学习情景4 三维零件数字化设计基础

拉伸特征 特征编辑 旋转特征 零件创建方式 基准特征 扫描特征 构造特征 混合特征 场景1 场景2 场景7 场景3 场景7：特征的编辑与修改 场景6 构造特征 混合特征 场景4 场景5

认知1：特征与参数化特征造型 Pro/Engineer软件采用基于特征的参数化造型技术。每个零件均由一个或多个特征组成。所谓特征就是具有一定形状和尺寸的几何体，它能够区别于其它事物存在。如同人主要由头、手、脚、躯干等几部分组成，其中手、脚就是其主要的特征。

一、 Pro/Engineer软件的特征构成

二、 零件特征造型实例

场景1：以拉伸方式创建三维零件模型

【工程案例一】轴承座的三维数字化建模 【学习目标】 某机械厂生产如图4-5所示轴承座，要求建立其三维数字化模型。 1.学习拉伸特征的创建方式。

【零件造型分析】 整个轴承座由底座和支撑板构成，而底座和支撑板均可通过截面拉伸方式创建而成。其创建过程如表4-1所示。 表4-1 轴承座的三维造型过程

【相关知识点】 1．拉伸特征的定义 将二维截面沿指定方向延伸指定距离而形成的一种三维特征。它是创建三维模型的最基本方法。 2．拉伸特征在零件造型中的作用 拉伸特征主要应用于截面相等且拉伸方向与截面垂直的场合。

创建拉伸特征需要确定一些主要参数，如拉伸方向，拉伸长度等，这些均通过拉伸操作面板来确定，如图4-6所示。 3．拉伸特征的操作面板 创建拉伸特征需要确定一些主要参数，如拉伸方向，拉伸长度等，这些均通过拉伸操作面板来确定，如图4-6所示。 图4-6 拉伸操控板

【小结】 1．拉伸特征创建失败的原因及处理方法 在截面拉伸过程中，当出现【不完整截面】对话框时，此时应利用系统在截面上的提示点检查所创建的截面是否存在以下问题：（1）截面不封闭；（2）截面轮廓中存在多余的线条；（3）截面线条相互交叉。

当特征创建完成后，用户可以随时对它进行修改，如图4-25所示。 2．拉伸特征的编辑修改方法 当特征创建完成后，用户可以随时对它进行修改，如图4-25所示。 图4-25 轴承座底座的编辑修改

【工程案例练习】 创建图示零件的三维数字化模型。

【工程案例练习】 创建图示零件的三维数字化模型。

场景2：以旋转方式创建三维零件 定位轴 花瓶

【工程案例二】定位轴的三维数字化建模 【学习目标】 某机械厂生产如图4-32所示定位轴，要求建立其三维数字化模型 。 1.学习旋转特征的创建方式。

【零件造型分析】 从结构上来看，该零件属于回转类零件，可以看作某截面沿中心轴旋转而成。从造型的角度来看，除了圆头部分必须采用旋转方式创建外，其余部分均可采用创建拉伸特征的方式来构造。不过最直接的构造方法就是创建一个二维截面，然后绕一中心轴旋转而成，如表4-3所示。 表4-3 定位轴的三维造型过程

【相关知识点】 1．旋转特征的定义 旋转特征就是将二维草绘截面绕着一条中心线旋转一定角度而形成的特征。 2．旋转特征在零件造型中的作用 主要适用于创建回转体实体。 注：要创建旋转特征，旋转截面必须包含一条旋转轴，而且截面必须处在旋转轴的一侧。

3．旋转特征的操作面板

【小结】 1．旋转特征创建失败的原因及处理方法 （1）没有绘制旋转中心线；（2）截面穿过中心线，即旋转截面位于中心线的两侧；（3）截面不完整，当创建的旋转特征为实体时其旋转截面要封闭。

