机械CAD-CAM上机指导及练习教程

第1章机械CAD/CAM系统软件1.1UGNX系统1.2Pro/E系统1.3其它典型机械CAD/CAM软件简介1.4思考题

20世纪90年代以后，随着改革开放的深入和经济全球化步伐的加快，我国在CAD/CAM领域与世界迅速接轨。UG、CATIA、Pro/E、I-DEAS、Solidworks、Solidage、Cimatron等世界领先的CAD/CAM软件纷纷进入我国，并在国内的生产领域得到广泛应用。本章主要介绍几款目前国内应用较广泛又各具特色的软件。1.1UGNX系统1.1.1UGNX系统的特点及组成模块

1．UGNX的主要特点

UGNX是UGS公司的新一代CAD/CAM产品开发系统。其主要特点为：

(1)提供无缝集成的产品开发环境。UG是一个集CAD/CAE/CAM于一体的集成化系统，应用UG可以完成产品从概念设计、外观造型、详细设计、图纸生成、运动与受力受热分析、零件数控自动编程到文档建立的全过程。整个系统采用统一的数据库，使得各模块能完全相关地共享零件和产品模型的数据，减少了同类型数据的重复存取，也为协同工作提供了基础。

(2)支持自顶向下的产品设计。该系统从整体的产品概念出发开始产品的设计过程。它从产品总体设计入手，通过应用主模型技术、自顶向下的设计方法和上下文设计，逐步设计出每一个零件。小到家庭用品，大到复杂的机械，UG都可以为用户提供产品级的解决方案。

(3)支持协同工作。设计过程在Internet技术的支持下，可以多人异地协同工作，每人负责自己的设计任务。在各自的设计任务与访问权限下，同一产品的设计阶段甚至加工阶段可以同时进行，由系统完成产品的自动更新。不同的设计人员和工程师都可以在同一时间对产品范围内的不同零件、不同组件和不同子装配进行工作，这就意味着某个设计人员在产品下的改动可以立即被所有的产品相关人员捕捉和获得。同一模型文件中，各几何对象之间保持完全的相关性。

(4)提供了基于知识的专家设计模块。该系统利用知识驱动的方法，集合了设计专家的智慧，针对具有通用性的不同产品设计，提供了多个智能化的模块。目前已经开发的智能模块有主要针对塑料模具设计的模具向导(MoldWizard)、主要针对齿轮传动装置设计的齿轮工程向导(GearEngineering)、主要针对金属冲压模具的冲模工程向导(DieEngineeringWizard)等，并且这些模块还在逐步增加。

(5)提供了开放式接口。UG提供了方便而先进的用户开发工具，供用户进行二次开发。其主要工具除了GRIP脚本设计语言外，还有OpenAPI和Open++工具。它们支持用户通过C++和Java语言进行二次开发，支持面向对象程序设计的全部技术。同时，UG还提供了所有现行工业通用图形标准格式的数据交换接口，支持如IGES、STEP、SAT、DXF、STL等流行的数据交换标准。

2．UGNX的组成模块及其功能

(1)产品外观造型(ShapeStudio)：为工业设计师或汽车造型师等提供了一个在概念设计阶段自由表达设计意图和创造性改进设计的集成化设计环境。

(2)产品装配(Assemblies)：即产品的虚拟装配模块，支持“自顶向下”和“自底向上”的装配建模方法，可以快速跨越装配层来直接访问任何组件或子装配的设计模型；支持装配过程中的“上下文设计”方法，因而在装配模块中可改变组件的设计模型。

(3)零件建模(Modeling)：用于产品部件的三维实体特征建模，支持实体建模(SolidModeling)、特征建模(FeatureModeling)、自由形状建模(Free-FormModeling)、钣金特征建模(SheerMetalFeatureModeling)和用户自定义特征(User-DefinedFeatures)等。

(4)工程制图(Drafting)：根据已经建立的三维模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。

(5)数控加工(Manufacturing)：用于数控加工自动编程，支持2轴、2.5轴、4轴和5轴的加工编程；提供车削加工、铣削加工、线切割加工等多种加工方式。

(6)产品分析(Analysis)：包括结构分析模块(Structures，即有限元分析工具)、运动分析模块(Motion)和注塑模分析(MoldflowPartAdviser)等。

(7)其它模块：钣金(SheetMetal)，用于钣金件的设计和编程技术；管道布线(Routing＆WireHarness)，为设计好的产品实体装配模型设计并规划各种管路和线路，包括水管、气管、油管、电气线路等；照片(UGPhoto)模块，用于产生模型的真实感照片，通过反射、透明、着色、纹理等技术，使产品模型的照片更接近于实际产品的照片。1.1.2UGNX用户界面

1．用户界面

UGNX(这里以NX4.0为例)用户界面如图1.1所示。其用户界面大致由标题栏、菜单栏、工具栏、工作区、坐标系、快捷菜单、资源工具条、提示栏和状态栏等9个部分构成，各部分的功能见表1.1。UG的主要应用程序(图标)如图1.2所示。图1.1UGNX用户界面表1.1UGNX用户界面各部分的功能图1.2UG应用程序

2．动态导航器

UGNX的动态导航器放在整个软件的右边，对于不同模块都有各自不同的动态导航器，如图1.3所示。在模型(部件)导航器上显示建模的先后顺序和父子关系；在装配导航器上显示装配的层次关系。最重要的是，对于每一种导航器，都可以直接在相应的项目上用鼠标右键单击，在弹出的快捷菜单中快速地进行各种操作。另外，还有显示依附关系和细节尺寸的两个附加窗口，借助这两个窗口，可以很方便地修改相应的尺寸和父子关系。图1.3动态导航器

3．工具栏定制在UG中，可以由用户根据自己的习惯定制风格独特的工具栏。在菜单栏中执行“工具”→“自定义”命令，或者在工具栏空白处的任意位置单击鼠标右键，从弹出的菜单中选择“自定义”项，就可以打开“自定义”对话框，如图1.4(a)所示。该对话框中有5个功能标签：工具条、命令、选项、布局和角色。单击相应的标签后，对话框会随之显示对应的选项卡，即可进行工具栏的定制。图1.4(b)所示为“命令”选项卡。定制完成后，执行对话框下方的“关闭”命令，即可退出对话框。图1.4工具栏定制对话框1.1.3UGNX的基本操作

UGNX中的基本操作有点构造、矢量构造、类选择、构造坐标系、图层操作等。下面介绍它们的使用方法和功能。

1.点构造点构造是UGNX使用过程中最常遇到的操作。“点构造器”对话框如图1.5所示，利用该对话框可以构造和选择各类点。“点构造器”对话框中各图标的功能如表1.2所示。表1.2“点构造器”对话框中各图标的功能注：在使用“点构造器”时，可以通过偏置的方法建立点，就是在已经存在的点的基础上，通过给出其偏置值建立新的点。图1.5“点构造器”对话框图1.6“矢量构造器”对话框

2.矢量构造矢量构造器是UGNX用来完成矢量构造的常用工具。例如，在将要讲到的拉伸操作中，在“拉伸”对话框中单击“方向”按钮，系统将弹出如图1.6所示的“矢量构造器”对话框，对话框中各个图标的功能如表1.3所示。在“矢量构造器”对话框中，可分别选择“笛卡尔”和“球形”单选按钮。矢量可以用它在X，Y，Z三个坐标方向上的分量I，J，K来表示，它们分别代表矢量对各坐标轴夹角的方向余弦，例如I=cosA，A为矢量在XC-YC平面上的投影与XC轴的夹角。I，J，K的参数取值范围为实数。同时，可用图标确定矢量的方向。表1.3“矢量构造器”对话框中各图标的功能

