1.1 知识解析

SolidWorks具有参数化设计功能，能用于快速、方便地按照设计者的设计思想，绘制出草图及三维实体模型。

1.1.1 SolidWorks的设计原理及功能模块

① SolidWorks的设计原理

SolidWorks是一套机械设计自动化软件，采用用户熟悉的Windows图形界面，操作简便、易学易用。使用SolidWorks进行设计时，用户可以运用特征、尺寸及约束功能准确地制作模型，并绘制出详细的工程图。根据各零件间的相互装配关系，可快速实现零部件的装配。

同时，插件中提供了运动学分析工具、动力学分析工具及有限元分析工具，可以方便用户对所设计的零件进行后续分析，以完成总体设计任务。

SolidWorks的设计版本经历了不断升级更新，目前推出的SolidWorks 2017为最新版本，其主要特点如下。

①SolidWorks 2017提供了完整的动态界面和鼠标拖动控制。这样的用户界面可以简化设计操作，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。

②利用SolidWorks 2017崭新的属性管理员来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。

③利用SolidWorks 2017资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。

④SolidWorks 2017的特征模板为标准件和标准特征提供了良好的环境。用户可以直接从特征模板上调用标准的零件和特征，并与同事共享。

⑤SolidWorks 2017提供的AutoCAD模拟器，使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。

② SolidWorks的功能模块

SolidWorks 2017中包含丰富的设计功能模块，能完成不同的设计任务，其中最常用的是零件、装配体和工程图三大模块。

（1）零件模块

该模块主要用于实体建模、曲面建模、模具设计、钣金设计以及焊件设计等工作。

◎ 实体建模

实体模型是采用与真实事物一致的模型结构来表达物体，“所见即所得”，直观简洁。它不仅能表达出模型的外观，还能表达出物体的各种几何和物理属性，是实现CAD/CAM/CAE技术一体化不可缺少的模型形式。

SolidWorks 2017提供了强大的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、扫描、放样等基础特征建模工具以及孔、筋和壳等工程特征建模工具和复制阵列等特征操作工具，可以快速实现产品的设计过程。

设计过程中，通过对特征和草图的动态修改可以快速变更设计意图，还可以通过拖曳方式实现实时修改。SolidWorks 2017中提供的二维草图功能可以为扫描、放样等特征生成草绘截面或放样路径等。

◎ 曲面建模

曲面模型是使用Bezier、NURBS（非均匀有理B样条）等参数曲线等组成的自由曲面来描述模型，对物体表面的描述更完整、精确，为CAM技术的开发奠定了基础。但是，它难以准确地表达零件的质量、重心及惯性矩等物理特性，不便于CAE技术的实现。

SolidWorks 2017可以通过带控制线的扫描曲面、放样曲面、边界曲面等工具创建各种曲面特征；还可以使用曲面编辑工具对曲面进行修剪、延伸、合并以及倒圆角操作；最后还可以根据设计需要将曲面实体化生成实体模型。

◎ 模具设计

现代生产中，模具的应用相当广泛。例如，在模型锻造、注塑加工中，都必须首先创建具有与零件外形相适应的模膛结构的模具。模具生产是一项比较复杂的工作，不过由于大型CAD软件的广泛应用，模具生产过程也逐渐规范有序。

SolidWorks 2017提供的内置的模具设计工具可以自动创建分型线、分型面以及型芯和模具型腔，简便快捷。

◎ 钣金设计

钣金是一种针对金属薄板（通常在6mm以下）的综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接及成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。

SolidWorks 2017提供了完善的钣金设计技术，可以简便地创建法兰、折弯等典型结构，通过正交切除、角处理以及边线切口等功能方便实现钣金件的修改操作。

◎ 焊接设计

SolidWorks 2017可以方便地创建结构焊件和平板焊件。其中的主要焊接工具包括圆角焊接工具、焊件切割工具、角撑板、顶端盖、结构构件库以及裁剪和延伸结构构件等。

（2）装配体模块

装配就是将多个零件按实际的生产流程组装成部件或完整的产品。按照装配要求，用户还可以临时修改零件的尺寸参数，并且使用分解图来显示所有零件相互之间的位置关系，非常直观。

