三维实体建模技术

1、第一章三维实体建模技术学习重点了解三维实体建模设计的特点和一般过程；熟释NX 3.0的各个功能面板，建模方式以及模型分析功能；掌握NX 3.0关于草图绘制，零件设计，装配设计，工程图设计的基本操作。1.1概述三维建模设计不同于二维绘图设计，二维绘图设计在一个平面上即可完成，而三维建模设计是在三维空间中进行，建立的模型具有长度，高度，宽度三个方向的尺寸。在三维建模设计中，首先建立在工作空间的坐标系（包括原点，坐标轴和基准平面），然后在草绘平面绘制模型的特征截面或扫描轨迹，并根据参照平面放置特征截面的各图形元素，对二维特征截面进行拉伸，旋转，扫描等操作，可生成三维模型的基础特征。特征是构成三维模型

2、的基础，各中各样的三维模型就是由不同的特征按照一定的设计要求进行组合所形成的集合体。NX 3.0软件系统是美国 UGS公司研制的一套由设计到制造的一体化三维软件，是新一代的产品造型系统。本章所有操作界面，设计流程以及模型均在NX 3.0环境中进行。1.2实训1机械零件实体模型建立1.2.1 问题描述零件设计是机械设计的基础，通过对零件进行实体设计，可以使设计过程更加直观，并尽量多地获取零件的体信息。零件实体建模的基本技术是基于特征的，任何零件的建立都离不开特征的建立，而参数化绘制是创建各种零件特征的基础，贯穿整个零件建模过程。熟悉掌握特征截面的参数化草图绘制技术，进而由截面草图生成零件特征的操

3、作技术，是进行图1-1轴、键和半联轴器的实体模型三维 设计 的基 本功。本章以机械设计中常用零件轴，键，半联轴器的设计为例，简要说明在NX 3.0环境中进行零件设计，装配体设计和工程图设计的建模过程。1.2.2 实训目的熟悉NX 3.0的操作界面，了解个功能面板；了解用 NX 3.0进行零件三维实体建模的 设计过程，初步实验用NX 3.0进行计算机辅助机械设计的强大功能。1.2.3 结果演示在NX 3.0环境下对轴、键及半联轴器零件进行三维实体建模，完成后的结果如图1.2.4 实训步骤1-2 NX3.0的主界面建立轴的零件模型一 NX 3.0的启动在计算机的桌面上双击NX 3.0图标，或通过“

4、开始/程序”菜单运行 NX 3.0。NX 3.0程序主界面如图1-2所示二建立新文件1 .单击下拉菜单"文件（F）新建（N）”，或单击“新建”命令按钮，打开“新建”对话框。应卬苫埼口moo 型组图1-3新建零件对话框2 .文件类型为部件文件，在文件名一栏输入要创建的文件名 称，不选择“非主模型”前的复选框。如图 1-2所示。3单击“ok”按钮进入零件设计环境。4点击应用菜单项，选择要进入的模块，如建模、外观造型 设计、制图、加工、结构分析、运动分析、钺金、电气线路、装 配等。如图1-4所示。下面的说明操作是在建模模块的环境中进 行的。立现营壁希广山CUI+K.VTC制助.愀珞*口1*

5、口施工期.仅1加td卜蜀帆杆国.UdHfL" Pii'i.用耶桁皿，1,定三强nr .L昔路后，至世港唯f?s用仁彷蚓向导通j 说演向号3常配皿Ctrl+*ltH|基岬览叫Ch-lKfl用户界面睡班I）1-4 NX3.0模块组成调整窗口显示状态单击工具栏命令按钮可调整模型窗口的显示状态，并可以调整窗口的大小。四建立草绘特征,可以关闭一些层的显示）1点击菜单“格式层的设置”或有;进入层的设置对话框设定工作层（草图所在层,般21-40层用来设置为草图层，以后可以用层来管理复杂模型2.单击菜单“插入 -草图”或者单击工具按钮打开草图绘制的特征面板,选才i X-YY-Z、X-Z三个基

6、准平面或者偏置一个基准平面作为草图平面，点击一确定，进入草绘环境（如图 1-5）。-IDlxi名鬓= Ai1 等粮型视药 T 金云施用堂僚 fc胡汽寿广使用酩箝海暇击，郑;在而移1-5草绘环境界面进行草3利用草图绘制的命令工具按钮图的绘制，并利用命令工具按钮“不（"q ”运N给绘制的草图标注尺寸。绘制的轴的草图如图1-6所示。4选择按钮,完成草图绘制并退出草图绘制模块。图1-6旋转轴的草绘图形四建立旋转特征1 .选择一个草绘特征（图 1-6的草图），单击菜单“插入-设计特征-回转”或者单击工具按钮,打开回转特征对话框（如图1-5 ）。2.点击轴和角，状态栏提示用户选择一个轴，选择1-