3．类选择“类选择”对话框如图1.7所示。在该对话框中，通过各种过滤方式和选择方式可以快速地选择对象，然后对对象进行操作。选择对象的常用方式有3种：

(1)在“名称”文本框中输入对象名称来选择对象。

(2)用鼠标直接选择对象，系统会将选择的对象加亮显示。

(3)在“过滤方式”栏中，可采用“类型”过滤方式，也可采用“图层”过滤方式和“颜色”过滤方式等。图1.7“类选择”对话框

4．构造坐标系在UG系统中主要采用的是工作坐标系(WCS)。工作坐标系是用户当前使用的坐标系，其坐标原点的位置和坐标轴的方位是可改变的。在系统中可以存在多个坐标系，但是只能有一个是工作坐标系。坐标系的操作方法如下：选择“格式”→“WCS”菜单，系统将弹出“显示WCS”下拉菜单，如图1.8所示。选择系统菜单中的选项，可以完成坐标原点位置和坐标轴方位的设置，从而完成对坐标系的操作。

坐标系平移(变化坐标系原点)：选择“格式”→“WCS”→“WCS原点”命令，系统将弹出“点构造器”对话框，如图1.9所示。在该对话框中选择或者建立点，坐标系的坐标原点将移动到该点，但是坐标轴方位不变。图1.8WCS下拉菜单图1.9“点构造器”对话框(设置坐标原点)

旋转工作坐标系：选择“格式”→“WCS”→“旋转WCS”命令，系统将弹出“旋转WCS绕…”对话框，如图1.10所示。在该对话框中，可以将当前的坐标系绕某一轴旋转一定的角度后定义新的坐标系。例如，在图1.10中选择“-ZC轴：YC→XC”，则表示原坐标系绕-ZC轴进行旋转，旋转方向为从YC轴到XC轴，旋转角度为对话框下方“角度”文本框中的设定值。图1.10旋转工作坐标系对话框

动态坐标系：选择“格式”→“WCS”→“动态WCS”命令，系统将出现如图1.11所示的“动态坐标系”。选择动态坐标系中的移动或旋转把手，可进行坐标系的移动或旋转。图1.11动态坐标系

5．图层操作在UG中最多可以设置256个层，在每个层上可以包含任意数量的对象，所有的对象也可以位于同一个层。但是，在所有的层中，只有一个层是工作层。通过设置，可以改变其他图层是否可见、是否可选择等属性。层的设置可以方便操作和管理结构比较复杂而耗时较长的大型项目的设计。

1)建立层组选择“格式”→“层设置”命令，系统将弹出“图层的类别”对话框，如图1.12所示。建立层组的操作步骤如下：

(1)在图1.12的“类别”文本框中，输入新建层组的名称。设置层组的目的是为了分类管理和提高操作效率。因此，为层组命名时，应尽量选择具有特定意义的名称。

(2)单击“创建/编辑”按钮，系统将弹出如图1.13所示的“图层的类别”对话框，在该对话框中选择层组所要包括的层，单击“添加”→“确定”按钮，新建层组完成。

图1.12“图层的类别”对话框图1.13选择层组所要包括的层

2)设置层组选择“格式”→“层设置”命令，系统将弹出“图层的设置”对话框，如图1.14所示。在该对话框中可以对层进行设置，可以查询层的信息，还可以对层组进行编辑，如层的选择、层的状态设置等。层的状态有4种，分别为“可选”、“作为工作层”、“不可见”、“只可见”。同时，可以通过移动或复制到层操作，将所选对象在不同层之间进行移动或复制。图1.14“图层的设置”对话框图1.15“新建布局”对话框

6．视图布局视图布局是指按照用户定义的方式在图形区域显示的视图集合。一个视图布局最多允许同时排列9个视图，用户可以在布局中的任意视图内选择对象，并且视图可以随同部件文件一起保存。“新建布局”对话框如图1.15所示。

7．观察对象

UG各模块在使用过程中，常需要改变观察对象的方法和角度，以便进行操作和分析研究，这时可用“视图”工具条图标(如图1.16所示)来变换观察对象的方式。图标的主要功能介绍如表1.4所示(也可在绘图区中按下鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择相同的功能)。图1.16“视图”工具条表1.4“视图”工具条中各图标的功能1.2Pro/E系统1.2.1Pro/E系统的特点及组成模块

1．Pro/E的特点以Pro/E为代表的软件体现了机械设计参数化、基于特征造型的概念，给机械设计自动化带来了新的观念和手段。

Pro/E具有以下特点：

(1)基于特征。特征是Pro/E软件的基本设计单元，Pro/E以用户每次创建一个特征的方式进行三维造型，如拉伸(Extrude)、旋转(Revolve)、孔(Hole)、切除材料(Cut)、圆角(Round)等；同时，用户可以对特征进行顺序调整(Regulate)、插入(Insert)、重定义(Redefine)等编辑操作。

(2)参数化。实体特征或曲面特征一般是基于一个或几个剖面创建起来的。一个剖面就是一个二维几何图形，它包括图形元素、尺寸、几何约束或尺寸参数关系式等，修改剖面尺寸会产生新的特征形状。

(3)数据关联。三维实体模型和二维工程图是关联的，不论是对三维实体模型还是对二维工程图修改了尺寸，其相关的二维工程图或三维实体模型均自动修改，同时，零件装配、零件加工等其他相关数据也会自动改变，从而保证了图形数据的准确性。因此，Pro/E又被称为基于特征的、参数化的三维实体建模软件。

2．Pro/E的组成模块及其功能

Pro/E是由多个功能模块组成的大型软件，常用模块有5个，每个模块都有其独立的功能。

(1)草图模块：用于绘制和编辑二维平面草图。在进行零件三维特征造型时，需要进行草图轮廓绘制。

(2)零件设计模块：用于创建三维模型。这是Pro/E在产品设计时进行参数化实体造型最基本也是最核心的模块。

Pro/E建模方法模仿真实的机械加工过程：首先创建基础特征，这就相当于在机械加工之前生产毛坯；然后在基础特征之上创建放置特征，如创建圆孔、倒角、筋特征等，每添加一个放置特征，就相当于进行一道机械加工工序。使用Pro/E进行三维模型创建的过程，实际上就是使用零件模块依次创建各种类型特征的过程。这些特征之间可以彼此独立，也可以相互之间存在一定的参考关系，例如特征之间存在的父子关系等。在设计中，特征之间的相互联系不可避免，建议读者应尽量减少特征之间复杂的参考关系，这样可以方便地对某一特征进行独立的编辑修改。

(3)零件装配模块：使用Pro/E装配模块可以轻松完成零件的虚拟装配。在装配过程中，按照装配要求还可以临时修改零件的尺寸参数。另外，系统可使用爆炸图的方式来显示所有零件相互之间的位置关系，效果非常直观。

(4)曲面模块：用于创建各种类型的曲面特征。曲面模块创建曲面特征的基本方法和步骤与使用零件设计模块创建三维实体特征的方法非常类似。

(5)工程图模块：该模块可以直接由三维实体模型生成二维工程图。系统提供的二维工程图包括：一般视图(即通常所说的三视图)、局部视图、剖视图和正投影视图等8种视图类型。设计者可以根据零件的表达需要灵活选取相应的视图类型。

