资源描述
SolidWorks 高级曲面教程
SolidWorks 高级曲面教程
SolidWorks 高级曲面 教程
关于本课程....................................................................................................................................... 2
第一章 了解曲面............................................................................................................................. 2
1.1 实体和曲面........................................................................................................................ 2
1.2 使用曲面的原因.............................................................................................................. 11
第二章 曲面入门........................................................................................................................... 14
2.1 基本曲面建模.................................................................................................................. 14
第三章 实体—曲面混合建模....................................................................................................... 22
3.1 概述 ................................................................................................................................. 22
3.2 使用曲面编辑实体实例.................................................................................................. 22
3.3 曲面作为构造几何体实例.............................................................................................. 26
3.4 面的复制.......................................................................................................................... 29
第四章 修补与编辑输入的几何体............................................................................................... 32
4.1 输入数据.......................................................................................................................... 32
4.2 修补与编辑输入的几何体.............................................................................................. 33
第五章 高级曲面建模................................................................................................................... 41
5.1 高级曲面建模实例.......................................................................................................... 41
第六章 接合与修补....................................................................................................................... 61
6.1 复杂的接合实例.............................................................................................................. 61
6.2 光滑修补.......................................................................................................................... 68
6.3 自由形（任意多边形）.................................................................................................. 71
6.4 边角融合.......................................................................................................................... 77
第七章 主模型技术....................................................................................................................... 85
7.1 主模型技术的概述.......................................................................................................... 85
7.2 曲面主模型的实例.......................................................................................................... 86
7.3 实体主模型实例.............................................................................................................. 94
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SolidWorks 高级曲面 教程
关于本课程
• 前提条件
—机械设计基础
—使用 Windows 操作系统经验
—已经学习了 SolidWorks 在线教程和基础教程
• 教程设计原则
—基于过程或任务的方法，不专注于单项特征和软件功能
• 使用本教程
—在教室指导下，在培训中进行。边演示，边练习
• 关于文档的注意点
• 本教程使用约定 小四、黑色字体表明是 SolidWorks 软件的命令或选项
第一章 了解曲面
本章内容要点：
• 理解实体与曲面的异同点
• 创建拉伸曲面与平面
• 剪裁曲面与解除剪裁曲面
• 缝合曲面
• 由曲面生成实体
• 在实体或曲面中删除面
• 理解 NURBS 曲面以及 ISO-参数（U-V）曲线的属性
• 熟悉常见的曲面类型
• 了解典型的曲面建模操作模式
1.1 实体和曲面
在 SolidWorks 中，实体和曲面是非常相似的。实体和曲面包含的是两类不同
的信息，更确切的说是包括两类实体（entity）。
1） 几何信息：几何纤细描述的是形状，例如物体的扁平或者翘曲、直线形或者
弯曲状。点代表了空间中特定且唯一的一个位置。
2） 拓扑信息：拓扑信息描述的是关系，例如：
实体的内部和外部，一般来说是通过面来定义的
哪些边相交于哪些顶点。
哪些面的分界线形成哪些边线。
哪些边是两个相邻面的共同边线。
实体：对于一个实体，其中任意一条边线同时属于且只属于两个面；在一个曲面
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实体中，其中一条边线可以仅属于一个面。
左图：不能生成一个实体，因为边线被四个面拥有。
步骤一：拉伸实体
创建新的零件，选择 Part_IN 模板。
在上视基准面上绘制一个草图，圆心和原点重合，直径为 1in，点击特征工
具栏上的拉伸按钮，拉伸高度为 1in。
保存零件为 Solid。
生成了三个面，两个端面和一个连接的圆柱面。
步骤二：拉伸曲面
使用模板 Part_IN 创建另外一个零件。
在上视基准面上绘制一个草图，圆心和原点重合，直径为 1in。
单击曲面工具栏上拉伸曲面按钮 ，或者插入，曲面，拉伸曲面，高度为
1in。保存零件为 Surface。
步骤三：纵向平铺窗口
单击窗口，纵向平铺两个零件窗口。
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步骤三：创建平面区域
在零件 Surface 上的上视基准面上创建一个草图，绘制一个正方形，中心位
于原点，边与圆柱面边线相切。
单击曲面工具栏上的平面区域按钮 ，生成一个平面。
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步骤四：剪裁曲面
单击曲面工具栏上的剪裁曲面按钮 ，选择标准，裁剪工具下选择圆柱面，
选择保留选择，当鼠标在平面区域生成的面上移动时，可以发现高亮显示需要保
留的面。
确定，裁剪后如下。
步骤五：创建第二平面区域
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切换到等轴测视图，单击平面区域按钮 ，选择顶部的圆柱面的圆形边线，
确定。
步骤六：结果
步骤五得到的结果和步骤四得到的结果一致，但步骤五只需要一个操作步骤。
和第一个零件相比，虽然外观相似，但是一个是实体，而现在是三个曲面的
组合。
步骤七：解除剪裁曲面
解除裁剪曲面 ，选择步骤五中创建的平面区域，预览视图，可以发现系
统自动创建由圆形边生成的矩形面。
单击取消，退出解除剪裁曲面操作。
使用曲面：在曲面环境下的操作类似于在实体环境下的操作，但也有很大差异。
曲面列在特征管理器的设计树下也有个曲面文件夹（类似实体文件夹），它们可
以被隐藏或者删除。
对于曲面，我们不能像对待实体那样进行布尔型运算。在实体环境中，假设在现
有实体上添加一个基体，可以通过简单的绘制草图并拉伸来实现，SolidWorks 会