SolidWorks 2017提供了强大的装配功能，主要特点如下。

◎ 在SolidWorks装配环境下，可以方便地设计新零件或修改已有零件。

◎ SolidWorks可以方便地对装配体进行干涉检查和间隙检查。

◎ 通过镜像零部件功能可以快速创建装配体上的对称结构。

◎ 可以使用智能化装配技术自动捕捉和定义装配关系实现快速装配。

◎ 使用智能零件技术能自动完成重复的装配设计。

（3）工程图模块

在生产第一线中，常常需要将三维模型变为二维平面图形，也就是工程图。使用工程图模块，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、剖视图及投影视图等多种视图类型。

SolidWorks 2017提供了强大的工程图功能，主要特点如下。

◎ 可以由零件或装配体直接生成工程图，包括生成各种视图以及尺寸标注。

◎ SolidWorks 2017提供了完整的全相关的工程图工具，当用户修改图样时，零件模型、所有视图和装配图都会自动更新。

◎ SolidWorks 2017可以方便创建剖视图，并支持零部件的图层管理。

1.1.2 基础训练——认识SolidWorks设计原理

零件是SolidWorks系统中最主要的对象。传统的CAD设计方法是由平面（二维）到立体（三维）。工程师首先设计出图纸，工艺人员或加工人员根据图纸还原出实际零件。然而在SolidWorks系统中却是工程师直接设计出三维实体零件，然后根据需要生成相关的工程图。

装配件是若干零件的组合，通常用来实现一定的设计功能。用户先设计好所需的零件，然后根据配合关系和约束条件将零件组装在一起，生成装配件。使用配合关系，

可相对于其他零部件来精确地定位零部件，还可定义零部件如何相对于其他的零部件移动和旋转。通过继续添加配合关系，还可以将零部件移到所需的位置。配合会在零部件之间建立几何关系，如共点、垂直和相切等。每种配合关系对特定的几何实体组合有效。

在SolidWorks系统中，零件、装配体和工程图都属于对象，SolidWorks中采用了自顶向下的设计方法创建对象，机械设计过程如图1-1所示。

图1-2是一个曲柄摇杆机构的装配体，由步进电动机、曲柄、转轴、轴承、轴承盖、连杆和摇杆等多个零件组成。

下面用此实例说明SolidWorks的常用功能、设计过程，在此只给出粗略的过程，说明SolidWorks的基本设计原理。这里只是向读者简单介绍SolidWorks里能够实现和常用的一些功能，后面的几章将讲解详细的操作和设计方法。

【操作步骤】

STEP01　首先确定要设计什么样的对象，使用什么样的方案。在此，我们要设计一个由步进电动机驱动的曲柄摇杆机构。

STEP02　通过初步分析，大致需要建立哪些零件模型。如需要建立步进电动机、曲柄、连杆、摇杆、电动机座、连接轴等零件模型，并确定零件各特征尺寸的初步大小。

STEP03　建立所需要的3D模型。现以建立电动机为例，具体步骤如下。

（1）首先绘制草图，如图1-3所示，然后进行特征操作，建立起如图1-4所示基础特征（也就是零件模型的第一个特征）。

（2）再在基础特征的基础之上，进行一系列的放置特征操作，以及特征修改，最终完成该零件的3D模型的建立，如图1-5所示。

STEP04　建立零件模型后即可创建装配体，把所有的零件按照实际情况配合起来。也可以在建立其中几个关键零件后就创建装配体，然后在装配体中根据需要添加新的零件。

（1）先建立所有需要的零部件后再创建新的装配体，放置第一个基准零件（电动机座）后如图1-6所示。

（2）然后添加已创建好了的零件模型，为零部件之间添加配合关系如两平面重合、两轴线同心等，最终的结果如图1-7所示。

STEP05　给曲柄添加旋转马达，进行运动仿真，如图1-8所示，看该机构能否满足设计要求，如果还不满足要求，可以返回修改，直到满足设计要求。

STEP06　利用软件自带的功能模块对关键零件进行力学分析，如图1-9所示，SolidWorks自带了很多功能模块，能够满足不同用户的需求。

STEP07　当装配体满足设计要求后，即可输出工程图加工零件了，SolidWorks输出工程图非常方便和灵活，出图快捷，大大提高了设计人员的效率。连杆的工程图如图1-10所示。

