基礎篇：3.2）規範化：3d零件建模

時間 2019-12-08

標籤基礎 3.2 規範化 3d 零件 0件建模简体版

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本章目的：規範化零件建模，這是機械的基本功夫。數據庫

1.建模的整體原則和整體要求

1.1 建模整體原則

a）零件模型應能準確表達零件的設計信息；
b）零件模型包含零件的幾何要素、約束要素和工程要素；
c）零件模型應知足健壯性要求，即零件模型應具有穩定、健壯的信息表達，具有在保證設計意圖的狀況下可以被正確更新或修改的能力；

//能不能易於修改，也體現機械工程師的建模功夫。
d）不容許冗餘元素存在，不容許含有與建模結果無關的幾何元素；

e）零件建模應考慮數據間應有的連接和引用關係，例如，模型的幾何要素、約束要素和工程要素之間要創建正確的邏輯關係和引用關係，應能知足模型各種信息實時更新的須要；

f）建模時應充分體現DFM的設計準則，提升零件的可製造性。

//製造依賴於3d圖紙，因此3d圖紙越須要規範。

1.2 建模整體要求

a）參與三維設計的機械零件應進行三維建模，包括自制件、標準件、外購件等；

//就算是外購件，如電機，也須要建模。固然，問原廠家要3d圖最好。
b）一般採用公稱尺寸按GB/T4458.5-2003中的規定進行建模，尺寸的公差等級可經過通用註釋給定，也可直接附加在尺寸值上；

//如非特殊緣由，做者但願公差採用對稱公差，那麼公稱尺寸建模就會有合適的間隙，利於製造合格率。通常三維圖上不用給尺寸公差，由於尚未到純3d時代。
c）一般先創建模型的基體特徵（例如框、座等），而後再建模型的細節特徵（例如小孔、倒圓、倒角等）；

//這樣能最大程度簡化模型。
d）某些幾何要素的形狀、方向和位置由理論尺寸肯定時，應按理論尺寸進行建模；

//一樣，這裏所謂的理論尺寸做者指望是對稱公差下的理論尺寸，即建模裝配後必須預留合理的零件間隙；
e）推薦採用參數化建模，並充分考慮參數以及零部件的相互關聯；
f）對於有彈性或有裝配形變的零部件建模，應表達其自由狀態的尺寸和形狀；
g）對於管路及其線束的卡箍等零件建模，推薦以其裝配狀態創建模型，但在設計中應考慮其維修或分解成自由狀態時所需的空間；
h）在知足應用目的的前提下，儘可能使模型最簡化，使其數據量減至最少；

//建模須要簡練，易讀（換我的也能明白建模過程）。kiss原則是貫穿始終,例如：

//且在實際產品設計中，爲了使模型最簡化，常常會反覆從新建模，算是爲了之後的投資吧。

i）模型在發放前應進行模型檢查。

2.建模流程

零件建模流程，以下：安全

注：這是國標《GB/T 26099-2010 機械產品三維建模通用規則》中的流程，具備必定的權威性，新手請嚴格按照流程來建模，老手能夠查漏補缺。工具

2.1 環境參數設置

在建模前應對軟件系統的基本量綱進行設置，這些量綱一般包括模型的長度、質量、時間、力、溫度等。如下是國標的設置方法：佈局

①在3d圖的主界面選擇：工具-選項-文檔屬性-總繪圖標準-GB；性能

②文檔屬性選項卡--尺寸--找到「置於延伸線中間」--打鉤--肯定；（這個設置可讓尺寸值默認居中）

2.2 建模過程

在建模過程當中，先建構零件基體特徵，後建構細節特徵，是簡化零件建模特徵的方法。

例如：

如上圖零件，基體特徵就是一個旋轉體。建模過程則是繪製旋轉體，再添加增強筋等細節，最終成圖。

2.3 工程圖出圖

在下一章基礎篇：4）工程圖出圖中有詳細介紹。優化

2.4 模型修正

如流程圖所示，如果工程圖中有任何錯誤，都是在3d模型中修正，從而保證3d與2d圖紙的一致性。spa

3.模型工程屬性

零件模型應包含正確的工程屬性，一般包括如下內容：材料名稱、密度、彈性模量、泊松比、屈服極限（或強度極限）、折彎因子、熱傳導率、熱膨脹係數、硬度、剖面形式等。應將經常使用的工程材料特性存儲在數據庫中，並便於擴展。