自动那些新生成的面，并且将新特征生成的实体合并到现有的实体中。对于曲面
中那些相互交叉的面，只能对它们进行手工裁剪或缝合。
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步骤八：缝合曲面
单击曲面工具栏上的缝合曲面 ，选择图形区域中的 3 个曲面实体，单击
确定。
现在曲面实体文件夹中只有一个曲面，由缝合曲面特征来命名。
步骤九：曲面转实体
单击曲面工具栏上的加厚按钮 ；或单击插入，凸台/基体，加厚。
勾选从闭合的体积生成实体，单击确定。
这时曲面实体文件夹没有了曲面，而实体文件夹开始有了一个加厚 1 实体。
注意：
1）尝试加厚曲面，当曲面是完全封闭曲面体积时，从闭合的体积生成选项采可
用；
2）使用检查实体命令可以亮显曲面的开环边线；
3）在任何显示模式下显示模型边线，查看边线颜色是否同工具，选项，系统选
项，颜色，曲面/开环边线中所设置的一样。
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步骤十：对比两个零件
选择窗口，横向平铺，使得两个零件窗口横向平铺。
分别用工具，质量特性来查看两个零件，体积都是 0.785in3。
步骤十一：删除面
切换到 Solid 零件窗口，单击曲面工具栏上的删除面 ，选择圆柱面及顶面。
在选项中选择删除，单击确定。
可以看到原先的实体文件夹中的实体已经不存在了，而曲面实体文件夹中有
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一个实体：删除面 1。
参数化：在 SolidWorks 中所有的曲面都可以通过一系列的曲线网格来描述，可以
称之为为 ISO 参数或者 U‐V 曲线。沿着 4 边曲面的某条边线方向的曲线为 U 曲线，
而另一个垂直方向的曲线为 V 曲线。参数就是这些边线上各点位置的数字描述，
在 0 与 1 间取值。可以通过工具，草图工具，面部曲线命令来查看 U‐V 网格。
曲面类型：
1） 代数曲面：可以用简单的代数公式来描述。包括平面、球面、圆柱面、圆锥
面和环面等。代数曲面中的 U‐V 曲线都是一些直线、圆弧或圆周。
2）直纹曲面：直纹曲面上的每一个点都有直线穿过，且直线位于面上。
3）可展曲面：可展曲面是直纹曲面的子集，可以在没有被拉伸的状态下自由伸
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展。这类曲面包括平面、圆柱面及圆锥面等。
4）NURBS 曲面：NURBS（非均匀有理 B 样条）作为一种曲面技术被广泛应用在
CAD 行业以及计算机绘图软件中。NURBS 曲面通过参数化的 U‐V 曲线来定义，这
些 U‐V 曲线都是样条线，这些样条线之间的插值形成 NURBS 曲面。
代数曲面、直纹曲面和可展曲面都可归为解析曲面中的一类，而 NURBS 曲面通
常被称为数值曲面。
带有正交曲线网格的曲面往往都是 4 边曲面，而实际上，SolidWorks 模型曲
面中也有不是 4 边的曲面，以下两种情况会导致这种情况的产生：
1）一条或者多条边的长度为零，并且某个方向的曲线交于一点，该点通常被称
为奇点，该曲面被称为退化曲面。
2）将一个原始的 4 边曲面裁剪成所需的形状，然后再对它进行抽壳操作，系统
先等距原始的 4 边曲面，然后对它进行再次剪裁，所以一般不会产生问题。
步骤十二：运用面部曲线
还是在 Solid 零件下，选择圆形面，单击工具，草图工具，面部曲线。通过
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面部曲线的预览可以知道它的原始面是一个矩形面，通过后来的操作的裁剪操作
才得到了现在看到的圆形面。单击取消，退出该命令。
步骤十三：解除裁剪曲面
该面是从拉伸圆获得的，但是通过解除裁剪曲面操作，从预览来看仍旧是一
个矩形面。
步骤十四：关闭零件
关闭，且不保存零件。
1.2 使用曲面的原因
为何在高级曲面建模中还要学习创建简单的圆柱体？原因如下：
1） 实体其实就是一些遵循特殊规则的曲面集。为了创建实体，现在手工创建曲
面的整个过程，在 SolidWorks 的后台同样在重复相同的操作。
2） 对于同样的几何模型，曲面建模比实体建模需要更多的时间。但是不是所有
的模型都可以用实体建模来完成，所以曲面建模仍旧是非常必须且重要的工
具与手段。
3） CAD 中关于曲面的术语及概念从本质上来说与实体模型是一致的，运用这些
概念将有利于更好地去理解曲面与实体，不管是导入的还是自建的几何体都
可以被巧妙地运用。
为什么要使用曲面：
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使用实体建模方式有些外形很难创建；曲面建模可以创建单个面而不是一次性生
成所有面；曲面可以作为参考几何体；曲面特征有时候比实体特征更为有效。
当使用实体特征比曲面特征可以更简单、更有效地得到最终结果时，不宜使用曲
面特征；尽量避免得到一个开放的曲面，因为曲面通常只是通过实体的中间爱你
步骤。
混合建模：SolidWorks 允许用户在操作过程中充分结合实体建模和曲面建模的优
点。实体—曲面混合建模是最好的一种建模方法，通常会用到利用曲面实体修改
实体或者实体转化为曲面修改后再转换为实体的技术。
利用曲面来替换现有实体中的单个或者多个面
利用曲面作为构造几何体，如特征终止条件中的成形到一面选项
利用曲面对现有实体进行切割或造型操作
利用曲面来分割实体，并且生成两个或者多个实体模型
曲面操作流程：
1）使用图片：
可以使用手绘草图、现有实物的数码图像或者物理模型的扫描的 3D 数据。
草图图片可以使用数码图像，用作轮廓轨迹或者可见的参考。草图图片应该
在建模过程中一开始便插入并使用，还应该对引用了图片的草图名称做相应的修
