(gè)零件分別拖入新建的裝配體文件中。
（4）使頂蓋底面和底座頂面重合，頂蓋的側(cè)面和底座對(duì)應(yīng)的側(cè)面重合，將頂蓋和底座裝配在一起，從而完成裝配工作。
工程圖就是常說(shuō)的工程圖紙，是SOLIDWORKS系統(tǒng)中的對(duì)象，用來(lái)記錄和描述設(shè)計(jì)結(jié)果，是工程設(shè)計(jì)中的主要檔案文件。
用戶(hù)根據(jù)設(shè)計(jì)好的零件和裝配件，按照?qǐng)D紙的要求，通過(guò)SOLIDWORKS系統(tǒng)中的命令生成各種視圖、剖面圖、軸側(cè)圖等，然后添加尺寸說(shuō)明，得到最終的工程圖。圖1-8所示為一個(gè)零件的多個(gè)視圖，它們都是由實(shí)體零件自動(dòng)生成的，無(wú)須進(jìn)行二維繪圖設(shè)計(jì)，這也體現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。此外，當(dāng)對(duì)零件或裝配體進(jìn)行了修改，對(duì)應(yīng)的工程圖也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變。
（a）零件???????????????（b）主視圖?
??（c）俯視圖?????????????（d）左視圖
圖1-8 在SOLIDWORKS中生成的工程圖