3.2 特征基本操作

零件设计的关键是三维特征的设计。在实际特征设计中,需要掌握各种特征基本操作,包括特征的编辑、特征设计顺序的处理以及特征失败的处理等,同时这也是零件设计中必须要掌握的“基本功”,下面具体介绍特征基本操作。

3.2.1　特征的编辑

在实际产品设计中,为了对产品结构进行修改与不断改进,经常需要对产品的设计参数,还有特征结构进行编辑与修改,以满足特定的设计需求。

在SOLIDWORKS中产品的各种结构都是由一个个特征构成的,所以对产品的修改与改进也就是对产品中的各个特征进行修改与改进,在SOLIDWORKS模型树中可以很方便地对特征进行各种编辑与修改。

(1)编辑特征尺寸参数

在零件设计中会使用大量的特征尺寸参数,可以通过修改这些尺寸参数达到修改零件结构的目的。如图3⁃185所示的阀体模型,需要修改模型中的特征参数,得到如图3⁃186所示的模型结果。

步骤1　打开练习文件ch03 part\3.2\编辑特征。

步骤2　显示特征尺寸。修改特征参数之前需要显示特征参数。在模型树中选中如图3⁃187所示的“注解”节点,在弹出的快捷菜单中选择“显示特征尺寸”命令,此时模型中显示所有特征参数,如图3⁃188所示。

步骤3　修改特征尺寸。在模型上双击特征尺寸可以编辑特征尺寸。本例中需要修改阀体零件总高度尺寸(由110改为150),修改8字形凸台上部圆弧高度尺寸(由78改为110),修改8字形凸台中间圆弧半径尺寸(由20改为50),如图3⁃189所示。

完成尺寸修改后,再次选择如图3⁃187所示的命令,隐藏模型中的特征尺寸。

(2)编辑特征属性

特征属性主要是指在创建特征时需要定义的各项属性,不同的特征具有不同的特征属性。以“拉伸凸台特征”为例,拉伸凸台特征主要包括拉伸深度控制选项(给定深度、两侧对称、成形到下一面等),拉伸深度值(也可以使用上一小节介绍的编辑特征尺寸参数的方式进行修改)等特征属性。

如图3⁃190所示的塑料盖模型,需要对模型进行修改,得到如图3⁃191所示的模型结果,下面以此为例介绍编辑特征属性的操作。

步骤1　打开练习文件ch03 part\3.2\编辑特征属性ex。

步骤2　编辑“凸台⁃拉伸2”属性。在模型树中选中“凸台⁃拉伸2”右键,选择如图3⁃192所示的“编辑特征”命令,系统弹出如图3⁃193所示的“凸台⁃拉伸2”对话框,修改特征属性参数(拉伸深度选项及深度值),如图3⁃194所示,在对话框中单击按钮,完成特征属性编辑,结果如图3⁃195所示。

步骤3　创建倒圆角特征。上一步骤的编辑涉及模型中与“凸台⁃拉伸2”相关的倒圆角特征的变化,需要在模型上创建如图3⁃196所示的倒圆角,圆角半径为1.2mm。

步骤4　编辑“孔”特征属性。因为模型中的孔是在“凸台⁃拉伸2”的基础上创建,且“凸台⁃拉伸2”已经被修改,所以孔属性也要做相应的修改,如图3⁃197所示。

(3)编辑特征草图

SOLIDWORKS中的一些特征是基于二维草图创建的,这样的特征可以通过修改其二维草图的方法对特征结构进行修改。如图3⁃198所示的阀体模型,需要修改模型中的“8字形”凸台,修改结果如图3⁃199所示。