7、6图形的中心轴确定后，跳出回转参数设置对话框（图1-8）,在回转参数设置中输入角度范围0-360 ,单击确定完成旋转轴的绘制。二棚砥二二二二二H修剪至面在两个面之间裁翦I确定后退| _取消五观察模型利用工具栏按钮中与模型显示相关的命令按钮 和三键鼠标配合，可以采用多种方式，方便的观察 模型。先将与模型显示相关的命令按钮以及鼠标操作 方法介绍如下：1.主工具栏中部分与模型操作有关的命令按钮：模型调整至与窗口适合的大小，虫放大选图1-7回转对话框第包转体起始角国度终点角度国度第一偏置|3曷米第二偏置|q毫米确定|后退|跟图1-8回转参数设置四±1±1±1±1

8、旋转视图,取的视区范围，、根据鼠标移动的方向放大或缩小视区范围。图。,以着色方式显示模型， 显示线框模型。2 .使用鼠标操作观察模型。在NX3.0中使用的鼠标必须是三键鼠标，否则许多操作不能进行。下面对三键鼠标在 NX3.0中的常用操作说明如下：左键：用于选择菜单，工具按钮，明确所绘制图形元素的起始点和终止点，明确文字注释位置，选择模型中对象等。中键：单击中键表示结束或完成当前操作，一般情况下与菜单中的完成选项，对话框中的确定按钮，特征操作面板中的确认按钮的功能相同。此外，鼠标中键还用来控制模型的视觉转换，所放模型的显示以及移动模型在视区中位置等。具体操作如下：按下鼠标中键并移动鼠标，可以任何

9、方向旋转视区中的模型。对于鼠标中键为滚轮的鼠标，转动鼠标滚轮可放大或缩小视区中的模型。同时按下CTRL键和鼠标中键，上下移动鼠标可放大或缩小视区中的模型同时按下Shift键和鼠标中键，拖动鼠标可平移视区的模型。右键：选中对象（如工作去，模型树中的对象，模型中图元元素等），单击鼠标右键，显示响应的快捷菜单。3 .按住鼠标中键，拖动鼠标观察模型。观察过程中可单击工具栏中的按钮控制基准的显 示状态，也可以单击工具栏中的按钮控制模型的显示方式。六建立一个基准平面,出现基准平面控制面板1.单击菜单“插入-> 基准/点-> 基准平面”或单击按钮,单击控制面板的第一个按钮打开基准平面对话框。如图

10、 1-9。2.在平行、重合、垂直、相切等多个约束类型中选择平行，选择一个已经存在的面，如三个基准面中的 X-Y基准面，在偏置文本框中输入“ 20”，单击确定产生个与X-Y基准面平行的相距为 20的基准面。七切割键槽或单击拉伸工具按钮,出现拉伸特征面板,单击拉伸特征面板的第一个按钮-特征对话框按钮，弹出拉伸特征对话图1-9基准面对话框1.选择要拉伸的草图，单击“插入-> 设计特征-> 拉伸”2.在“拉伸对话框”中选择拉伸方向,布尔运算下拉框中选择求差。设定草图拉伸的图1-11拉伸对话框图1-10插入基准平面框。如图1-11所示。起始和终了位置值，在缺省方向下结 束值输入“ -5 ”。

11、偏置是设定草图拉 伸时其轮廓向内或向外的偏值距离。3.单击确定按钮，退出拉伸对话 框，完成对草图的拉伸。形成的 键槽模型如图1-12所示。图1-12键槽模型图1-13倒角对话框图1-14倒角偏置值输入对话框八建立倒角特征1.单击菜单“插入-> 细节特征->倒角”或点击工具栏按钮 ./。弹出倒角对话框,第一个 对 话 框 选择单个偏置，第二个对话框选择要倒角的边，依次选择 1-12所示轴两端边线即可，在倒角偏置值输入对话框中输入偏置值1.5。按确定按钮完成图1-15平键拉伸截面草图图1-14 倒角特征建立。轴零件完成的最终模型如图1-14所示。2保存文件。建立平键模型一、使用拉伸工具