(6) Pro/E的其他模块。Pro/E软件作为功能强大的大型集成软件，其内容覆盖产品从设计到生产加工的全过程。软件套件中还有其他十多个模块可供选用，其中最常用的两个模块是：

① Pro/MANUFACTURING(制造)模块：用于数控加工编程。

② Pro/MECHANICA(仿真)模块：为运行于PRO/E系统的分析工具，能够与第三方分析应用程序紧密连接，也可以单独使用。此外还有Pro/ModelCHECK(模型检查)、Pro/CABBLING(布线系统)、Pro/DEVELOP(二次开发)、Pro/ASSEMBLY(装配管理)、Pro/MOLDESIGN(模具设计)等模块。这些功能模块大多属于选用模块，需要用户另外购买后才能安装使用。1.2.2Pro/E系统用户界面

1．Pro/E软件用户界面(以Wildfire3.0为蓝本)启动Pro/E后的用户界面如图1.17所示。用户界面的区域组成及其含义如表1.5所示。图1.17Pro/E软件用户界面表1.5Pro/E软件用户界面的区域组成及其含义

1)主菜单文件(F)编辑(E)视图(V)插入(I)分析(A)信息(N)应用程序(P)工具(T)窗口(W)帮助(H)主菜单的各菜单命令如图1.18所示，包含了用户进行特征创建、修改、复制等操作所需的命令。图1.18Pro/E软件的主菜单图1.18Pro/E软件的主菜单

2)模型树模型树按特征创建的先后顺序显示当前零件、装配或制造中所包含的特征，如图1.19所示。

3)界面定制用户可根据自己的需要和习惯对用户界面进行设置。设置的操作为：选择下拉菜单中的“工具”/“定制屏幕”，将弹出“定制”对话框(如图1.20所示)，用户可对工具栏内容、模型树位置及大小、信息区显示位置等进行设置。图1.19模型树图1.20“定制”对话框1.2.3Pro/E的基本操作

1．Pro/E的造型操作流程应用Pro/E软件进行零件造型，主要采用的方式是通过二维的剖面图生成三维实体特征。采用该方式进行零件造型的操作过程如图1.21所示。图1.21Pro/E的造型操作流程图1.22模型树中的基准

2．Pro/E中的常用特征

1)基准特征基准特征包括基准面、基准轴、基准曲线、基准坐标系和基准点五类。图1.22所示为模型树中的基准。基准面是Pro/E零件造型中最常用的基准特征之一，缺省的三个基准面为RIGHT、TOP、FRONT。其中：RIGHT相当于侧面，其正方向指向X轴正方向；TOP相当于桌面，其正方向指向Y轴正方向；FRONT相当于屏幕，其正方向指向Z轴正方向。正确判断基准面方向对于零件造型和数控加工来说是非常重要的。

2)实体特征实体特征包括加材料、减材料、孔、圆角、倒角、筋板、壳体、管道、扭拉等特征。其中，加材料、减材料特征又分为若干个子特征。

3)曲面特征曲面特征包括拉伸、旋转、扫描、混合、平整等。1.2.4Pro/E操作实例在Pro/E中进行零件造型时，零件是由一个或多个特征组成的，根据特征构造的顺序和方式不同，可采用多种不同的造型过程。因此，首先要分析特征组成和创建顺序，并先创建主特征，再逐步创建各种辅助特征。图1.23连杆零件特征创建的过程可应用各种基准特征和实体特征，如Extrude(拉伸，加材料)，Extrude(拉伸，减材料)，Round(圆角)，Shell(倒角)，Hole(孔)，Pattern(排列)等。下面通过连杆零件(如图1.23所示)的造型设计来说明Pro/E的基本造型过程。

1．新建零件造型文件在命令菜单中依次点击“文件”→“新建”命令，将弹出“新建”对话框。在“类型”选项组中选中“零件”单选按钮，在“子类型”选项组中选中“实体”单选按钮，在“名称”文本框中输入文件名prt0002(对话框的其他选项按系统的缺省值设置)，如图1.24所示，然后单击“确定”按钮或按回车键即可。图1.24“新建”对话框

2．创建主特征

1)创建底板特征

(1)单击操控板中的“草绘”按钮，将弹出如图1.25所示的“草绘”对话框，选取TOP平面为草绘平面，系统以箭头提示拉伸的生成方向，如图1.26所示。单击“反向”按钮可以使拉伸方向反向，这里采用默认的正向方式。当系统提示选取草图放置平面时，这里选择RIGHT平面，该名称显示在“参照”文本框中。在“方向”下拉列表中可选择该参照的方向，在此不做任何选择。

图1.25“草绘”对话框

图1.26底板的生成方向

(2)开始草图设计。单击“草绘”工具栏中的创建圆按钮，绘制两个圆，圆心对齐基准中心；单击创建直线按钮，绘制两条直线与两个圆相交。结果如图1.27所示。图1.27绘制圆和直线

(3)单击“草绘”工具栏中的约束按钮，将弹出“约束”对话框，如图1.28所示。单击该对话框中的相切按钮，系统要求选取两个相切的图形元素。分别选取直线和圆，使它们相切。此时，在切点处会出现表示相切的符号T，如图1.29所示。

(4)单击“草绘”工具栏中的创建定义尺寸按钮，分别单击两个圆心，然后在适当的位置单击鼠标中键；再分别选择两个圆，标注其尺寸。

(5)单击“草绘”工具栏中的修改尺寸按钮，按下Ctrl键，分别选取3个尺寸，在弹出的“修改尺寸”对话框中输入新的尺寸值。

图1.28“约束“对话框图1.29相切后的图形

(6)为生成底板，须保留草图轮廓的外边界。单击“草绘”工具栏中的裁剪按钮，选择两个圆的内侧进行裁剪操作，结果如图1.30所示。

(7)单击“草绘”工具栏中的确定按钮，完成草图设计。

(8)在操控板中选取“拉伸”选项，在“输入深度值”文本框中输入3，单击按钮，生成的底板特征如图1.31所示。图1.30修剪后的图形图1.31生成底板特征

2)生成圆柱体生成圆柱体的方法同生成底板一样，先绘制草图圆，再以“拉伸”命令生成圆柱体特征，圆柱体高度为3mm，结果如图1.32所示。图1.32生成圆柱体

3)生成大、小通孔

(1)单击“特征”工具栏中的孔按钮，显示“孔”操控板，选择“创建直孔”、“简单”类型，在“直径”下拉列表框中输入孔的直径值15，在“深度”下拉列表框中选择“穿过所有”方式。

(2)单击【放置】按钮，将弹出“放置”下拉菜单，首先选择“主参照”，选取零件表面。然后在其右侧的“放置类型”下拉列表框中选择“同轴”选项，随后在“次参照”列表框中选取圆柱体的轴线A_2，所有的设置完成后再次单击“设置”按钮。单击“特征预览”按钮，对生成的孔特征进行预览。单击“建造特征”按钮，完成孔特征，如图1.33所示。图1.33生成大通孔特征1.3其它典型机械CAD/CAM软件简介1.3.1Solidworks系统简介