【趣味建模】——花瓶的三维数字化建模。

表4-5 花瓶的三维数字化建模过程

【工程案例练习】 创建图所示轴零件的三维数字化模型。

场景3：以扫描方式创建三维零件 工字钢 茶杯 爱心

某钢铁厂生产如图所示弯曲工字钢型材，要求建立其三维数字化模型。 【工程案例三】弯曲工字钢型材三维建模 某钢铁厂生产如图所示弯曲工字钢型材，要求建立其三维数字化模型。 【学习目标】 1.学习扫描特征的创建方式。

【零件造型分析】 弯曲工字钢型材是一种典型的扫描特征实体。由于其扫描轨迹是弯曲的，无法用前面所讲的拉伸和旋转特征来实现。但由于其扫描截面形状与尺寸均相同，且始终与轨迹路线相垂直，故可以采用扫描方式来创建，如表4-6所示。

【相关知识点】 1．扫描特征的定义 扫描特征是草绘截面沿着草绘轨迹扫掠而形成的一种特征。 2．扫描特征在零件造型中的作用 扫描特征用于创建扫描截面形状与尺寸均相同，且始终与轨迹路线相垂直的一类零件。

某瓷器厂生产如图4-54所示茶杯，要求建立其三维数字化模型。 【工程案例四】茶杯的三维数字化建模 某瓷器厂生产如图4-54所示茶杯，要求建立其三维数字化模型。 【学习目标】 1.巩固扫描特征的创建方式。

【茶杯造型分析】 茶杯由杯体和杯柄两部分组成。杯体属于回转体类零件，可以通过旋转方式创建而成。杯柄由于各截面形状、尺寸均一样，可以看着是椭圆截面沿轨迹扫描而成，因此可采用扫描方式来构造，如表4-7所示。

表4-8 杯体的三种创建方法比较

（a）“合并终点”的造型结果 （b）“自由端点”的造型结果 图4-60 “合并终点”与“自由端点”选项的造型区别 “合并终点”与“自由端点”选项的造型区别： （a）“合并终点”的造型结果 （b）“自由端点”的造型结果 图4-60 “合并终点”与“自由端点”选项的造型区别

某机械厂生产如图4-61所示拨叉零件，要求建立其三维数字化模型。 【举一反三】 某机械厂生产如图4-61所示拨叉零件，要求建立其三维数字化模型。

表4-9 拨叉的三维造型过程

【趣味建模】——爱心的三维数字化建模 试建立图4-62所示爱心的三维数字化模型。 【学习目标】 1.巩固扫描特征的创建方式。

表4-10 爱心的三维数字化建模过程

【综合案例练习】 1. 创建图4-63所示链轮的三维数字化模型 。

2. 创建图4-64所示杯子的三维数字化模型，其尺寸自定。

场景4：以截面混合方式创建三维零件 组合体 茶壶 五角星

某木工机械厂生产如图4-65所示组合体模型，要求建立其三维数字化模型 。 【工程案例五】组合体模型的三维建模 某木工机械厂生产如图4-65所示组合体模型，要求建立其三维数字化模型 。 【学习目标】 1.学习混合特征的创建方式。 2.学习加强筋特征的创建方式。

【零件造型分析】 该组合体由底板、凸台、加强筋三部分组成。底板可采用拉伸方式来创建。凸台部分由于上下截面形状和尺寸均不相同，无法采用前述的拉伸、旋转、扫描方式来创建，但可以采用混合特征来生成。加强筋部分可以采用拉伸的方式来创建，也可以直接采用加强筋构造特征来创建，本节采用构造加强筋特征来实现。 表4-11 组合体的三维数字化建模过程

【相关知识点】 1．混合特征 混合特征是由两个或两个以上剖面在其边角处用过渡曲面连接而成的一个连续特征。混合特征可以实现在一个实体中出现多个不同的截面的要求。 表4-12 混合特征的类型