//所謂模型工程屬性，就是材料的定義。在實際建模中，真正要定義的通常是材料名稱、密度、剖面形式、外觀4樣。前三者是工程圖要求，後者通常是3d圖的須要。

而其餘值的如彈性模量等，是用於仿真分析的，通常是在其他軟件中再定義，如workbench。這樣不會由於軟件的對接而出錯。

有一些材料儲存在自定義的數據庫中，便於反覆使用。

4.特徵的使用

零件建模特徵的使用應符合如下要求：.net

a)特徵應全定位，不得欠定位或過定位，另有規定的除外，優先使用幾何定位方法，例如平行、垂直或重合，其後才使用數值定位方法；

//這句話就是指在草繪的兩大要求：徹底定義和約束順序（先幾何再尺寸）。
b)特徵創建過程當中所引用的參照必須是最新且有效的；
c)爲了便於表達和追溯設計意圖，能夠將特徵命名爲簡單易讀的特徵名；
d)應採用參數化特徵建模，不推薦非參數化特徵，不使用沒有相關性的幾何要素；
e)不該爲修訂已有特徵而建立新特徵，例如在原開孔位置再覆蓋一個更大的孔以修訂圓孔的尺寸和位置。

//就是依據這條準則，產品設計建模時纔不能使用刪除面等模具設計工具。

這個工具使用方便，特別在模具設計行業算是必備工具。但建成的特徵一般不能算是完整的特徵（只能算是用一個特徵去覆蓋另外一個特徵），爲之後的尺寸標註和特徵分析也增長難度。

//新手很容易犯下這樣的錯誤，好比嫌修正模型麻煩，而用拉伸切除的功能抹除之前的建模特徵，再用這個平面直接建模，這是十分不可取的。

4.1 草圖特徵的使用

a)草圖應儘可能體現零件的剖面，且應按照設計意圖命名；設計

b)草圖對象通常不該欠約束(概念設計中的打樣圖和草圖容許欠約束)和過約束。3d

//這兩條在前一章已經詳細描述了。

4.2 倒角（或倒圓）特徵的使用

a)除非有特殊須要，倒角（或倒圓）特徵不該經過草圖的拉伸或掃描來建立；

b)倒角（或倒圓）特徵通常放置在零件建模的最後階段完成，除某些特殊狀況，可將倒角（或倒圓)特徵提早完成。

//如塑膠件建模，全部的邊緣通常都須要倒圓角，這些倒角會在最後階段一一添加（不能一次添加完畢），出錯的概率才最少。

4.3 表達式（或關係式）的使用

表達式的使用應符合如下要求：

a)表達式的命名應反映參數的含義；

b)表達式中變量的命名應符合應用軟件的規定；

c)對於常用的表達式和參數可在模板文件中統一規定；

d)對於複雜表達式應增長相應的註釋。

//做者儘可能不用表達式，由於修改的時候會出問題太多。

5.模型着色與渲染

在評價模型的可視化效果時，爲了提升模型的可讀性和真實性，可對模型進行合理的着色處理。着色時，可參照零件實物的顏色或紋理進行。在進行渲染處理時，應包括如下內容：

a)燈光照明效果渲染；

b)材料及材料表面紋理效果渲染；

c)環境與背景的效果渲染。

//結構工程師不多幹這事情。

6.DFM要求

6.1 三維建模設計中的要求

在三維建模設計時，針對DFM應考慮如下因素：

a)外形曲面應光順；

b)曲面片儘可能採用直紋曲面；

c)外形曲面片的劃分應便於加工和成形。

6.2 數控及其餘加工零件要求

在數控及其餘加工零件的三維建模設計中，針對DFM應考慮如下因素：

a)模型數據應提供加工所需的基準面信息；

b)模型數據應提供零件加工和安裝所需的工藝孔、定位孔等；

c)應提供全部實體定義中忽略標識的孔的中心線；

d)有特殊加工要求的零件應提供所要求的加工信息。

7.標準件與外購件建模要求

7.1 標準件建模

標準件模型應優先採用具備參數化特色的系列族表方法創建。對於沒法參數化的零件，亦可創建非系列化的獨立模型。爲了知足快速顯示和製圖的須要，標準件應按GB／T 24734．11規定的方法採用
簡化級表示。

//SolidWorks自帶標準零件庫，只用於參考，但不建議使用。因爲軟件問題，標準零件庫的零件加載容易出錯，不利於工程圖出圖，因此仍是建議自行創建（或從標準零件庫複製出來使用）。

7.2 外購件建模

外購件產品的模型推薦由供應商提供。用戶可根據須要進行數據格式的轉換，轉換後的模型是否須要進一步修改，由用戶根據使用場合自行肯定。轉換後的初始模型應予以保留，並伴隨裝配模型一塊兒進入審籤流程。

對沒法從供應商處得到外購件的三維模型，可由用戶自行創建。容許根據使用要求對外購件模型進行簡化，但簡化模型應包括外購件的最大幾何輪廓、安裝接口、極限位置、質量屬性等影響模型裝配設計的基本信息。

