基础篇：3.2）规范化：3d零件建模

Posted 2020-12-25 zjc9915

本章目的：

 

3.零件建模：

3.1建模流程：

零件建模流程，如下：

注：这是国标《GB/T 26099-2010 机械产品三维建模通用规则》中的流程，具有一定的权威性，新手请严格按照流程来建模，老手可以查漏补缺。

 

3.1.1 环境参数设置。

在建模前应对软件系统的基本量纲进行设置，这些量纲通常包括模型的长度、质量、时间、力、温度等。

以下是国标的设置方法：

①在3d图的主界面选择：工具-选项-文档属性-总绘图标准-GB；

②文档属性选项卡--尺寸--找到“置于延伸线中间”--打钩--确定；（这个设置可以让尺寸值默认居中）

 

3.1.2 建模过程。

在建模过程中，先建构零件基体特征，后建构细节特征，是简化零件建模特征的方法。

例：

如上图零件，基体特征就是一个旋转体。建模过程则是绘制旋转体，再添加加强筋等细节，最终成图。

 

3.1.3 工程图出图。

在下一章基础篇：4）工程图出图中有详细介绍。

3.1.4 模型修正。

如流程图所示，若是工程图中有任何错误，都是在3d模型中修正，从而保证3d与2d图纸的一致性。

 

3.2 建模总体原则：

a）零件模型应能准确表达零件的设计信息；
b）零件模型包含零件的几何要素、约束要素和工程要素；
c）零件模型应满足健壮性要求，即零件模型应具备稳定、健壮的信息表达，具备在保证设计意图的情况下能够被正确更新或修改的能力；
d）不允许冗余元素存在，不允许含有与建模结果无关的几何元素；
e）零件建模应考虑数据间应有的链接和引用关系，例如，模型的几何要素、约束要素和工程要素之间要建立正确的逻辑关系和引用关系，应能满足模型各类信息实时更新的需要；
f）建模时应充分体现DFM的设计准则，提高零件的可制造性。

//DFM见进阶篇：3）面向制造的设计指南；

 

3.3 建模总体要求

a）参与三维设计的机械零件应进行三维建模，包括自制件、标准件、外购件等；
b）通常采用公称尺寸按GB/T4458.5-2003中的规定进行建模，尺寸的公差等级可通过通用注释给定，也可直接附加在尺寸值上；
c）通常先建立模型的基体特征（例如框、座等），然后再建模型的细节特征（例如小孔、倒圆、倒角等）；

//上面有提到，能最大程度简化模型。
d）某些几何要素的形状、方向和位置由理论尺寸确定时，应按理论尺寸进行建模；

//补充一点，这里所谓的理论尺寸指对称公差下的理论尺寸，即建模装配后必须预留合理的零件间隙；（这个会在公差分析、样品制作、模具设计制作、FAI/CPK检测章节详细叙述原因）
e）推荐采用参数化建模，并充分考虑参数以及零部件的相互关联；
f）对于有弹性或有装配形变的零部件建模，应表达其自由状态的尺寸和形状；
g）对于管路及其线束的卡箍等零件建模，推荐以其装配状态建立模型，但在设计中应考虑其维修或分解成自由状态时所需的空间；
h）在满足应用目的的前提下，尽量使模型最简化，使其数据量减至最少；

//建模需要简练，易读（换个人也能明白建模过程）。kiss原则是贯穿始终,例如：

//且在实际产品设计中，为了使模型最简化，经常会反复重新建模，算是为了以后的投资吧。

i）模型在发放前应进行模型检查。

 

 

3.4 模型工程属性

零件模型应包含正确的工程属性，通常包括以下内容：材料名称、密度、弹性模量、泊松比、屈服极限（或强度极限）、折弯因子、热传导率、热膨胀系数、硬度、剖面形式等。应将常用的工程材料特性存储在数据库中，并便于扩展。

//所谓模型工程属性，就是材料的定义。在实际建模中，真正要定义的一般是材料名称、密度、剖面形式、外观4样。前三者是工程图要求，后者一般是3d图的需要。、

而其他的如弹性模量等，是用于受力分析的，一般是在其余软件中再定义，如workbench。这样不会因为软件的对接而出错。

3.5 特征的使用

零件建模特征的使用应符合以下要求：

a)特征应全定位，不得欠定位或过定位，另有规定的除外，优先使用几何定位方法，例如平行、垂直或重合，其后才使用数值定位方法；

//这句话就是指在草绘的两大要求：完全定义和约束顺序（先几何再尺寸）。
b)特征建立过程中所引用的参照必须是最新且有效的；
c)为了便于表达和追溯设计意图，可以将特征命名为简单易读的特征名；
d)应采用参数化特征建模，不推荐非参数化特征，不使用没有相关性的几何要素；
e)不应为修订已有特征而创建新特征，例如在原开孔位置再覆盖一个更大的孔以修订圆孔的尺寸和位置。

//就是依据这条准则，产品设计建模时才不能使用删除面等模具设计工具。

这个工具使用方便，特别在模具设计行业算是必备工具。但建成的特征通常不能算是完整的特征（只能算是用一个特征去覆盖另一个特征），为以后的尺寸标注和特征分析也增加难度。

//新手很容易犯下这样的错误，比如嫌修正模型麻烦，而用拉伸切除的功能抹除以前的建模特征，再用这个平面直接建模，这是十分不可取的。

 

3.6 倒角（或倒圆）特征的使用

a)除非有特殊需要，倒角（或倒圆）特征不应通过草图的拉伸或扫描来形成；
b)倒角（或倒圆）特征一般放置在零件建模的最后阶段完成，除某些特殊情况，例如实体边在建模过程中由于设计需要被分割（如开槽等特征操作）时，将倒角（或倒圆）特征提前完成。