2.加强筋特征 筋特征是在两个或两个以上的相邻平面间添加加强筋，该特征是一种特殊的增料特征。根据相邻平面的类型不同，生成的筋分为直筋和旋转筋两种形式。相邻的两个面均为平面时，生成的筋称为直筋，即筋的表面是一个平面；相邻的两个面中有一个为弧面或圆柱面时，草绘筋的平面必须通过圆柱面或弧面的中心轴，生成的筋为旋转筋，其表面为圆锥曲面，如表所示。

【混合特征理解造型示例】

【趣味建模1】爱心的三维数字化建模 试建立图4-89所示五角星的三维数字化模型。

【趣味建模2】茶壶的三维数字化建模 试建立图4-90所示茶壶的三维数字化模型。

表4-16 茶壶的三维数字化建模过程

【工程案例练习】 创建图4-96所示容器的三维数字化模型。

场景5：构造特征在数字化建模中的综合应用 落料凹模 端盖 支座 戒指

某模具制造有限公司生产图4-97所示落料凹模，试建立其三维数字化模型 。 【工程案例六】落料凹模的三维数字化建模 某模具制造有限公司生产图4-97所示落料凹模，试建立其三维数字化模型 。 【学习目标】 1.学习孔特征的创建方式

【零件造型分析】 该落料凹模的造型较为简单，除了两个螺纹孔外，其余部分均可采用拉伸方式来创建。本案例的目的在于训练特征孔的创建过程，包括一般孔与螺纹孔。 表4-17 落料凹模的三维数字化建模过程

【相关知识点】 1．孔特征的操作面板

标准孔：创建具有基本形状的螺纹孔。它是基于相关的工业标准的，可带有不同的末端形状、标准沉孔和埋头孔等。 2．孔特征的类型 简单孔：创建一般的直孔。 标准孔：创建具有基本形状的螺纹孔。它是基于相关的工业标准的，可带有不同的末端形状、标准沉孔和埋头孔等。 草绘孔：由草绘截面定义的旋转特征，可用旋转去除材料来代替。 表4-18 孔特征的主要类型

径向孔：通过给定极半径和角度的方式来定位。 直径孔：与径向孔类似，只是将半径改为直径。 其它（同轴孔）：与某圆柱面或某轴心同轴。 3．孔特征的定位方式 线性孔：通过给点两个距离尺寸定位。 径向孔：通过给定极半径和角度的方式来定位。 直径孔：与径向孔类似，只是将半径改为直径。 其它（同轴孔）：与某圆柱面或某轴心同轴。 表4-19 孔特征的定位方式

某机械制造有限公司生产图4-113所示端盖零件，试建立其三维模型。 【工程案例七】端盖的三维数字化建模 某机械制造有限公司生产图4-113所示端盖零件，试建立其三维模型。 【学习目标】 1.学习特征阵列（轴阵列）的创建方式。 2.学习圆角、倒角特征的创建方式。

【零件造型分析】 端盖零件的结构较为简单，主体部分可以通过拉伸或旋转的方式来创建，三个孔可以通过创建一个孔特征，然后使用特征阵列的方式来创建，当然也可以通过拉伸去除材料的方式来创建。此外该零件还具有圆角和倒角特征，这些可分别通过创建圆角和倒角特征来实现。建模主要步骤如表4-20所示。 表4-20 端盖的三维数字化建模主要步骤

【相关知识点】 1．特征阵列 阵列是指在一次特征操作中生成多个按规律排列的副本，相当于一次产生多个复制特征，设计效率非常高。而且在特征阵列中修改原始模型，阵列特征都随之自动更新。特征阵列有多种类型，最常用的有尺寸阵列（相当于矩形阵列）、轴阵列（相当于环形阵列）、填充阵列等。 表4-21 特征阵列的类型

2．圆角特征 在零件设计过程中，倒圆角有着极其重要的作用，它不仅可以增加造型变化与美化外形，也可以优化产品的性能。倒圆角是一种边处理特征，通过向一条或多条边、边链或在曲面之间添加半径形成。 3．倒角特征 倒角是处理模型周围棱角的方式之一，与倒圆角功能类似。