12、建立平键模型1、同上面建立轴一样，首先新建平键文件“key”，单击菜单“应用-> 建模”或单击命 令按钮孰,进入建模模块环境。2、草绘平键截面，如图 1-15所示。3、选择1-15的草图作为要拉伸的草图，单击“插入 -> 设计特征-> 拉伸”或单击拉伸工具按钮.,出现拉伸特征面板,单击拉伸特征面板的第一个按钮-特征对话框按钮，弹出拉伸特征对话，在拉伸对话框中拉伸距离的起始值和结束值分别输入0和8mm单击确定完成平键的拉伸。如图 1-16所示。图1-16平键模型44、保存模型文件。建立联轴器零件模型一、建立新文件新建一个“零件”文件，名称为“ clutch ”。二、建立旋转特征

13、1.增加一个草绘图层，图层号为 21,在21层上草绘一个牛I征（如图 1-17所示）。p2=2OoGOO绘-g 科一 7的草图制" 市U用 图1-17联轴器回转草图需要注意的是，在绘制与 XC轴距离为20mmJ线时，需要绘制一根与 XC轴重合的直线。方法是先绘制一根直线，然后设置该直线与XC轴重合的约束。具体步骤是单击命令工具按钮。，按状态条提示选择该直线与 XC轴，然后出现约束工具面板 、, 上，单击飞设置该直线与XC轴重合。因为该直线不参与旋转，因此将该直线设置外参考线。方法是单2.击命令工具按钮II' ,出现转换为参考 的对话框，选择该直线，按确定按钮， 即将该直线转换

14、为参考线。单击菜单“插入-设计特征-回转”或者 单击工具按钮,，打开回转特征 对话框（如图1-18）。选择曲线链，然 后依次选择草图1-17中的线段，参考线 除外。图1-18回转对话框3.4.下面的步骤和旋转轴零件一样，当出现1-7所示的回转对话框时，选择轴和角度选项，旋转轴选为XC轴，角度输入0和 360。完成的联轴器模型如图1-19所示。建立孔特征1、在生成孔特征之前，先在联轴器底面生成一参考圆，如图1-19虚线所示。图1-19联轴器模型参考圆用于将来确定孔的位置。2、单击命令按钮或单击菜单“插入 -> 设计特征-> 孔”，进入生成孔对话框，如图1-20所示。在类型项选择要生成

15、的孔类型为简单孔，在选择步骤 项先选择放置面为联轴器底面为孔的放置面，第二步选择孔要通过的面或者输入孔的深度，因为本例的联轴器的孔为通孔，因此选择通过的面为孔的选择步骤过滤器丽H81±1±1±1米十荃亳输入孔度皿的 确定围用职消福1-20生成孔对话框等尺寸参数。方向为缺省方向，如需 改变孔生成方向，单击反侧按钮。点 击确定，进入孔定位对话框，如图 1-21所示。3、在定位对话框中确定孔的位置，确定 位置选项有水平、竖直，平行、垂直、图1-21孔定位对话框图1-22孔模型点到点、点到线。先选择垂直，按状态栏提示选择X-Y平面为目标对象,输入垂直距离为0,将圆心调整到

16、 X-Y平面上，再选择点到点，按状态栏提示选择图1-19中的参考圆。出现孔中心点与所选择的参考圆的弧位置设置的对话框（1-21下图），选择相切点。完成孔的定位。4、完成的孔模型如图1-22所示。四、阵列孔特征1、单击：命令按钮或单击菜单“插入 -> 关联复制-> 引用”，进入引用对话框， 如图1-23所示。选择环形阵列。进入图1-23引用对话框1招1-24引用对话框图1-26阵列孔模型1-24所示的引用对话框，在对话中选择选择SIMPLE_HOL或者在图面上选择要阵列的孔，按确定按钮，进入1-25所示的引用参数设置对话框。2、在参数设置中，在阵列的数量以及阵列的角度文本框中分别输入

17、5和72。iMe th口 A行一般r简单r相同的薇子阂 土|用度日01度确定I后退1 取梢1-2*ifc251建照对话框二二二麴最二二二 II确定I后度I 眼消图1-26引用对话框14、按确定进入1-26所示的引用对话 框，单击基准轴，选择基准轴中的 XC轴，确定完成孔特征的阵列， 阵列后的模型如图 1-26所示。五、建立键槽特征1、选择图1-26中的联轴器底面， 草绘键槽拉伸截面。开始随便绘制 一个大小的矩形，然后通过尺寸约 束来确定矩形的位置和大小。最终 的键槽截面尺寸如图 1-27所示。在给矩形添加几何尺寸约束时，需要添加一条中心参考线作为辅助尺寸线。2、选择1-27作为要拉伸的草图，单