步骤1　打开练习文件ch03 part\3.2\编辑特征属性ex。

步骤2　选择命令。在模型树中选中“凸台⁃拉伸1”,单击鼠标右键,选择如图3⁃200所示的“编辑草图”命令,系统显示如图3⁃201所示“凸台⁃拉伸1”截面草图。

步骤3　修改截面草图。修改“凸台⁃拉伸1”截面草图如图3⁃202所示,完成草图编辑后直接单击图形区右上角的按钮退出草图环境。

(4)特征删除

特征的删除就是将设计过程中不需要的特征或错误的特征删除。下面以如图3⁃203所示的模型为例介绍特征删除操作。

步骤1　打开练习文件ch03 part\3.2\删除特征ex。

步骤2　删除“ϕ25.5直径孔”特征。在模型树中选中“ϕ25.5直径孔”,单击鼠标右键,选择如图3⁃204所示的“删除”命令,系统弹出如图3⁃205所示的“确认删除”对话框,单击“是”按钮,完成特征删除,结果如图3⁃206所示。

步骤3　删除“凸台⁃拉伸2”特征。在模型树中选中“凸台⁃拉伸2”,单击鼠标右键,选择如图3⁃207所示的“删除”命令,系统弹出如图3⁃208所示的“确认删除”对话框,单击“是”按钮,完成特征删除,结果如图3⁃209所示。

此处在删除“凸台⁃拉伸2”特征时,因为“凸台⁃拉伸2”中使用了拉伸截面草图,默认情况下,系统只会删除选中的特征,而特征中使用的草图是不会被删除的。另外,因为模型中的沉头孔是在“凸台⁃拉伸2”特征中的斜面上创建的,两者之间存在父子关系,所以在删除“凸台⁃拉伸2”特征的同时,特征上的沉头孔也会被删除。

在删除特征时如果需要将特征中使用的草图也删除,需要在“确认删除”对话框中选中“删除内含特征”选项,如图3⁃210所示,表示将特征内部的草图一起删除,单击“是”按钮,此时删除特征结果如图3⁃211所示。

注意:读者在删除特征时一定要谨慎,如果删除特征后文件被保存了,那么删除的特征是不能被恢复的,也就是说是特征删除是不可逆的。

(5)特征隐藏与显示

在零件设计中经常需要创建各种辅助特征,如基准特征、草图特征、曲线特征等,这些特征在零件设计完成后都需要隐藏起来,从而使模型更加整洁。下面以如图3⁃212所示的模型为例介绍特征隐藏与显示操作。

步骤1　打开练习文件ch03 part\3.2\隐藏特征ex。

步骤2　隐藏“螺旋线/涡状线”特征。在模型树中选中“螺旋线/涡状线”特征,在弹出的快捷菜单中选择如图3⁃213所示的“隐藏”命令,系统将选中的“螺旋线/涡状线”特征隐藏,结果如图3⁃214所示。

说明:使用本步骤中的方法可以将模型树中的任何特征对象隐藏,如基准特征、草图特征、曲线特征、曲面特征等,但是不能隐藏某个实体特征。

步骤3　隐藏曲面体对象。如果模型中有曲面体,系统将在模型树中生成“曲面实体”节点,专门用来管理模型中的曲面体。选中“曲面实体”节点,在弹出的快捷菜单中选择如图3⁃215所示的“隐藏”命令,系统将所有曲面实体隐藏,结果如图3⁃216所示。

步骤4　隐藏实体对象。如果模型中有实体(包括独立实体),系统将在模型树中生成“实体”节点,专门用来管理模型中的实体,选中“实体”节点,在弹出的快捷菜单中选择如图3⁃217所示的“隐藏”命令,系统将所有实体隐藏。

如果要显示被隐藏的对象,直接在对象上单击,在快捷菜单中选择如图3⁃218所示的命令,可以将隐藏对象显示出来。

(6)压缩特征

压缩特征就是将特征隐藏使其不显示在模型中,对特征进行压缩后,特征在模型中不可见。压缩的特征对象仍然存在于模型内存中,可以随时恢复显示,这正是压缩特征与删除特征之间的本质区别。下面以如图3⁃219所示的模型为例介绍特征压缩操作。