某机械制造厂生产如图4-124所示法兰盘，试建立其三维数字化模型。 【举一反三】 某机械制造厂生产如图4-124所示法兰盘，试建立其三维数字化模型。

表4-22 法兰盘的三维数字化建模关键步骤

某机械厂生产如图4-125所示支座零件，试建立其三维数字化模型。 【工程案例八】支座的三维数字化建模 某机械厂生产如图4-125所示支座零件，试建立其三维数字化模型。 【学习目标】 1.学习特征尺寸阵列的操作方式。 2.学习特征镜像的操作方式。 2.学习基准平面、基准轴的创建方法。

【支座模型造型分析】 整个支座零件由底板、立柱、前凸、筋板四部分组成。底板有个槽，可以通过拉伸去除材料的方式来创建。底板上的孔可以通过拉伸方式来创建，也可以通过打孔方式来创建。 表4-23 支座的三维数字化建模过程

【相关知识点】 1．特征镜像 使用镜像方式复制特征可以对模型的一个或多个特征进行镜像复制。该命令常用来建立相互对称的特征模型，使用这种方式可以很方便地创建特征，并且创建的对称特征约束关系准确。 2.基准平面 在新建一个零件文件时，如果选择系统默认的模板，则出现三个相互正交的基准平面，即TOP、RIGHT、FRONT平面，通常建模时要以它们作为参照。有时还需要除默认基准平面以外的其它基准平面作为参照，此时就需要新建基准平面，即作辅助平面。新建基准平面的名称由系统自动定义为DTM1、DTM2等。基准平面是一个无限大的面，它以一个四边形的形式显示在画面上，用户可以调整基准平面的显示轮廓的高度和宽度。基准平面有多种作用，可以作为草绘平面进行草绘，可以作为放置特征的平面，可以作为尺寸标注的参照，可以作为视角方向的参考等。

表4-24 基准平面的创建类型

3.基准轴 基准轴常用作尺寸标注的参照、基准平面的穿过参照、孔特征的中心参照、同轴特征的参照，特征阵列的参照等。基准轴是一个无限长的直线，它以一段虚线的形式显示在画面上，基准轴以棕色中心线标识，由系统自动给出轴的名称，如A_1、A_2等。在生成由拉伸产生圆柱特征、旋转特征和孔特征时，系统会自动产生基准轴。 表4-21 基准轴的创建类型

某机械制造有限公司生产如图4-143所示壳体，试建立其三维数字化模型。 【举一反三】 某机械制造有限公司生产如图4-143所示壳体，试建立其三维数字化模型。

表4-22 壳体的三维数字化建模过程

某模具制造有限公司生产图4-144所示戒指零件，试建立其三维数字化模型。 【工程案例九】戒指的三维数字化建模 某模具制造有限公司生产图4-144所示戒指零件，试建立其三维数字化模型。 【学习目标】 1.学习拔模特征的创建方法。 2.学习戒指的造型方法。

【戒指造型分析】 戒指零件的造型难点在于其多个表面都是倾斜的，尽管可以通过拉伸去除材料的方式来创建倾斜表面，但这种方法较为繁琐，需要多次用到拉伸命令。最好的方式是创建拔模曲面来实现倾斜表面的创建，其建模思路图表4-23所示。 表4-23 戒指的三维数字化建模思路

1．拔模特征 注塑件和铸件往往需要一个拔模斜面，才能从模具型腔中顺利取出，因此在设计零件时需要在零件侧面上添加一定角度的脱模斜度，而这可以用拔模特征来实现造型。 在Pro/Engineer软件中建立拔模特征需要确定拔模曲面、拔模枢轴、拔模方向、拔模角度等几个参数。其中拔模曲面是要生成拔模斜度的曲面；拔模枢轴即中间部分尺寸不变的平面或曲线；拔模方向确定拔模曲面的收缩方向；拔模角度用于指定拔模面的斜度值，范围为-30°~30°。