18、击“插入-> 设计特征-> 拉伸”或单击拉伸工具按钮一”,出现拉伸特征面板上 “ jK ,单击拉伸特征面板中的第一个按钮-拉伸对话框按钮，进入拉伸特征对话框 （图1-11）。单击方向按钮，取缺省方向的相反方向。在布尔运算下拉框中选择求差项，用以切除原来实体。拉伸距离的起始和终了文本框中分别输入。和88。按确定完成键槽的切除拉伸。完成的键槽图1-27键槽截面草图模型如图1-28所示。图1-28键槽模型4、保存文件。六、建立倒角和圆角特征图1-29生成孔对话框1、单击菜单“插入-> 细节特征-> 倒角” 或点击工具栏按钮J ,弹出倒角对话框。选择单个偏置，然后选择 1-28

19、图中黑色箭 头所指的三条边。输入偏置值1,完成倒角特征的创建。2、单击菜单“插入 >细节特征 >边倒圆” 或者选择工具按钮 二,弹出边倒圆特征操 作面板修|曜«,单击第一个按钮-边倒圆按钮，弹出边倒圆特征对话框。按照状态栏的提示选择图1-28中红色箭头所指的10条边，输入倒圆半径值 2,完成对边倒圆的操作。完成的模型如图1-29所示。3、保存文件。1.3实训2机械零件实体模型的装配1.3.1 问题描述完成零件设计后，将设计的零件按照设计要求的约束条件或连接方式装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。利用NX3.0提供的“组件”模块可实现模型的组装，在NX3.0系统中，

20、模型装配的过程就是按照一定的约束条件或连接方式，选择合适的约束类型，将各零件组织成一个整体并能满足设计功能的过程。要完成一个零件的完全约束，一般可能需要同时满足多个约束条件，NX3.0提供了十几种约束类型供用户选用，现将常用约束类型的意义简介如下：匹配：使两平面或基准匹配，法线方向平行切指向相反方向。对齐：使两平面或基准匹配，法线方向平行且指向方向（基准点互相对齐或使孔、弧的中心轴共线。插入：使两个零件指定的旋转面共旋转中心线。自动：默认的约束条件，系统会按照所选择的参照特征，自动选择合适的约束条件。1.3.2 实训目的熟悉并理解各种装备的约束类型；掌握零件装备的基本方法；掌握组建分解图的建立

21、方 法；能进行组建的装配间隙与干涉分析。1.3.3 结果演示图1-30是将前面所建立的轴、键和联轴器装备在一起的装备模型图。1.3.4 实训步骤一、建立新文件lOlxlW,上 j 电- rhstt irti里程不像吞便用M： 3或后灯市茎一前款图1-31装配环境界面R目。目H件文件c.编辑 观现也插入国 格式® 工具 帮助叱f O D 十.1、新建文件有两种路径， 一种是在零件建模环境下单击“应用-装配”或单击“装配”人 一、，r命令按钮声,进入装配环境，如图1-31所示。原来的2、零件自动成为装配体中的一个部件。为 shaftasm。另一种是打开文件“新建”对话框, shaftas

22、m,其后缀名仍然是 "prt" 装配”或单击“装配”命令按钮 此时装配体中无零部件。装载零件轴凶X施探演件在文件菜单中另存新建一个部件。然后单击“应用rr立,进入装配环境,图1-32选择部件图1-33添加已有部件对话框及组件预览框1、单击菜单“装配 组彳添加已存的”或 单击菜单“装配 组彳4 新建”或者单击加入已存的组件命令安钮,在弹出的选择部件对话框中，可以选择已经载入的部件，也可以单击选择部件文件按 钮，弹出打开文件对话框，找到要插入 的部件单击确定,弹出1-33所示的添 加已有部件对话框及组件预览框。预览框中可看到预备插入的部件的结构。在添加部件时存在几种方式的定位，