8.結構要素的建模要求

球面半徑、潤滑槽、滾花、零件倒圓與倒角、砂輪越程槽等結構要素按GB/T 6403.1～GB/T 6403.5中的規定容許不建模，但必須採用註釋對其進行說明。
//滾花能夠不建模，但3d圖外觀中須要有表示，而後工程圖中滾花須要按照標準標註和繪製。

//零件倒圓與倒角通常是不能夠省略的，注意。若是省略，會出現製造上的麻煩。

9.模型簡化

9.1 簡化原則

爲了縮短三維數字模型的建模時間，節省存儲空間，提升三維數字模型的調用速度，三維數字模型的幾何細節簡化應遵循如下原則：

a）三維數字模型的簡化應便於識別和繪圖；

b）三維數字模型幾何細節的簡化不致引發誤解或不會產生理解的多義性；

c）三維數字模型幾何細節的簡化不能影響自身功能表達和基本外形結構，也不能影響模型裝配或干涉檢查；

d）三維數字模型幾何細節的簡化要考慮三維模型投影爲二維工程圖時的狀態；

e）三維數字模型幾何細節的簡化要考慮設計人員的審圖習慣。

//總的來講，做者推薦儘量不要用簡化！

9.2 詳細的簡化要求

a）與製造有關的一些幾何圖形，如內螺紋、外螺紋、退刀槽等，容許省略或者使用簡化表達。但簡化後的模型在用於投影工程圖時，應知足機械製圖的相關規定；

//內螺紋、外螺紋SolidWorks有簡化方式，做者也推薦運用。但退刀槽通常建議畫上，不然有些製造商真的會忽略。

b）若干直徑相同且成必定規律分佈的孔組，可所有繪出，也可採用中心線簡化表示；

c）模型中的印字、刻字、滾花等特徵容許採用貼圖形式簡化表達，必要時，亦可配合文字說明；

//貼圖是簡化的好方式。

d）在對標準件、外購件建模時，容許簡化其內部結構和與安裝無關的結構，但必須包含正確的裝配信息。

10.模型檢查

在對模型提交和發佈前，應對模型完成以下檢查：

a) 模型是穩定的且可以成功更新；

b) 具備完整的特徵樹信息；

c) 全部元素是惟一的，沒有冗餘元素存在；

d) 零件比例爲全尺寸的1:1三維模型；

e) 自身對稱的零件應創建起完整的零件，並明確標識對稱面；

f) 左、右對稱的一對零件應分別創建各自的零件模型，並用不一樣的零件編號進行標識，建模時容許利用參照方法簡化建模；

g) 模型應包含供分析、製造所需的工程要素。

11.模型的發佈與應用

11.1 模型的發佈

完成後的模型須要提供給相關用戶使用時,必須經由發佈流程進行發放,相關用戶通常包括:分析工程師、工藝工程師和製造工程師等。

三維數字模型的發佈應遵循如下原則:

a)模型在發佈前應進行必要的清理,須要時,可去除與下游相關用戶使用無關的信息;

b)模型發佈時,應根據不一樣應用場合肯定其所包含的幾何要素、約束要素和工程要素信息的構成,例如:將原始模型發佈爲輕量化模型,以知足對模型調用速度要求較高的場合;

c)模型發佈時,可根據企業或行業的規定對模型的視角、顏色、零部件狀態(如:自由狀態或裝配狀態)等進行統一規定;

d)下游相關用戶應以發佈模型做爲設計輸入;

e)一旦進入發佈階段,模型就處於「鎖定」狀態,不得在未經變動審批狀況下對其進行修改;

f)如需對模型進行修訂,須由模型的建立人或受權人提出申請,經批准後方可修訂;

g)修訂後的模型新版本從新發布時,應通知相關用戶,以保持發佈模型的及時更新。

11.2 模型的應用

已發佈的模型可根據須要用於不一樣應用場合，這些應用一般包括：工程分析與優化、投影工程圖、裝配建模、變型設計、宣傳與培訓等。

爲了知足不一樣應用環境，發佈的數字模型應至少包含如下內容：

a) 對於工程分析類應用，發佈的模型應包括幾何信息、材料信息（例如名稱、密度、彈性模量、屈服極限、強度極限、泊松比等）、優化變量等；

//材料定義通常在分析軟件中定義，工程師須要提供材料物性表。如果在建模軟件中定義，會由於軟件對接問題而出錯。

b) 對於二維工程圖應用，發佈的模型應包括幾何信息、技術要求、尺寸公差、形位公差、粗糙度、剖面信息等；

//工程圖出圖通常是和建模是同一我的，否則容易出現信息不對等問題，除非這家公司的流程真的很是成熟了。因此模型中不須要技術要求、尺寸公差、形位公差、粗糙度等；

c)對於加工製造應用發佈的模型應包括幾何信息、尺寸公差、幾何公差、表面結構、製造要求等;