步骤1　打开练习文件ch03 part\3.2\压缩特征ex。

步骤2　压缩“ϕ25.5直径孔”特征。在模型树中选中“ϕ25.5直径孔1”特征,在弹出的快捷菜单中选择如图3⁃220所示的“压缩”命令,系统将选中特征压缩,结果如图3⁃221所示,此时被压缩的对象在模型树中显示为灰色,如图3⁃222所示。

步骤3　解除压缩“ϕ25.5直径孔1”特征。在模型树中选中被压缩的“ϕ25.5直径孔1”特征,选择如图3⁃223所示的“解除压缩”命令,系统将压缩特征重新显示。

步骤4　压缩“凸台⁃拉伸2”特征。在模型树中选中“凸台⁃拉伸2”特征,在弹出的快捷菜单中选择“压缩”命令,系统将选中特征及其相关联的子特征一起压缩,此时模型树如图3⁃224所示,压缩结果如图3⁃225所示。

说明:压缩特征不同于删除特征,压缩特征不管是压缩前还是压缩后都会显示在模型树中,可随时恢复。

3.2.2　特征父子关系

特征父子关系是指特征与特征之间的上下级别的关系。如果特征B在创建过程中,借用了特征A中的某些参考关系(如点、边或面等),没有特征A提供的参考关系,就不可能创建出特征B,那么就说明特征A是特征B的父项,特征B是特征A的子项,特征A与特征B之间存在父子关系。特征父子关系如图3⁃226所示。

(1)特征父子关系查看与分析

如图3⁃227所示的固定座零件模型,其模型树如图3⁃228所示。如果需要查看零件模型中“凸台⁃拉伸2”的父子关系,在模型树中选择“凸台⁃拉伸2”,单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择“父子关系”命令,如图3⁃229所示,系统弹出如图3⁃230所示的“父子关系”对话框,在该对话框中显示该特征的“父特征”与“子特征”。

在如图3⁃230所示的“父子关系”对话框中显示的“父特征”包括草图2、前视基准面和凸台⁃拉伸1,“子特征”包括草图3和切除⁃拉伸1。

(2)分析特征父子关系

特征父子关系的根本是要理解特征父子关系的原因,也就是要解决特征之间为什么存在父子关系的问题。下面具体分析如图3⁃227所示固定座零件模型中“凸台⁃拉伸2”特征中存在的特征父子关系,理解父子关系之间的内在联系。

在创建“凸台⁃拉伸2”过程中,选择的草图平面是“前视基准面”,所以“前视基准面”是“凸台⁃拉伸2”的“父特征”;另外“凸台⁃拉伸2”是使用“草图2”通过拉伸凸台工具创建的,所以“草图2”也是“凸台⁃拉伸2”的“父特征”;最后在绘制“草图2”和定义“凸台⁃拉伸2”的拉伸属性时与“凸台⁃拉伸1”产生了参考关系,如图3⁃231~图3⁃233所示,所以“凸台⁃拉伸1”也是“凸台⁃拉伸2”的“父特征”,没有这些“父特征”是无法顺利创建出“凸台⁃拉伸2”的。

在创建完“凸台⁃拉伸2”之后又创建了“切除⁃拉伸1”,“切除⁃拉伸1”就是在“凸台⁃拉伸2”的基础之上做了切除操作,包括“切除⁃拉伸1”中的“草图3”,如图3⁃234和3⁃235所示,所以,“凸台⁃拉伸2”是“切除⁃拉伸1”和“草图3”的“父特征”,“切除⁃拉伸1”和“草图3”是“凸台⁃拉伸2”的“子特征”。