Solidworks是世界上第一个在Windows操作平台下开发的CAD/CAE/CAM组合软件，它集设计、加工、分析功能于一身，能方便地进行三维实体设计、加工制造以及动力学和热力学的各项分析。它包括Solidworks本身的CAD模块、CAMWork的加工模块以及DesignWork的分析模块等；另外还提供实体上色、选择材质以及曲面贴图(如Photowork模块)等功能。Solidworks的智能化程度高，参数化功能强，操作起来非常简便，是最容易学习的CAD软件之一。

(1)提供了友好、易操作的用户界面。Solidworks“全动感”的全中文用户界面，使设计过程变得非常轻松；图形区域动态预览、动态控标以及丰富的右键菜单使得设计操作过程更加方便；利用特征树管理器和属性管理器可非常方便地查看和修改特征属性，减少了图形区域的对话框，使设计界面简捷、明快，提高了设计效率。

(2)提供了灵活的草图绘制和检查功能。绘制草图过程中的动态反馈和推理，可以自动添加几何约束，使得绘图操作非常清楚和简单；草图中采用不同的颜色来显示草图的不同状态；拖动草图的图元，可以快速改变草图形状、几何关系或尺寸值；可以绘制用于管道设计或扫描特征的3D草图；可以检查草图的合理性。

(3)提供了强大的基于特征的实体建模功能和零件与装配的控制功能。通过对草图的拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列等操作，可方便地实现特征和零件设计，并可对特征和草图进行动态修改；利用零件和装配体的配置可以(利用现有的设计)建立企业的产品库，方便系列产品的设计；具有智能的装配设计功能，使装配体操作简便、高效，并可进行动态装配干涉检查和间隙检测以及静态干涉检查。

(4)提供了丰富的数据交换接口，可以很方便地与其他三维CAD软件(如UG、Pro/E等)进行数据交换；dxf/dwg文件转换向导可以将用户通过其他软件建立的工程图文件转换成Solidworks的工程图文件。另外，Solidworks提供了自由、开放、功能完整的API开发工具接口，用户可以根据实际情况利用VC、VB、VBA或其他OLE开发程序对Solidworks进行二次开发。启动Solidworks后的用户界面(以Solidworks2005为蓝本)如图1.34所示。该软件用户界面的区域组成及其含义如表1.6所示。图1.34Solidworks软件用户界面表1.6界面的区域组成及其含义

1)主菜单

Solidworks的主菜单是标准的下拉式菜单，各项命令分类放在不同的菜单下，供用户随时调用。例如图1.35是“插入”项中各类特征的主功能下拉菜单与二级菜单。图1.35Solidworks主菜单中“插入”项的各下拉菜单与二级菜单

2)工具栏使用工具栏中的图标可以快速访问常用的命令。图1.36所示为一些常见的特征工具栏。图1.36Solidworks常见工具栏

3)模型树模型树按特征创建的先后顺序显示当前零件、装配或制造中所包含的特征，如图1.37所示。图1.37Solidworks模型树

4)界面定制用户可根据自己的需要和习惯对用户界面进行设置。在下拉菜单中选择“工具”、“自定义”项，将弹出“自定义”对话框，如图1.38所示，在这里，用户可对工具栏内容以及菜单内容、位置和大小等进行设置。图1.38“自定义”对话框

1.3.2Solidworks的基本操作

1．Solidworks的基本操作流程应用Solidworks软件进行零件造型的方法与Pro/E基本相同，即通过二维剖面图生成三维实体特征。Solidworks的造型操作流程如图1.39所示。图1.39Solidworks的造型操作流程

2．Solidworks三维建模基本操作举例下面以简单的三维零件“盒盖”为例(如图1.40所示)，以Solidworks2005为蓝本介绍Solidworks的建模过程。图1.40盒盖零件

1)新建文件单击“新建”图标，系统将弹出如图1.41所示的“新建SolidWorks文件”对话框。该对话框中有3个选项，分别为用户提供新建零件、装配体及工程图等文件的功能。单击“零件”图标，并单击“确定”按钮完成设置，系统即可建立新零件文件。图1.41“新建Solidworks文件”对话框

2)建立矩形实体特征

(1)选择基准面。Solidworks系统默认的基准面为前视基准面、上视基准面和右视基准面，对应于直角坐标系的三个坐标平面，其含义与视图投影观察方向一致。

(2)进入草图模式。草图绘制在指定的工作平面上，因此首先要选择或建立基准面。在此单击上视基准面，再单击“草图绘制”图标，进入草图绘制模式。

(3)绘制矩形草图。单击“矩形”图标，选取图1.42中矩形的左上角，并将鼠标指针拖至矩形右下角，系统即显示矩形线框。

(4)尺寸约束。单击“标注尺寸”图标，选取图中矩形的左边线，接着单击矩形右边线，系统即在该处显示水平方向的尺寸标注对话框，输入“80”，点击图标，接着标注垂直方向的长度及坐标原点到各边的尺寸数据，如图1.43所示。图1.42草图绘制

图1.43草图尺寸约束

(5)编辑尺寸。如需修改尺寸，可直接双击欲编辑的尺寸，将弹出尺寸标注对话框，输入新的尺寸数据，单击图标，系统即可改变该尺寸的标注，同时自动更新草图。

(6)绘制圆角。单击“圆角”图标，在对话框中输入圆角半径，并分别单击矩形四个顶点附近的两边线，系统即可将该直角改为圆弧，如图1.44所示。图1.44绘制圆角

(7)退出草图。完成草图绘制后，点击绘图区右上角的“接受并退出草图”按钮，即可退出草图状态。

(8)拉伸实体。单击“拉伸凸台/基体”图标，出现“拉伸”对话框和拉伸预览，如图1.45所示。首先确认拉伸方向是否正确，然后可在“拉伸”对话框中选择拉伸终止类型为“给定深度”，在拉伸距离微调框中输入“40.00mm”，即指定拉伸基体的高度为40mm，系统将显示预览的拉伸高度。若预览的结果显示拉伸方向错误，则可在对话框的右上方选取反方向成型的选项，系统即在草图平面的另一侧形成拉伸基体。单击按钮完成拉伸，系统将显示拉伸实体上色的模型。该对话框中还提供了“方向2”、“拉伸拔模角”及“薄壁特征”等选项，以供设置。

图1.45“拉伸”对话框和拉伸预览

3)建立圆柱凸台

(1)指定实体上表面为工作平面。单击选取图1.46所示的实体上表面为工作平面，选取完成后，系统以绿色显示该实体表面。

(2)绘制草图。单击图标，进入草图绘制模式，使用“绘制圆”图标绘制草图，如图1.46所示，并在弹出的尺寸对话框中标注圆的直径为50mm。完成后退出草图。

(3)指定拉伸凸台的高度。单击图标，在“拉伸”对话框中，指定终止类型为“给定深度”，在拉伸距离微调框中输入“25.00mm”，即指定拉伸凸台的高度为25mm，单击按钮，完成拉伸凸台特征，如图1.47所示。图1.46凸台草图绘制

图1.47凸台拉伸特征

4)建立圆角特征单击“圆角”图标，在“圆角”参数对话框中指定圆角半径为5.00mm，如图1.48(a)所示。用鼠标依次选取圆柱凸台实体上、下边线为倒圆边线，如图1.48(b)所示。完成后点击按钮。重复上述过程，完成矩形实体上表面各边的倒圆角，圆角半径为2mm。倒圆角完成之后，显示的实体模型如图1.48(c)所示。图1.48圆角特征操作“圆角”对话框中还提供了不同的选项，如圆角类型可以是等半径或变半径的圆角等。