改，以便突出参考作用。含有草图图片的草图特征不需要其含有任何的草图几何
体，同一幅草图图片可以插入到多个独立的草图特征中，这些草图基准面相互间
可以成直角关系，这是非常有用的。
2）规划草图：
创建复杂零件前，规划草图是非常有用的。如关键特征或部位、总体尺寸、
驱动轮廓或者草图图片的尺寸参考。
图像如果用透视会使从数码图像上获取精确尺寸变得困难。尖锐转角也需要
注意，通常建模是从尖锐边线开始的，但实际结果的零件上都是圆角边线，因此
需要推断出圆角边线在到圆角前的虚拟交线。图像最好使用高对比度和高聚焦。
3）识别对称和边线：
将草图图片的中心定位到位于原点附近的产品中心。对称可能无法彻底完成，
但这样建模方便以后插入装配体并进行装配。
确定并生成零件的固定边线将有利于用户最初的模型创建，将使相关的边线
更易于创建生成的投影曲线。两个相互垂直的草图图片可以描述出一条边，投影
曲线便通过这两个草图来生成。
使用 3D 样条曲线同样可以创建出一条 3D 边线。
4）轮廓边线：
对称平面上的曲线可以被用作创建模型的起始点。即使这些边线不是零件上
的硬边线，也可以作为轮廓边线使用。
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4）识别功能表面：
如果构建的模型有任何功能表面，那么定义和使用一个起始位置通常会很容
易。功能表面，例如一个瓶颈，它必须是圆的，或者必须有平的基座或者基脚，
或者是一个匹配到其他零件特定形状的面，或是一个适合引出标注尺寸的面。
5）频繁检查模型
工具，检查实体；或者编辑，重建模型等命令。或者 CTR+Q 重建所有模型。
6）设计树：
曲面模型有许多复杂的面，可以创建一些特定的文件夹，把描述零件的某个
细节或者区域都放到同一个文件夹中，并根据需要命名，以表达具体的意思。
7）清除
创建的曲面和实体，如果不需要，可以在实体文件夹和曲面实体文件夹中选
择删除，这样可以在特征树上有个删除特征，可以编辑和修改。
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第二章 曲面入门
本章内容要点：
• 创建旋转曲面
• 创建扫描曲面
• 圆角曲面
• 创建延展曲面
2.1 基本曲面建模
曲面建模中的许多命令和实体建模中的命令非常类似，例如实体建模中有插
入，凸台/基体，拉伸命令，而曲面中为插入，曲面，拉伸曲面等。
步骤一：打开 Bezel 零件
打开零件 Bezel，设计树中包含几个草图和一个基准面。
步骤二：拉伸曲面
选择草图 Sketch for Extruded Surface（其的基准面为右视基准面），单击曲面
工具栏上的拉伸曲面按钮 ，设置终止条件为两侧对称，拉伸深度为 90mm。
步骤三：套合样条曲线
编辑草图 Sketch for Revolved Surface，单击工具，样条曲线工具，套合样条
曲线。
参数框下清除闭合的样条曲线，使用约束选项，并选取图形区域的直线及圆
弧段，单击确定。
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步骤四：旋转曲面
单击曲面工具栏上的旋转曲面按钮 ，设置角度为 360 度，单击确定。
步骤五：套合样条曲线
编辑草图 Sweep Path，单击工具，样条曲线工具，套合样条曲线。
使用约束选项，并选取图形区域的直线和圆弧段，单击确定。
确认草图修改，退出草图。
步骤六：套合样条曲线
编辑草图 Sweep Profile，单击工具，样条曲线工具，套合样条曲线，选取直
线和圆弧段，不勾选闭合的样条曲线，使用约束选项，确定。
确认草图修改，退出草图。
步骤七：扫描曲面
单击曲面工具栏上的扫描曲面按钮 ，轮廓选择草图 Sweep Profile，路径
选择 Sweep Path，单击确定。
注意：已经在曲面实体文件夹中隐藏了刚开始创建的两个曲面。
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步骤八：绘制新草图
在前视基准面上绘制草图如下，注意有一条水平的构造线，长度为 65mm。
水平构造线
步骤九：拉伸曲面
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单击曲面工具栏上的拉伸曲面按钮 ，设置终止条件为成形到一顶点。
步骤十：相互裁剪
单击曲面工具栏上的剪裁曲面按钮 ，在裁剪类型框中单击相互，在剪裁
工具框中选择生成的三个曲面。
单击移除选择，选择如图中所示的曲面部分将被删除。
单击确定，完成剪裁。
步骤十一：检查曲面实体文件夹
单击设计树上的曲面实体文件夹，选中曲面‐剪裁 1 曲面，发现多个曲面变
成一体。
步骤十二：第二次剪裁
单击曲面工具栏上的剪裁曲面按钮 ，在裁剪类型框中单击相互，在裁剪
工具框中选择曲面‐剪裁 1 曲面和曲面‐扫描曲面。
单击保留选择，选择如图中所示的曲面部分将被保留。
单击确定，完成操作。
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步骤十三：第三次相互裁剪
单击曲面工具栏上的剪裁曲面按钮 ，在剪裁类型框中单击相互，在剪裁
工具框中选择第二次裁剪的曲面和旋转曲面。
单击移除选择，选择如图中所示的曲面部分将被删除。
单击确定，完成剪裁。
步骤十四：查看结果
三次剪裁的结果如图。
单击曲面实体文件夹可以发现，只剩下了一个曲面实体。
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步骤十四：创建圆角
曲面圆角和实体圆角可以使用同一个命令。但是两者之间有一定的差异性，
取决于曲面是否分离，是否连续，或者是否
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