//如塑胶件建模，所有的边缘一般都需要倒圆角，这些倒角会在最后阶段一一添加（不能一次添加完毕），出错的几率才最少。

 

3.7 标准件与外购件建模要求

3.7.1 标准件建模要求

标准件模型应优先采用具有参数化特点的零件系列族表方法建立。对于无法参数化的零件，亦可建立非系列化的独立模型。为了满足快速显示和制图的需要，标准件按GB/T 24734.11的规定采用简化级表示。

//SolidWorks自带标准零件库，只用于参考，但不建议使用。由于软件问题，标准零件库的零件加载容易出错，不利于工程图出图，所以还是建议自行建立。

3.7.2 外购件建模要求

外购件产品的模型推荐由供应商提供。用户可根据需要进行数据格式的转换，转换后的模型是否需要进一步修改，由用户根据使用场合自行决定。转换后的初始模型应予以保留，并伴随装配模型一起进入审签流程。

对无法从供应商处获得外购件的三维模型，可由用户自行建立。允许根据使用要求对外购件模型进行简化，但简化模型应包括外购件的最大几何轮廓、安装接口、极限位置、质量属性等影响模型装配的重要信息。

3.8 结构要素的建模要求

球面半径、润滑槽、滚花、零件倒圆与倒角、砂轮越程槽等结构要素按GB/T 6403.1中的规定允许不建模，但必须采用注释对其进行说明。

//滚花可以不建模，但3d图外观中需要有表示，然后工程图中滚花需要按照标准标注和绘制。

//零件倒圆与倒角一般是不可以省略的，注意。如果省略，会出现制造上的麻烦。

 

3.9 模型简化

3.9.1 简化原则

为了缩短三维数字模型的建模时间，节省存储空间，提高三维数字模型的调用速度，三维数字模型的几何细节简化应遵循以下原则：

a） 三维数字模型的简化应便于识别和绘图；

b） 三维数字模型几何细节的简化不致引起误解或不会产生理解的多义性；

c） 三维数字模型几何细节的简化不能影响自身功能表达和基本外形结构，也不能影响模型装配或干涉检查；

d） 三维数字模型几何细节的简化要考虑三维模型投影为二维工程图时的状态；

e） 三维数字模型几何细节的简化要考虑设计人员的审图习惯。

3.9.2 详细的简化要求

a） 与制造有关的一些几何图形，如内螺纹、外螺纹、退刀槽等，允许省略或者使用简化表达。但简化后的模型在用于投影工程图时，应满足机械制图的相关规定；

b） 若干直径相同且成一定规律分布的孔组，可全部绘出，也可采用中心线简化表示；

c） 模型中的印字、刻字、滚花等特征允许采用贴图形式简化表达，必要时，亦可配合文字说明；

d） 在对标准件、外购件建模时，允许简化其内部结构和与安装无关的结构，但必须包含正确的装配信息。

//尽可能不要用简化！尽可能不要用简化！

 

3.10 模型检查

在对模型提交和发布前，应对模型完成如下检查：

a) 模型是稳定的且能够成功更新；

b) 具有完整的特征树信息；

c) 所有元素是唯一的，没有冗余元素存在；

d) 零件比例为全尺寸的1:1三维模型；

e) 自身对称的零件应建立起完整的零件，并明确标识对称面；

f) 左、右对称的一对零件应分别建立各自的零件模型，并用不同的零件编号进行标识，建模时允许利用参照方法简化建模；

g) 模型应包含供分析、制造所需的工程要素。

 

3.11 模型的发布与应用

3.11.1 模型的发布

完成后的模型需要提供给下游用户使用时，必须经由发布流程进行发放，下游用户通常包括：分析工程师、工艺工程师和制造工程师等。

三维数字模型的发布应遵循以下原则：

a) 模型发布时，应包含全部的几何、约束和工程要素；

b) 一旦进入发布阶段，模型就处于“锁定”状态，不得在未经变更审批情况下对其进行修改；

c) 下游用户以发布模型作为设计输入；

d) 如需对模型进行修订，须由模型的创建人提出申请，经批准后方可修订；

e) 修订后的模型新版本重新发布时，应通知所有下游用户，以保持发布模型的及时更新；

3.11.2 模型的应用

已发布的模型可根据需要用于不同应用场合，这些应用通常包括：工程分析与优化、投影工程图、装配建模、变型设计、宣传与培训等。

为了满足不同应用环境，发布的数字模型应至少包含以下内容：

a) 对于工程分析类应用，发布的模型应包括几何信息、材料信息（例如名称、密度、弹性模量、屈服极限、强度极限、泊松比等）、优化变量等；

//材料定义一般在分析软件中定义，工程师需要提供材料物性表。若是在建模软件中定义，会因为软件对接问题而出错。

b) 对于二维工程图应用，发布的模型应包括几何信息、技术要求、尺寸公差、形位公差、粗糙度、剖面信息等；

//工程图出图一般是和建模是同一个人，不然容易出现信息不对等问题，除非这家公司的流程真的非常成熟了。所以模型中不需要技术要求、尺寸公差、形位公差、粗糙度等；

c) 对于装配建模的应用，发布的模型应包括几何信息、装配形式、配合公差、摩擦系数等；

//同理，模型中不需要配合公差、摩擦系数等

d) 对于宣传与培训的应用，发布模型应包含几何信息、材质与纹理、光源信息、环境信息等。