5)抽壳单击“抽壳”图标，在“抽壳特征”参数对话框中指定抽壳的厚度为1mm，如图1.49(a)所示。用鼠标指定抽壳完成时将要挖除的平面，如图1.49(b)所示。单击按钮，完成抽壳并退出，如图1.49(c)所示。“抽壳”对话框中还提供了不同的选项，可对不同平面指定不同的抽壳厚度，也可指定壳厚度为朝内或朝外。

6)创建孔特征

(1)绘制草图。指定圆台表面为工作平面，单击图标，进入草图绘制模式，绘制直径为15mm的圆，如图1.50所示。完成后退出草图绘制模式。

(2)拉深切除孔实体。单击“切除-拉伸”图标，在“切除-拉伸”对话框(如图1.51所示)中，指定“终止类型”为“完全贯穿”，单击按钮，完成创建并退出。图1.50绘制草图圆图1.51“切除-拉深”对话框至此，盒盖零件的三维实体模型已完成，如图1.52所示。图1.52盒盖零件的三维实体模型1.3.3CimatronE系统简介

1. CimatronE概述

Cimatron软件是由以色列Cimatron软件公司开发的著名的CAD/CAM软件。Cimatron软件在一个统一的系统环境下，使用统一的数据库，集成了一系列功能模块。用户可以用它完成产品的装配设计、零件设计、设计图纸输出、NC加工编程、模具设计和电极设计等工作。该软件被广泛应用于汽车、航空航天、电子、医疗、光学仪器和玩具等多个行业。

CimatronE版本软件是Cimatron公司在Windows环境下开发的最新版本，与原先在DOS环境下的Cimatronit版本相比，其操作界面更友好，更便于操作，是目前Cimatron公司主推的版本。

CimatronE的主要功能有：

1)零件设计

CimatronE的零件造型采用混合建模技术，融合了线框、曲面和实体造型的功能，结合参数化技术和特征技术，提供了一个高效的、参数化的造型设计模块用于零件模型的建立。

2)数控加工系统提供了智能化2～5轴数控加工编程功能，支持数控铣削、车削、钻、镗、线切割的加工编程，具有基于残留毛坯、曲面轮廓、等高分层、环绕等距、曲面流线、角落清根等多种刀具轨迹控制方式。同时，系统提供了刀具轨迹编辑修改、加工仿真、后置处理等功能。

3)工程绘图工程绘图功能用于将三维几何模型转换成二维工程图(包括零件图和装配图)。系统提供了装配树管理、自动BOM表单生成、坐标标注等功能。

4)模具设计系统提供了具有特色的专业模具设计功能，利用拆模向导可快速完成零件造型的分模设计，同时提供了强大的参数化设计的标准件生成工具及通用的标准模架库。

5)电极设计系统提供的快速电极设计功能使用户可以在电极向导工具的引导下，简便地制作进行复杂模具型腔加工所需的电极，并生成电极工程图。

6)数据接口系统支持所有现行的工业通用图形格式标准，如IGES、VDA、SAT、DXF、STEP以及STL等多种数据格式，并且具有包括CATIA、UG、AutoCAD/DWG等在内的专用格式文件数据接口。

2．CimatronE软件用户界面(以CimatronE5.0为蓝本)

CimatronE的系统工作界面是典型的Windows风格的用户界面。其造型设计、工程图、装配设计与数控加工等模块的工作界面的风格一样，只是部分显示内容及菜单工具条有所不同。零件造型设计的工作界面如图1.53所示。工作界面中各部分的说明如表1.7所示。图1.53CimatronE工作界面表1.7CimatronE系统界面的功能说明

3．功能菜单

1)主功能菜单

CimatronE的主菜单是标准的Windows风格下拉式菜单，各项命令分类放在不同的菜单下，供用户随时调用。图1.54分别是“曲线”、“实体”和“曲面”等菜单。图1.54CimatronE的主功能菜单

2)工具栏使用工具栏中的图标可以快速访问常用的命令，下面简单介绍常用的一些工具栏。

(1)草图设计工具栏。草图设计工具栏提供了各种草图工具，大部分工具图标比较直观，如图1.55所示，部分工具说明如表1.8所示。图1.55草图设计工具栏表1.8草图设计工具栏部分图标说明

(2)草图通用工具。草图通用工具提供了特有的草图工具，如图1.56所示，其中各工具的含义如表1.9所示。图1.56草图通用工具表1.9草图通用工具栏部分图标说明

3)特征向导构建一个特征时通常需要一系列的步骤，如选择对象、定义参数、定义方向等。特征向导用来指导用户完成每一个步骤，如选择实体→添加→圆角命令构建一个圆角特征时，将弹出相应的特征向导对话框，如图1.57所示。该对话框中提供了建立圆角特征所必需的步骤，用户可在该向导的提示下进行操作。图1.57特征向导

4)坐标系在CimatronE的任何模块中，几何数据都是定义在某个坐标系下的。系统允许用户采取各种灵活的方法自定义坐标系，这种由用户定义的坐标系称为UCS(用户坐标系)。在某个模块下进行工作时，如果存在多个坐标系，则其中只有一个是被激活的当前坐标系，当前的各种操作及模型数据都是相对于该坐标系来定义的。在如图1.54所示的“环境”下拉菜单中的坐标系二级菜单中单击“UCS”命令，可进行用户坐标系的建立。

5)文件操作CimatronEExplorer

CimatronEExplorer是CimatronE附带的一个功能，在管理文件方面非常有效而方便。它的功能与MicrosoftWindowsExplorer相似，只是增加了管理文件方面的功能，可以很方便地浏览文件。此操作界面简单易用，其用法与MicrosoftWindows的资源管理器大致相同。1.3.4CimatronE的基本操作

1．CimatronE基本操作过程

CimatronE零件造型过程与目前流行的基于特征的参数化三维造型过程一致，即通过草图设计或曲线功能构成基本轮廓曲线或曲线线框，再通过拉伸、旋转等扫掠产生三维实体或曲面，并通过特征工具(如圆角等)进行细节设计。在此不再赘述。

2．CimatronE零件造型基本操作举例下面通过建立一个带型腔板零件(如图1.58所示)的三维模型来说明CimatronE的基本操作。图1.58带型腔板零件

1)进入零件设计界面进入Cimatron程序的启动界面后，单击新建文档菜单或图标，将打开“新增文件”对话框，如图1.59所示。选择“工件”图标，设置单位为毫米，单击“确定”按钮，进入CimatronE零件设计界面。图1.59“新增文件”对话框

2)绘制底座截面草图

(1)在主功能菜单的“环境”下拉菜单中，依次单击“平面”→“主要平面”命令，如图1.54所示。

(2)单击选择绘图区中显示的坐标系，再单击图1.60所示的“主要平面”向导栏中的按钮，产生三个绘图主平面。为了观察方便，可单击标准工具栏中的“等角视图”图标，系统显示三个主平面的立体图，如图1.61所示。图1.60主平面向导图1.61主平面

(3)单击即时工具栏中的图标，用鼠标选择X—Y平面作为绘图平面，系统进入草图设计模式。为了方便绘图，可单击标准工具栏中的“上视图”图标，将草图平面位置调整为平行于屏幕平面。

(4)选择草图设计工具栏中的各种工具图标，完成如图1.62所示的底座截面草图。草图是参数化的，在绘图过程中可通过标注尺寸来增加尺寸约束，也可通过给草图添加几何形状约束来改变各图形元素之间的相互位置关系。图1.62底座截面草图