1.1.3 SolidWorks 2017的设计环境

SolidWorks的用户界面完全采用Windows风格，用户只要了解各部分的位置与用途，即可充分运用系统的操作功能，给自己的设计工作带来方便。

① 认识软件界面

启动SolidWorks，用户既可以打开已有的文件，又可以新建一个文件，还可以执行菜单命令【帮助】/【SolidWorks指导教程】来获得帮助。下面通过新建一个3D零件绘制文件的操作来了解SolidWorks的工作环境。

单击工作界面上部的按钮或选择菜单命令中的【文件】/【新建】，弹出图1-11所示【新建SolidWorks文件】对话框，其中提供了零件、装配体和工程图3种文件类型。

单击（零件）按钮，然后单击按钮，进入3D零件设计界面，其软件设计界面如图1-12所示。

（1）主菜单

主菜单中包含了常用的操作命令，这与其他Windows软件类似，例如创建、保存和修改模型以及设置SolidWorks工作环境等。

（2）工具栏

工具栏中的命令按钮为快速进入设计工作环境提供了极大的便利。这些工具栏可以由用户根据设计需要进行定制。

（3）视图工具栏

其中提供了一组视图控制工具，用于控制绘图区中视图的显示模式以及模型的显示状态。

（4）功能区

这里是SolidWorks主要设计工具的集中管理区，对设计工具依据不同的设计模块进行管理，单击功能区底部的选项卡（例如草图、曲面和钣金等）即可启用该模块下的工具。

（5）绘图区

在这里显示绘制的二维或三维模型，是设计的舞台。绘图区是一个无限大的三维空间，其中的图形可以根据需要进行移动、缩放和旋转。

（6）任务窗口

其中包含一组典型设计功能，例如SolidWorks资源、设计库、文件探索器、视图调色板、外观和贴图等。使用这些功能能实现特定的工作任务。

（7）设计树

设计树中列出了当前设计文件中的所有零件、特征以及基准等，以树的形式来显示模型结构，使用设计树可以方便地查看和修改模型。

② 工具栏

工具栏按钮是常用菜单命令的快捷方式。使用工具栏可以大大提高设计效率。由于SolidWorks的功能强大，其设计工具众多，设计者可以根据设计需要和个人偏好，来布置其中常用的工具栏，以提高设计效率。

（1）自定义工具栏

自定义工具栏的基本原则是既要使工具栏按钮操作简便，又要使绘图区域最大化，其主要步骤如下。

STEP01　在工具栏区域单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【自定义】选项，打开如图1-13所示【自定义】对话框。

STEP02　在【工具栏】列表框中选择要显示的工具栏。

STEP03　在【选项】分组框中选中【大图标】复选项可以用较大的图标来显示工具按钮。

STEP04　选中【显示工具提示】复选项，当鼠标指针指在工具栏按钮时，系统会自动出现该工具的功能说明。

如果所显示的工具栏位置不理想，可以将鼠标指针移至工具栏按钮之间的空白处，按住并拖动工具栏至想要的位置。

（2）自定义工具栏中的按钮

通过SolidWorks 2017提供的自定义命令，还可以对工具栏的按钮进行重新组合，可以将按钮从一个工具栏移到另一个工具栏，也可删除其中不要的按钮，操作步骤如下。

STEP01　在【自定义】对话框选择【命令】选项卡。

STEP02　在【类别】列表框内选择相应的工具栏，此时在对话框右边的【按钮】分组框内将出现所有与所选工具栏命令有关的按钮，如图1-14所示。

STEP03　将鼠标指针移至所需按钮上时，可看见系统给出的该按钮功能提示，按下鼠标左键拖动按钮至相应工具栏内，松开鼠标左键即完成了快捷按钮的调出。

STEP04　若要删除按钮，只需将按钮从工具栏拖回按钮区域中即可。

STEP05　完成设置后，单击按钮退出【自定义】对话框。

③ 设置系统参数

选择菜单命令中的【工具】/【选项】，弹出【系统选项】对话框，左边为系统项目，右边为所选项目对应参数，如图1-15所示。各个项目的大部分参数从字面上即可明白其含义，下面介绍常用的系统项目及其部分参数。