场景6：基准特征在数字化建模中的综合应用

【基准特征创建基础示例】 【学习目标】 试建立图4-156所示（a）、（b）两个零件的三维数字化模型。 1.学习基准点的创建方法。 2.学习斜孔的创建方法。

【造型分析】 该零件的主要造型难点在于两个斜孔的创建。孔创建步骤中一般要先选择一个与孔垂直的平面，而这里创建的是斜孔，现有长方体中没有哪个面与斜孔垂直，因此需要创建一个与孔垂直的辅助平面。创建此辅助平面的思路是先创建基准点，然后创建基准轴，最后创建与基准轴垂直的基准平面。

【相关知识点】 1．基准点 基准点的用途非常广泛，即可用于辅助建立其它基准特征，如基准轴等，也可辅助定义特征的位置，用作模型计算和分析的参考点。Pro/Engineer Wildfire提供了四种类型的基准点。 图4-157 基准点的四种创建方法

【工程案例十】固定座的三维数字化建模 【学习目标】 1．学习草绘孔的创建方法。 2．学习基准特征的综合运用方法。 3．学习特征删除、隐含与恢复、隐藏与取消隐藏操作方法。

【固定座造型分析】 该零件的主要造型难点在于倾斜圆柱与孔的创建，根据该零件尺寸定位的方式，需要确定拉伸或旋转截面的空间位置，而这需要作一些辅助基准轴和基准平面来实现。为了讲解基准特征在零件造型中的作用，本案例采用创建拉伸特征的方式来创建斜圆柱。除了此方法外，该零件造型有更简单的方法，学员可自行思考。 表4-24 固定座的三维数字化建模过程

【相关知识点】 1．特征删除、隐含与恢复 特征删除是将已经建立的特征从模型树和绘图区中删除，特征删除后无法再恢复。特征隐含是将暂时用不到的特征隐藏起来，以简化零件模型，加快零件的显示过程，特征隐含后可以通过特征恢复命令重新显示出来。 2．特征隐藏与取消隐藏 特征的隐藏和取消隐藏主要是针对基准特征的，例如基准平面和基准轴，而对其它特征无效。 3．草绘孔的创建 草绘孔特征是通过草绘的孔截面进行旋转而成的旋转特征，草绘孔的形式多样，包括沉头孔和阶梯孔等。 注意：草绘孔特征创建时必须有一个竖直放置的中心线作为旋转轴，并至少有一个垂直于这个旋转轴的图元。

【举一反三】 试构造如图4-194所示支架零件的三维数字化模型。

表4-25 支架的三维数字化建模思路

场景7：特征的编辑与修改

认知1：特征的编辑与修改 特征创建完成后，如果发现有问题或需要对其进行尺寸与形状修改，此时就需要对特征进行编辑修改。常用的编辑修改方式有特征编辑、特征重定义、特征镜像、特征复制、特征阵列、特征删除、隐含与恢复、特征隐藏与取消隐藏、创建组与分解组、特征排序以及零件镜像等。上述编辑修改方式中有的已在前面的案例教学中进行描述，这里不再赘述。 1. 特征排序 一般来说特征是按顺序进行创建的，但用户也可改变特征的排列顺序，将特征模型树中将某个特征拖动到合适位置。 2. 特征组与分解组 因为有很多命令只是针对单个特征的，通过创建特征组，可以将若干相邻的特征合成一个组，以方便用户对特征组进行整体操作，如特征阵列等。当然也可以将成组的特征分解成单个的特征，以便对每个特征进行操作。 3. 零件镜像 对整个零件进行镜像操作，而不仅仅是对某个特征进行镜像操作。

【特征编辑演示案例】 【学习目标】 创建如图4-195所示的三维零件。 1．学习特征顺序的调整方法。 2．学习组特征的创建与分解方法。 3．学习零件镜像的操作方法。

表4-26 特征编辑演示案例的建模思路

【综合案例练习】 1. 创建图所示零件的三维数字化模型 。