(5)完成草图设计后，单击草图设计工具栏中的按钮，退出草图环境。

3)拉伸底座

(1)在主功能菜单的“实体”下拉菜单中，依次单击“新增”→“拉伸”命令，左键单击选中草图，出现拉伸实体屏幕状态，显示拉伸预览并弹出一个菜单，如图1.63所示。图1.63拉伸实体屏幕状态

(2)在弹出菜单中选择拉伸参数，确定拉伸是“单边”、“增量”方式，拉伸方向向下，距离为18mm。完成参数设置后，单击中键结束选择。值得注意的是，弹出菜单中还有各种不同的拉伸方式及相应的参数，可根据设计要求灵活改变。

(3)在特征向导栏中单击按钮，完成拉伸底座的操作。

4)绘制型腔截面草图

(1)点击选择零件的上平面，单击工具栏中的图标，此时系统再次进入草图设计模式，单击标准工具栏中的图标，使视图位于便于操作的位置。

(2)选择草图设计工具栏中的各种工具图标，完成如图1.64所示的型腔截面草图。图1.64型腔截面草图

(3)完成草图绘制后，单击草图设计工具栏中的按钮，退出草图环境。

5)减料拉伸型腔底座

(1)用左键选中型腔截面草图，在“实体”下拉菜单中，依次单击“移除”→“拉伸”命令，屏幕显示如图1.65所示。图1.65去除材料拉伸屏幕状态

(2)在弹出菜单中选择拉伸参数，确定拉伸是“单边”、“增量”方式，拉伸方向向下，距离为10mm。完成参数设置后，单击中键结束选择。

(3)在特征向导栏中单击按钮，完成型腔减料拉伸的操作。

6)保存文件在主功能菜单“文件”下拉菜单中选择“保存文件”命令或单击图标，系统将打开CimatronE资源管理器，在文件名文本框中输入“带型腔板零件”，单击“保存”按钮保存文件。1.4思考题

1．UGNX系统的组成模块及功能有哪些？

2．UGNX系统的特点有哪些？

3．了解UGNX工作坐标系的作用并进行坐标系平移与旋转操作练习。

4．了解UGNX点构造器和矢量构造器的作用并进行点构造器和矢量构造器的操作练习。

5．了解UGNX的图层功能并进行相应的图层操作练习。

6．了解UGNX视图布局功能和操作方法。

7．使用UGNX视图工具进行改变设计对象的不同观察方式和不同观察角度的操作练习。

8．Pro/E系统的组成模块及功能有哪些？

9．Pro/E系统的特点有哪些？

10．了解Pro/E零件造型的基本操作流程，并完成题图2.2草图设计和题图2.25零件造型设计。

11．Solidworks和CimatronE系统各有哪些特色？

12．用Solidworks和CimatronE分别完成题图2.2草图设计和题图2.25零件造型设计。

13．比较和体会UGNX系统与Pro/E系统在基本操作方式方面的区别。

14．比较和体会Solidworks系统与Pro/E系统在基本操作方式上的相同之处。

15．通过所介绍的流行软件的功能与操作，认识和体会基于特征的参数化三维造型思想及实现方法。第2章三维CAD/CAM零件造型设计2.1基于特征的参数化三维零件设计概述2.2参数化草图设计2.3特征造型设计2.4曲面造型设计2.5UG三维零件设计实例2.6三维CAD/CAM零件造型设计练习题零件造型设计是三维CAD/CAM的基础，基于特征的参数化三维零件设计是目前流行的商品化CAD/CAM系统所采用的主要零件造型设计方式。本章以UG软件为背景，介绍基于特征的参数化三维零件设计的方法与过程。2.1基于特征的参数化三维零件设计概述基于特征的参数化三维零件设计是目前CAD/CAM系统所采用的主要零件几何造型设计方式，国际、国内流行的商品化系统无一例外均采用这种方式。我们在第1章中所介绍的几款软件，它们的基本原理和设计过程大致相同，但又有各自的特点，主要体现在人机交互界面风格、所具备的功能以及操作方法上的差异。如果仅从三维造型操作风格的角度做一个比较粗略的分类，可将这些软件大致分为两类：第一类采用基于特征的参数化实体建模技术。这类系统以特征为基础，特别是以二维草图轮廓为基础，通过加减材料的拉伸、扫掠操作实现三维零件的造型设计。这类系统的典型代表是Pro/E、Solidworks等，它们的操作方法基本相似，追求操作的简洁与方便性；其设计过程步骤统一、规范，比较适合于大多数通用零件的造型设计。相对而言，它们的曲面造型功能不是很强。另一类采用混合建模技术。这类系统将特征建模、实体造型、曲面造型和参数化技术加以结合来实现基于特征的参数化三维造型设计。它们以特征为基础，不仅采用二维草图轮廓通过加减材料的拉伸、扫掠操作实现三维零件的造型，还保留了实体体素特征、布尔运算的造型功能，特别是融合了强大的非参数化的点、线、面造型功能，使这类系统更适用于对零件曲面造型要求较高的场合。这类系统的典型代表是UG、CATIA、Cimatron等。它们的操作方法基本相似，注重功能的完善和工具的多样性，设计过程步骤灵活、多样，适合于较为复杂的零件的造型设计。相对而言，这类软件的学习过程要复杂一些。但是，这类软件近年来在操作的易用性和方便性方面做了大量的改进，使得它们的使用更加得心应手。特别应指出的是，从近期的趋势看，两类软件在界面风格和操作方式上正在逐渐靠近。基于特征的参数化三维零件设计的一般过程如图2.1所示。图2.1基于特征的参数化三维零件设计的一般过程2.2参数化草图设计2.2.1参数化草图的概念草图是在特定的二维平面上快速绘制的轮廓曲线。该轮廓曲线通过尺寸约束和几何约束操作，易于精确地控制其尺寸、形状及位置等参数，建立的草图可用于拉伸、旋转和扫掠等产生三维实体的操作。

1．草图的特点草图具有以下特点：

(1)草图是参数化的二维特征，因而具有特征参数的可操作和可修改特性。

(2)草图特征由定位在指定平面上的一组点和曲线组成，并可指定特征名。

(3)草图设计时，只需粗略勾出零件轮廓的大致形状，精确的形状和尺寸要由约束来控制。

(4)几何约束和尺寸约束是得到精确二维草图轮廓的基本手段。

2．约束约束分为尺寸约束和几何约束。

(1)尺寸约束：定义零件截面形状和尺寸，例如矩形的尺寸可以用长、宽参数约束。

(2)几何约束：定义几何元素之间的关系，例如两条直线平行、垂直，直线与圆弧相切等。

3．草图的设计流程草图的设计流程如图2.2所示。图2.2草图的设计流程2.2.2UG参数化草图设计在主菜单中选择“插入”→“草图”命令或在工具栏上单击图标，即可进入草图设计环境，如图2.3所示。图2.3草图设计环境

1．建立草图和激活草图

1)建立草图

(1)单击工具栏中的“草图”图标，系统将进入草图环境，并弹出草图平面选择工具条如图2.4所示。

(2)利用工具条中的图标可指定草图的放置面，或用鼠标在图形界面中直接选取草图的放置面。草图放置面可以是坐标平面、基准面和实体表面等。

(3)在系统上方的工具栏中，可以修改草图名称或接受系统默认的名称，如图2.5所示。系统默认的草图名称为“SKETCH_XXX”，X为数字序号，该序号随着新草图的建立而自动增加。自定义的草图名称必须以字母开头。图2.4草图平面选择工具条