需要注意的是,特征父子关系并不是绝对的,可以人为根据需要解除特征间的父子关系。解除父子关系就是解除特征间的参考关系。本例中如果想解除“凸台⁃拉伸2”与“前视基准面”之间的关系,可以在绘制“凸台⁃拉伸2”截面草图前不要选择“前视基准面”为草图平面,可以选择“凸台⁃拉伸1”的侧面为草图平面,这样“凸台⁃拉伸2”的创建与“前视基准面”之间就没有参考关系,也就解除了父子关系。

(3)理解特征父子关系的意义

理解特征父子关系具有很重要的实际意义,特别是在处理特征再生失败和调整零件结构设计顺序时非常有帮助。

首先,理解特征父子关系对于处理特征生成失败是非常有帮助的。特征生成失败的主要原因就是在编辑与修改特征时,对后面特征的参考造成了影响,导致后面的特征无法找到参照,所以出现再生失败的问题(本部分内容将在本章后面小节中详细介绍)。

其次,理解特征父子关系对于调整零件设计顺序是有帮助的。有时在完成零件设计后,如果设计顺序不太合理,可以根据需要调整特征设计顺序,使设计顺序更合理、更规范。在调整特征设计顺序时,一定要注意特征间的父子关系,如果两个特征之间存在父子关系,那么“子特征”是无法调整到“父特征”之前的,“父特征”也不能调整到“子特征”之后。要特别注意这一点。那么如果非要调整它们间的顺序该怎么办呢?可以先分析它们之间的父子关系,然后解除这些父子关系就可以调整顺序了(本部分内容将在本章后面小节中详细介绍)。

3.2.3　特征重新排序及插入操作

零件设计中一定要注意零件的设计顺序。零件设计顺序体现出设计人员的设计思路及设计过程。对于一些复杂的零件设计,在设计之前只能规划出零件设计的大体设计思路,至于很多的细节结构需要逐步去完成设计,这样难免会出现零件设计顺序不合理的情况,需要在零件结构设计完成后对零件设计顺序进行调整,甚至对零件中的一些结构进行改进等,完成这些操作需要对零件中的特征进行重新排序或插入操作。

(1)特征重新排序

特征重新排序就是重新排列特征的设计顺序。下面以如图3⁃236所示的壳体模型为例,具体介绍特征重新排序的操作过程。

如图3⁃236所示的壳体模型,从模型中不难发现零件中存在多处不合理结构。如图3⁃237所示,壳体模型在拐角位置不是均厚的,这会严重影响结构的强度,需要对这种设计进行改进,以解决这种不合理问题。

壳体模型的模型树如图3⁃238所示。从模型树中可以看出造成这种不合理结构的主要原因是模型设计顺序不合理。模型树中显示是先创建“抽壳”,然后创建两个倒圆角。我们知道,在零件设计中,遇到抽壳和倒圆角同时存在的场合一定要先创建倒圆角,最后创建抽壳,只有这样才能得到均匀壁厚的壳体。

为了解决这个问题,最简单的方法就是调整模型设计顺序,在模型树中使用鼠标将“抽壳1”特征拖拽到“圆角2”后面即可,如图3⁃239所示,此时壳体模型变成均匀壁厚的壳体模型,如图3⁃240和图3⁃241所示。

在重新排序过程中一定要注意特征之间的父子关系,其中“父特征”不能重新排序到“子特征”后面,除非解除特征之间的父子关系。

(2)特征插入操作

插入操作就是在创建的特征之间插入一个特征。这也是从零件设计合理化。规范化方面来考虑的。有时在零件设计过程中,需要在某个特征前面进行改进设计,这时就可以直接使用插入操作,在特征前面创建特征。

在SOLIDWORKS模型树中最下面有根蓝色的横杠,这根蓝色的横杠就是“插入符号”,拖动该“插入符号”到模型树中某个位置,可以在该位置插入特征。下面继续以如图3⁃240所示的壳体模型为例,具体介绍特征插入操作过程。