（1）【普通】参数

图1-15所示为默认情况下显示为【普通】项目参数。表1-1所示为【普通】选项中部分参数的主要内容。

（2）【草图】参数

SolidWorks所有的零件都是建立在草图基础上的，大部分SolidWorks的特征也都是由二维草图绘制开始的，草图参数设置如图1-17所示，其部分参数主要内容如表1-2所示。

（3）【显示】参数

任何一个零件的轮廓都是一个复杂的闭合线框。该项目就是为边线显示和边线选择设定系统的默认值，其中的参数如图1-18所示，部分参数含义如表1-3所示。

④ 设置文档属性

系统生成模型时，可一起生成工程详图，并将模型中的尺寸和注解包括在工程图中。【文档属性】选项卡即为设定出详图的各种选项。该选项卡仅在打开文件时才有，其中设置的内容仅应用于当前的文档。对于新建文件，如果没有特别指定该文档属性，将使用建立该文件模板中的默认文档进行属性设置。

新建一个零件文件，选择菜单命令中的【工具】/【选项】，弹出【系统选项】对话框，进入【文档属性】选项卡，选择树状列表中的一个项目后，即可弹出相应的项目设置，系统默认情况下显示为【绘图标准】，如图1-19所示。

（1）【绘图标准】选项

设定总出详图绘图标准，并重新命名、复制、删除、输出或装入保存的自定义绘图标准。该项目主要包含以下几项内容。

◎ 【注解】：可设置包含字体、依附位置、引头零值和尾随零值等内容。

◎ 【尺寸】：可设置文字对齐、字体、引线、箭头样式等相关内容。

◎ 【表格】：可进行【材料明细表】和【标题块表】的设置。

（2）【出详图】选项

显示过滤器、文字比例等，如图1-20所示。

（3）【单位】选项

该项目用来指定激活的零件、装配体或工程图文件所使用的线性单位类型和角度单位类型，如图1-21所示。

（4）【模型显示】选项

选择【颜色】项目后，系统弹出图1-22所示的【颜色】设置选项。在【模型/特征颜色】滚动列表框中选择要编辑颜色的选项，再单击右边的编辑按钮，选择想要设定的颜色，然后单击确定即可。

1.1.4 基础训练——熟悉SolidWorks的工作环境

了解了SolidWorks 2017新建3D零件的工作环境后，本练习通过打开已有文件，进一步熟悉SolidWorks 2017的工作环境。

【操作步骤】

STEP01　打开零件文件。

（1）单击工作界面上部的（打开）按钮，或选择菜单命令中的【文件】/【打开】，打开附盘文件“第1章/素材/支撑座.SLDPRT”，如图1-23所示。

（2）单击不同功能区的不同按钮，熟悉编辑状态下SolidWorks的工作环境。

STEP02　设置鼠标笔势。

（1）新建零件文件，进入【草绘】功能区。

（2）单击（草图绘制）按钮，选择前视基准面作为绘图基准面，进入草绘环境。

（3）选择菜单命令中的【工具】/【自定义】，打开【自定义】对话框，参数如图1-24所示。

（4）系统默认的显示为4个鼠标笔势，勾选选项和选项，如图1-25所示。

（5）绘制圆。在绘图区中单击鼠标右键并向右拖动鼠标指针，鼠标笔势会高亮显示该方向工具图标，如图1-26所示。

（6）鼠标指针拖过显示的工具图标，即出现图1-27所示【圆】属性管理器。按默认设置拖动鼠标指针绘制如图1-28所示的圆。

（7）绘制矩形。在鼠标笔势中单击鼠标右键并向下拖动鼠标指针选择矩形工具，在属性管理器中选择，绘制矩形，如图1-29所示。

（8）标注尺寸。在鼠标笔势中单击鼠标右键并向上拖动鼠标指针选择智能尺寸工具，给图形标注尺寸，如图1-30所示。

STEP03　设置颜色方案。

（1）单击（选项）按钮，弹出【系统选项】对话框，选择【颜色】选项，如图1-31所示。

（2）在【颜色方案设置】分组框中选择欲编辑颜色的项目，这里选择【视区背景】。

（3）单击按钮，弹出如图1-32所示【颜色】对话框，利用该对话框可定义该项目的颜色。

（4）单击按钮，退出【颜色】对话框，返回【系统选项】对话框，颜色预览框中可显示所设定的颜色。

（5）单击按钮接受更改，或单击按钮放弃对所选项目地更改。