23、一种 是绝对定位，单击确定打开点构造器对 话框，如图1-34所示。在点构造器对图1-34选择部件话框中可以输入插入部件的安放点的坐标（待插入部件的坐标原点与该坐标点重合）。当然更多的时候不是输入具体的绝对坐标位置，而是按照缺省值插入，插入到装配体窗口中以后再对插入部件进行调整、移动和配对的操作。 插入已存的部件的另一种定位方式是在添加已有部件对话框中（图1-33）选择配对，单击确定弹出配对条件对话框，如图1-37所示。其中给出了多种配对类型。分别有：配对、对齐、角度、平行、垂直、中心、距离、相切等。2、保存文件。、装配键1、单击菜单“装配 组件添加已存的”或单击菜单“装配 组彳新建”或者单击加

24、入图1-35插入键部件已存的组件命令安钮+ ,在弹出的选择部 件对话框中，可以选择 已经载入的部件，也可 以单击选择部件文件按 钮，弹出打开文件对话 框，找到要插入的部件 key单击确定，弹出1-35 所示的添加已有部件对 话框及组件预览框。在 预览框中可以对模型进 行旋转移动等显示操作。 在添加已有部件对话框图1-36配对条件设置中，在引用集下拉框中选则整个部件， 在定位下拉框中选择配对，层选择工 作层。单击确定，2、此时，装配体显示在主窗口中，待 插入部件显示在组件预览窗口中。选 择图1-37种配对类型中的第一个按钮-“配对”，然后分别在主窗口与预图1-38对齐条件设置览窗口选择1-36所

25、示的两个面，单击应用,“配对条件轴与键之间即加入了第一个约束条件，也就配对条件。结果如图1-38所示。3、目前已经给平键加了一个约束，是平键底 面与轴上键槽底面的配对。继续单击图 1-37 对话框中配对类型的第二个按钮-“对齐”按钮，分别选择主窗口中键槽的圆弧面和预览窗 口中平键的一端圆弧面（如图1-38所示），单击应用，即完成了轴与键的另一个约束一两 个圆弧面的对齐。结果如图1-39所示。4、现在，平键和轴之间有了两个约束，一个 是平键底面与轴上键槽底面的配对约束，一个是平键一端圆弧面与轴上键槽一端圆弧面的 对齐，有了这两个约束还不能完全定位平键， 平键尚有一个自由度，还需要一个平键侧面与

26、轴上键槽侧面的配对约束来完全定位平键。选择主窗口中的轴上键槽侧面和预览窗口中平 键侧面，如图1-39所示，单击应用，完成平 键与轴的配对约束。至此平键得到了完全定位， 完全装配后的结果如图 1-40所示。Wf-决定义部件配对类型|田口幺赤乜“廿启中心对藤至1刁选择步骤一 一吃观 山过滤器而 3距离表达式|毫米 工1颈猿 | 列出错展 |改一约束|确定I应用I取消|图1-37配对条件设置对话框3山£:卸- ST Kflf-Mjft riR型对-F面讦面图1-39配对设置对齐-国it瑕碘甯利干市南-平面评酒图1-40装配后的模型5、装配后平键和轴之间具备了三个约束，如图1-40所示，点击

27、其中任何一个约束，在右键下拉菜单中可以对其完成删除、转换的操作，同时在主窗口中显示该约束参与的面。四、装配半连轴器1.为了便于选择操作，将“键”零件模型进行隐藏。方法是在装配导航器中选中“键”零件，在右键菜单中单击隐藏或者在导航器中键（key）零件前的复选框取消,如图1-41所示。2 .如果待插入的联轴器是作为子装配体Key的一个部件，那么可以点击Key,在其右件下拉菜单中选择“使成为工作部件”的按钮。缺省状况下shaftasm是工作部件,插入的联轴器是作为 shaftasm的一个部件。其等级和Key平行。3.联轴器的装配可以和平键的装配过程一样，在插入时定位方式选择 “配对”插入,这样在给轴和联轴器加约束时，轴和联轴器0装配耳毓黑描述文件名E %的 shaftasm回国使成为显示部件 品系父本 关闭施替换引用集替以一 比配对.一 7童定位一JB抑制一电复制X归除卜口-图1-41装配导航器分别在主窗口和预览窗口中，操作起来比较困难。图1-42添加部件定位 层选项 层卵春加已有部件|- 后退 取消现在可图1-43插入联轴器部件钮+ ,在弹出的“打开”对话框图1-44组件重定位图1-46对齐约束参考的选取图1-45重定位后的联轴器部件中选择 “clutch.prt ”模型文件，单击确定弹出 1-41添加部件对话框，同时连轴器零件模型显示在预览模型窗口中。在引用