对壳体模型进行改进,得到如图3⁃242所示的壳体模型。因为这是一个壳体模型,所以改进的关键是对抽壳、倒圆角之前的基础体进行改进。

首先在模型树中拖动“插入符号”到如图3⁃243所示位置,表示设计顺序“退回”到“凸台⁃拉伸1”的后面,此时模型中只显示“凸台⁃拉伸1”,结果如图3⁃244所示。

接下来选择“拉伸切除”命令,选择“前视基准面”为草图平面,创建如图3⁃245所示的截面草图,然后创建如图3⁃246所示的拉伸切除。

完成拉伸切除创建后需要进行倒圆角设计,因为有些倒圆角已经做好了,直接在模型树上拖动“插入符号”将其显示出来即可。拖动“插入符号”到如图3⁃247所示的位置,此时在模型上显示“圆角1”,结果如图3⁃248所示。

然后选择“圆角”命令创建如图3⁃249所示的圆角,圆角半径为10mm。

最后将“插入符号”拖动到模型树最后,如图3⁃250所示,得到最终壳体模型。

由此可见,在零件设计中,特别是零件改进设计中,灵活使用插入操作能够大大提高零件设计效率与改进效率,是零件设计必须要掌握的一种特征操作。

另外,插入操作还有一个非常重要的作用,就是便于后期查看与审查,首先将模型树中的“插入符号”拖动到第一个特征前面,然后一步一步将“插入符号”往下拖动,可以一步一步查看模型的创建过程。无论是对工作还是学习,都非常有帮助,特别是对软件初学者,可以使用这种方法学习别人的设计思路与设计方法。

3.2.4　特征再生失败及其解决

在实际零件结构设计过程中,经常会因为各种原因需要对零件结构进行修改。在SOLIDWORKS中对特征进行修改后,系统会对整个零件结构进行再生,得到修改后的零件结构,如果对特征进行修改后无法得到正确的零件结构,这种情况就叫做特征再生失败。下面以如图3⁃251所示的连杆模型为例介绍特征再生失败及其处理。

现在需要对如图3⁃251所示连杆模型中的U形凸台结构进行修改,得到如图3⁃252所示的改进结果,在模型树中选中“凸台⁃拉伸3”特征编辑草图,如图3⁃253所示。

完成以上草图编辑后,系统弹出如图3⁃254所示的“SOLIDWORKS”对话框,提示再生失败,在对话框中如果单击“继续(忽略错误)”按钮,接受修改。如果单击“停止并修复”按钮,表示停止更新并重新修改。本例单击“继续(忽略错误)”按钮。

此时系统继续弹出如图3⁃255所示的“什么错”对话框,提示再生过程中的失败特征,在对话框中单击“关闭”按钮,完成修改。但是在模型树中显示错误特征,可以看出失败特征是“ϕ4直径孔1”下面的“草图4”,如图3⁃256所示。

出现特征再生失败后,如果确定失败特征是不需要的,可以在模型树中直接删除失败特征以解决再生失败的问题,如图3⁃257所示,此时模型结果如图3⁃258所示。

如果确定失败特征是必须要的,需要分析失败原因,然后针对失败原因对特征进行编辑以解决再生失败的问题。

因为在改进之前,模型中的孔与U形凸台的圆弧面是同轴的,但是改进后就没有U形凸台了,所以创建孔特征所必需的同轴参考也就没有了,所以出现特征再生失败。

在模型树中选中失败特征“ϕ4直径孔1”下面的“草图4”,在快捷菜单中选择如图3⁃259所示的“编辑草图”命令,系统进入草图环境,在草图环境中编辑错误草图。

进入草图环境后显示几何约束,如图3⁃260所示,删除错误的约束,然后重新添加正确的约束及尺寸标注,如图3⁃261所示,完成草图编辑后退出草图环境。此时模型树如图3⁃262所示,失败特征已得到解决!

说明:特征再生失败的主要原因一般都是修改导致参照丢失所致,所以在修改特征时,一定要多多考虑特征之间的参照,也就是特征之间的父子关系。