图2.5修改草图名称

(4)选定草图放置面，单击“确定”图标，完成草图建立。

2)激活草图当建立多个草图之后，只能对其中的一个草图进行编辑，因此需选择并激活要编辑的草图，或在各草图之间进行切换并激活，其方法有多种。

(1)在建模环境中，选择主菜单中的“编辑”→“草图”命令，系统将弹出如图2.6所示的“打开草图”对话框，选择要编辑的草图名称，然后单击“确定”按钮，打开并激活该草图。

(2)在建模环境中，选择“插入”→“草图”命令或单击图标，系统将弹出如图2.7所示的草图名称选择工具栏，可在下拉列表中直接选择并激活要编辑的草图。图2.6“打开草图”对话框图2.7草图名称下拉列表

(3)在建模环境中，在部件导航器中右键单击要编辑的草图，然后在弹出的快捷菜单中选择“编辑”命令。

(4)在草图环境中，在如图2.7所示的下拉列表中选择要编辑的草图，可以在草图之间进行切换。

3)退出草图在草图环境中，单击图标即可退出草图模式。

2．“草图曲线”工具条“草图曲线”工具条如图2.8所示。利用该工具条中的图标可以在草图中建立轮廓线、直线、圆弧、圆、圆角、矩形和样条曲线等。工具条中部分图标的功能如表2.1所示。图2.8“草图曲线”工具条表2.1“草图曲线”工具条中部分图标的功能

3．草图约束工具条草图对象建立后，需要对草图对象进行约束和定位(主要包括几何约束和尺寸约束两种)。“草图约束”工具条如图2.9所示。工具条中图标的功能如表2.2所示。图2.9“草图约束”工具条表2.2“草图约束”工具条中图标的功能

1)几何约束几何约束用于定义建立的草图对象的几何特性(如直线的水平和竖直)及两个或两个以上对象间的相互关系(如两直线垂直、平行，直线与圆弧相切等)。单击图标可以对草图对象进行几何约束，单击图标可以设定自动约束的类型。UG中常用的几何约束如图2.10所示。

2)尺寸约束尺寸约束用于定义草图对象的大小和形状等。UG的尺寸约束菜单如图2.11所示，其含义如表2.3所示。图2.10UG中常用的几何约束图2.11尺寸约束表2.3UG常用的尺寸约束

3)显示所有约束单击图标，可以显示草图对象的所有约束。

4)显示和删除约束单击图标，可以查看所选对象或所有对象的约束，移动约束的顺序及删除约束。

5)捕捉工具栏捕捉工具栏提供了开关型的捕捉工具，供用户快速捕捉有关几何元素，如图2.12所示。图2.12捕捉工具栏2.2.3UG草图设计操作实例本例介绍图2.13所示草图的设计过程。图2.13草图

(1)单击新建图标，弹出新部件文件对话框。在文件名栏中输入caotu_1，在单位选项中选择“毫米”，单击OK按钮，进入UGNX系统用户界面。

(2)在应用程序工具栏中单击建模图标，进入建模模块。

(3)单击“草图”图标或在主功能菜单中选择“插入”→“草图”，系统将弹出如图2.14所示的草图平面工具条，选择绘制草图的平面(系统默认为X—Y平面)，单击图标，建立草图平面。

(4)单击“直线”图标，绘制两条按一定角度(大约40°)相交的直线，单击“转换至/自参考对象”图标，弹出如图2.15所示的对话框，单击“参考”按钮，然后分别单击两条直线，单击“确定”按钮完成两中心线的绘制。图2.14草图平面工具条图2.15“转换至/自参考对象”对话框图2.16约束选择对话框

(9)单击“草绘”工具栏中的“修剪”图标，对草图进行修剪，如图2.19所示。点击“完成草图”图标，完成并退出草图。图2.18添加尺寸图2.19修剪草图

(10)单击“拉伸”图标，系统将弹出如图2.20所示的“拉伸”对话框，在“起始”栏中输入0，在“结束”栏中输入20，默认拉伸方向。单击草图轮廓，生成预览，确认各参数及形状正确，点击“确定”按钮完成拉伸，如图2.21所示。

图2.20“拉伸”对话框

图2.21完成拉伸2.3特征造型设计2.3.1UG特征造型概述在UG系统中，特征分为以下几大类：

(1)体素特征：指简单的三维实体，如长方体、圆柱体、圆球、圆锥体等。通过这些体素特征的组合和布尔操作，可以设计出各种零件的三维模型。

(2)扫描特征：指通过对二维轮廓(曲线、实体表面的边等)进行拉伸、旋转或沿引导线扫描来创建三维模型。扫描特征要求首先构建曲线轮廓，曲线轮廓的构建可以通过草图或非参数化的曲线功能来实现。

(3)基准特征：是个非常有用的设计辅助工具，借助基准特征可以完成特定的功能。例如，利用基准面特征为辅助面，可完成在一个圆柱侧面上打斜孔或在球面上打孔等，同时基准面特征也常作为草图的放置面。

(4)设计特征：也可称为特征工具，是系统提供的诸如孔、凸台、槽、腔等具有工程含义的特征，这些特征可依附于某个实体特征上。

(5)自定义特征：利用自定义特征工具，用户可以像使用系统特征一样将自定义特征加入到特征库中，需要时直接提取和编辑。

(6)操作特征：可在实体上产生各种附加特征的操作，如偏置特征、螺纹特征等。通过以上几类特征，用户可以方便地实现零件的三维造型设计。零件的设计过程实际上就是利用UG的各种特征逐步构造零件并满足设计要求的过程。

UG的特征造型设计过程如图2.22所示。图2.22UG特征造型一般流程2.3.2UG基本成型特征

1．基准特征基准特征是UG中最常用的特征之一。例如，在圆柱面上生成键槽时，需要指定平面作为键槽放置面，此时就需要建立基准平面。UG的基准特征主要有基准平面、基准轴和基准坐标系。在建立特征的辅助轴线或参考方向时，需要建立基准轴。

1)基准平面在主菜单中选择“插入”→“基准/点”→“基准平面”命令或点击“基准面”图标，系统将弹出“基准平面”对话框，如图2.23所示，利用该对话框可以建立基准平面。建立基准平面的方法有多种，常用的有：

(1)偏置：选择一个平面或基准面并输入偏置值，系统会建立一个基准平面，该平面与参考平面的距离为所设置的偏置值，如图2.24所示。图2.23“基准平面”对话框图2.24偏置方式生成基准平面

(2)固定基准：即图2.23中所示的“固定方法”，可以建立工作坐标系中的三个平面(XC—YC平面、YC—ZC平面、XC—ZC平面)和由系数确定的平面。

(3)自动推断：能完成多种约束方式下基准面的操作。系统会根据用户所选对象确定可用的约束，自动推断并建立基准平面。自动推断约束类型有三点、平行、垂直、重合、中心、相切、偏置和角度等。

这里仅介绍三点约束建立平面的方法。该方式通过选择三个参考点来建立通过这三个点的基准平面。选择参考点时，可以利用“点构造器”来帮助完成，例如，对于如图2.25所示的立方体，用鼠标点选立方体的三个顶点，系统将通过自动推断来产生通过该三个参考点的平面，供用户确认，生成基准平面。图2.25三点生成基准平面