//通常建模中只包括零件的理論尺寸，而做者爲了提升合格率，屢次建議你們建模的理論尺寸在公差的中心。

d) 對於裝配建模的應用，發佈的模型應包括幾何信息、裝配形式、配合公差、摩擦係數等；

//同理，模型中不須要配合公差、摩擦係數等

e) 對於宣傳與培訓的應用，發佈模型應包含幾何信息、材質與紋理、光源信息、環境信息等。

12.典型的零件建模步驟

12.1 機加類

機加零件設計需考慮零件剛、強度要求、工藝性要求、制形成本等方面,應考慮零件的裝配、拆卸和維修。

12.1.1 機加零件建模的整體原則

機加零件建模時應考慮如下整體原則

a)零件的建模順序應儘量與機械加工順序一致;

//只要作到這一條，機械加工工藝的零件設計上就能夠稱爲獨擋一面的工程師了。但這一點十分困難，由於機械加工刀具和順序繁雜，並且實時進步，做者就吃過虧，不敢說本身精通機械加工。

b)在保證零件的設計強度和剛度要求的前提下,應根據載荷分佈狀況合理選擇零件截面尺寸和形狀;

c)設計時應充分考慮零件抗疲勞性能,儘可能使零件截面均勻過渡,儘可能採用合理的倒圓,以下降應力集中;

d)機加零件設計時應充分考慮工藝性(包括刀具尺寸和可達性),避免零件上出現沒法加工的區域;

e)銑削加工的零件應設計相對統一的圓角半徑,以減小刀具種類和加工工序。

12.1.2 機加零件建模的整體要求

機加零件建模時應知足如下整體要求

a)採用自頂向下設計零件時,零件關鍵尺寸(例如主軸孔、定位孔的關鍵尺寸等)應符合上一級裝配的佈局要求;

b)對零件進行詳細建模時,能夠把零件裝配在上級裝配件中,利用裝配件中相對位置,對零件進行詳細建模,也能夠在零件建模環境下直接建構;

c)爲了得到較高的加工精度和較好的零件互換性,設計基準和工藝基準應儘可能統一,避免加工過程複雜化

d)鑽孔零件應充分考慮孔加工的可操做性和可達性,對於方孔、長方孔等通常不該設計成盲孔;

e)選用合理的配合公差、幾何公差和表面結構。

12.2 鑄鍛類

12.2.1鑄鍛零件建模的整體原則

鍛件通常包括自由鍛件和模鍛件,鑄件通常包括砂型鑄件和特種鑄件。鑄鍛零件建模應符合如下

整體原則:

a)採用鑄造工藝成形的零件,應考慮流道、澆口纖維方向、流動性等要素;

b)採用鍛造工藝成形的零件,應考慮纖維方向、流動性、應力集中等要素;

c)鑄鍛成形的零件建模時應考慮材料的收縮率。

12.2.2鑄鍛零件建模的整體要求

鑄鍛零件建模時應知足如下整體要求:

a)模鍛件建模時可採用註釋給出零件的纖維方向信息;

b)鑄鍛零件模型上的起模特徵通常應建出;

c)鑄鍛零件模型上的圓角特徵一般應建出,如確實須要簡化,應在註釋中給出說明;

d)鑄鍛零件中的機加特徵應符合機加零件的建模要求。

12.3 鈑金類

12.3.1 鈑金零件建模的整體要求

可展開的鈑金零件模型至少應包含如下內容

a)準確的折彎係數表;

b)成形曲面;

c)以成形曲面上直線和曲線定義的零件邊界

d)彎折線和下陷線;

e)緊固件的安裝孔位;

f)零件厚度、彎曲半徑等信息。

12.3.2鈑金零件建模的基本流程

鈑金零件建模的基本流程以下

a)設置環境參數;

b)選取或建立座標系、基本目標點、基準線、基準面

c)構造零件待徵輪廓線;

d)幾何待徵設計,生成三維模型;

e)模型檢查與修改。

12.4 管路類

12.4.1選擇管路零件的材料

管路零件材料的肯定,一方面應根據系統的工做壓力和工做溫度範圍,另外一方面應考慮導管中介質的特性,以及知足耐油性和耐腐蝕性的要求。

12.4.2管路零件建模整體原則

管路零件建模通常應遵循下列原則:
a)肯定合理的直徑保證油泵液壓馬達等附件所需的流量和壓力要求;
b)根據系統設計要求,選擇適當的導管鏈接形式,保證管路組件具備良好的密封性、抗振性和耐疲勞性
c)在知足導管安裝協調的狀況下,一根導管應採用一個相同彎曲半徑值,以簡化製造工藝;
d)管路敷設的層次應考慮安全性和維修性,走向避免迂迴曲折,減小複雜形狀,減少流體阻力；
e)導管的支承、固定應合理而可靠。