2)基准轴在主菜单中选择“插入”→“基准/点”→“基准轴”命令或点击“基准轴”图标，系统将弹出“基准轴”对话框，如图2.26所示，利用该对话框可以建立基准轴。在此应注意“约束”下拉列表中的内容。建立基准轴的方法有多种，在此仅介绍常用的几种。

(1)点和方向。该方法通过选择一个参考点和一个参考矢量来定义基准轴，建立的基准轴通过该点且平行于所选矢量。如图2.27所示的基准轴，参考点为矩形的一个顶点，而矢量为矩形的一条对角线。图2.26“基准轴”对话框图2.27点和方向生成基准轴

(2)经过两点。该方法通过选择两点来定义基准轴，选择参考点时可以利用“点构造器”来帮助完成。经过两点生成的基准轴如图2.28所示。

(3)点在曲线。该方法通过选择一条参考曲线来定义基准轴，建立的基准轴平行于该曲线某点处的切矢量或法矢量。生成的基准轴如图2.29所示，图中的曲线为矩形的一条边。图2.28经过两点生成基准轴图2.29点在曲线法生成基准轴

(4)固定基准。单击“固定基准”图标后，“基准轴”对话框变为如图2.30所示，该方法可以建立工作坐标系中的三个坐标轴方向的基准轴，如图2.31所示。图2.30固定基准方式的“基准轴”对话框图2.31坐标系的三个基准轴

(5)自动判断。自动判断的约束方式有3种：重合、平行和垂直。在自动判断方式下，系统根据用户所选对象确定可用的约束并产生相应的基准轴。

2．体素特征直接用生成实体的方法产生的体素称为体素特征。它只适用于生成简单形状的物体，如立方体、圆柱体、球体、圆台、圆锥、管等，如图2.32所示。由于形状简单，在设计时只要给出体素特征的相关参数及其在屏幕中的位置，就可以生成用户要求的三维形状。图2.32UG基本体素特征下面通过立方体特征的生成过程说明其用法，其余特征生成方式较为类似，读者可以根据提示自己完成操作过程。

1)基本体素特征的生成

(1)单击工具条上的“立方体”图标，或在主菜单中选择“插入”→“成型特征”→“长方体”，打开如图2.33所示的“长方体”对话框。图2.33“长方体”对话框

(2)从“类型”中选择参数定义方式，然后输入相应参数。

(3)通过“选择步骤”指定立方体的放置位置。

(4)如果屏幕不存在实体，则在“布尔运算”中选择“创建”方式生成实体。如果屏幕已存在其它实体，则在“布尔运算”中选择其它布尔运算方式生成实体。

(5)单击“确定”按钮，生成长方体。

2)基本体素特征的修改体素特征的修改主要是指修改它的定义参数，可以用鼠标左键双击要修改的目标体，也可以通过选择主菜单中的“编辑”→“特征”→“参数”来完成。修改定义参数和生成定义参数相似，用户只要选择要修改的体素特征和参数，在提示框内输入新的参数即可。

3．扫描特征图2.34扫描特征图标扫描特征是一种利用二维轮廓生成三维实体的方法。其基本原理是二维截面轮廓线(曲线、草图)沿某一方向或一条引导线运动扫描得到实体。UG的扫描特征如图2.34所示。图2.34扫描特征下面通过拉伸特征的生成过程说明其用法，其余特征生成方式较为类似，读者可以根据提示自己完成操作过程。

(1)在主菜单中选择“插入”→“设计特征”→“拉伸”或单击“拉伸”图标，系统将弹出“拉伸”对话框，如图2.35所示。

(2)在图形区选择要拉伸的对象，可在“选择意图”对话框中选择一种对象的类型，如图2.36所示；也可由系统根据所选对象自动推断确定拉伸对象。如果选择的是实体的表面，系统会弹出绘制草图界面，先绘制要拉伸的草图，然后进行拉伸操作。图2.35“拉伸”对话框图2.36“选择意图”对话框

(3)单击“方向矢量”图标右侧的三角形，将显示拉伸方向矢量下拉列表，选择其中一种方式，确定拉伸方向。

(4)通过“布尔运算”图标右侧的三角形下拉列表选择布尔运算方式。

(5)在“拉伸”对话框的“限制”选项组中选择拉伸体起始和结束的方式及数值。“起始”和“结束”下拉列表框如图2.37所示。

(6)单击“确定”按钮或者“应用”按钮，完成拉伸操作。图2.37“起始”和“结束”下拉列表框2.3.3UG的特征工具特征工具(也称设计特征)是UG非常有特色的特征设计应用，利用特征工具可在已有实体特征上生成各种具有工程意义的特征，例如，在一个实体表面上开挖键槽或生成一个凸垫。特征工具包括孔、圆凸台、型腔、凸垫、键槽和沟槽等。特征工具的设计是参数化的，在设置或修改特征参数后，通过刷新模型即可得到修改后的特征。特征工具条的图标如图2.38所示。图2.38特征工具图标

1.特征工具的基本操作过程

UG各类特征工具的基本操作过程如图2.39所示。由图可见，虽然UG特征工具的种类很多，但它们的操作过程基本相同。在此，我们仅介绍孔特征的操作，其余特征工具的操作请读者自行完成。图2.39特征工具的操作过程

2.孔特征孔特征操作是设计零件时常用的功能。UG提供三类孔操作：简单孔、沉头孔和埋头孔，每种类型可以通过指定穿通面来控制是否在实体上生成通孔。下面通过简单孔与沉头孔说明其用法。单击“特征工具”工具条上的“孔特征”图标或在主菜单中选择“插入”→“设计特征”→“孔”，打开如图2.40所示的孔特征操作对话框。

1)简单孔简单孔即直孔，孔的底面可以是平底，也可以是锥体，由顶锥角参数确定(范围为0°～180°)。当选择孔为通孔时，不需要指定孔深，但必须指定穿通面。需要设置的孔的参数如图2.40对话框中部所示，参数含义如图2.41所示。图2.40孔特征操作对话框

图2.41简单孔示意图

2)沉头孔沉头孔由两部分组成：沉头直径和深度；孔的直径、深度和顶锥角。当孔为通孔时，也不需要指定孔深，但必须指定穿通面。需要设置的孔的参数如图2.42所示，参数含义如图2.43所示。图2.42沉头孔的参数图2.43沉头孔示意图

3．沉头孔生成实例下面举例说明在长方体上生成沉头孔特征的操作步骤。

(1)单击孔特征图标，打开如图2.40所示的孔特征对话框。

(2)在“类型”选项中选择“沉头孔”图标，并输入沉头孔的参数。

(3)在“选择步骤”中选择“放置平面”图标，用鼠标左键在屏幕中选择长方体的上表面。

(4)设置孔的参数(若是通孔，选择穿通面，即用鼠标左键选择长方体另一侧)。

(5)单击“确定”按钮，系统打开如图2.44所示的“定位”对话框。

(6)单击“垂直约束”图标，然后用鼠标左键选择放置面的其中一边，在弹出的“定位”对话框中，输入孔特征中心距，选择边距离为15；单击“应用”按钮，选择放置面的另一边，在“定位”对话框中输入另一距离参数为25。单击“确定”按钮，完成沉头孔特征的生成，如图2.45所示。图2.44“定位”对话框图2.45沉头孔的生成2.3.