摘要：利用SolidWorks进行方案三维构建时，不知如何下手，缺乏建模思路。依据先简单后复杂，先主体后局部的原则，从基本建模方法、多体相连的制作步骤、复杂曲面的拆解、渐变面绘制技巧等逐步剖析造型特点，理顺建模的思路和方法，为学生快速分析方案、建立良好的建模顺序提供帮助。
关键词：SolidWorks；多体相连；拆面；渐变面
中图分类号：642 文献标识码：DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2015.23.049
1引言
SolidWorks作为一款三维机械设计软件，因强大的三维构建、快速修改、与加工制造良好衔接等特点得到了工业设计人员的青睐。[1]更因易用易学的特点，在工业专业计算机辅助课程的建设中得到推广。在教学过程中，发现学生虽然对软件的建模工具能灵活应用，但在构思设计方案后，不知如何从建模的角度分析造型，往往要反复试验、反复修改才能勉强建立比较满意的曲面和形体。通过大量案例总结出SolidWorks在产品造型方面的思路和技巧以帮助同学快速把握建模重点，高效完成对方案的三维建模。
2基本建模方法
当产品草图定案进入三维阶段时，首要是分析方案的轮廓基本形体。对于块体类或箱体类产品，如遥控器、空调、加湿机之类的造型整体感强，曲面走势为单一方向的，考虑用基本建模方法。基本方法有拉伸、旋转实体，稍微复杂造型的用扫描、放样特征来完成。只要设定好轮廓、引导线，以上方法基本能满足造型要求。当实体建模效果不理想时，可以采用曲面建模或实体与曲面相结合的办法。[2]在操作过程中，可充分利用形体间的布尔运算达到变化的造型。
3多体相连的建模技巧
对于产品造型有二个及以上的部分组成时，建模需要有一定的技巧。如常见的吹风机，由把手和风筒组成，两者分属于不同造型方向的部件，无法直接通过基本建模方法一次做出，必须先对每个方向上的造型单独建模，再连接两个曲面或实体。对于更复杂的造型，轮廓上有三个、四个甚至更多方向上的部件相连，需要相似的技巧。以三管相连为例（图1），熟悉多体相连的建模技巧。第一步，不管多么复杂的造型都可以暂时不考虑部件间的过渡区，只要抽取各自方向上最基本的特征，按照空间位置用拉伸、旋转、扫描、放样等基本方法做出单体。（图2）第二步，对独立的单体进行两两相连。利用曲面分割以产生两两相连的曲面边界线，进而用边界曲面或放样曲面命令完成两体相连。（图3）第三步，添补空洞区。两两相连后，模型出现了轮廓首尾相连的空洞区。对现有的所有曲面进行缝合，以形成整体曲面，优化空洞区轮廓。再利用曲面填充或边界曲面或放样曲面命令进行添补空洞，在命令特征属性中注意边界与现有曲面的曲率连续。此时三体相连的复杂造型基本大功告成。最后对曲面进行常规的实体处理。（图4）
4复杂曲面的拆解技巧
对于更加复杂、曲面多变的造型，通过基本建模或多体相连的方法无法达到满意模型时，必须考虑对曲面进行拆解即拆面。但是不管曲面如何复杂，面拆解的基本思路总是想办法把其变成由四边组成的面，总结为三边变四边、五边变四边，六边变四边……N边变四边。从计算机图形学的矩阵原理来说，SolidWorks的建模思想与其他建模软件相同，光整平顺、质量最好的面是平面，球面，圆柱面。这种面用网格去切割可以看出是四四方方很工整，因此为保证面的质量，尽可能把成形面转化为四边面。大部分设计方案造型是不规则的，故需对面进行规划和拆解。拆解过程需要一定的技巧，有时需添加辅助线，教学过程中总结出两种比较好掌握的方法：一种是先将面加辅助线做成较大的四边面（当然是按原有的走势），然后再将多的部分连同没有过线的那个部分再切出一个四边区域并补上，也许这类裁切要反复几次才能达到平顺效果；另一种是将区域划分成几个小的组成部分，做辅助线，补四边面，接下来也是相似的切切剪剪。在四边构建时，对应边线走势尽可能相似，四边面的角度以大于30?小于150为好。以图5中的造型为例，阐述五边变四边的步骤。第一步，对面进行拆解，利用基本建模方法创建主体大面或规整面（图6）；第二步，剩余部分可看成是一个五边面，延长并复合第3、4两边（图7），目的是五边转四边。通过边界曲面或放样完成转化后的四边面；第三步，利用曲面裁剪对完成的曲面进行裁剪，并同时构建了一个四边补面轮廓（图8），通过相似办法做出补面（图9）（;4）镜像，缝合，大功告成。通过案例可以清楚理解五边变四边的过程。六边面、七边面等多边面的处理策略与此类似。三边面虽然用软件可直接进行造型，但通常得到的曲面端点处有较大的曲率变化，甚至产生收敛、曲翘（图10）。[3]这种曲面如果作偏移只能设置很小的数值，对之后的抽壳操作造成影响，因此在一些要求较高的场合通常会把三边面转化成四边面。比如可首先构建三边面然后通过剪切的方法得到四边面（图11、12），也可以直接创建假设的四边面然后裁剪成三边面。
5渐变面建模技巧
设计方案通过前期的基本建模或多体相连、拆面后已具备基本形态，接下来需对主体进行细致优化。其中渐变面利用微妙的变化丰富着面与面、面与线的关系以达到漂亮含蓄的效果，其作为一种设计手法越来越多地体现在设计方案中，如汽车的前脸、腰线等细节处理极具代表性。[4]但学生对如何在Solidworks软件中制作渐变面感觉力不从心。通过大量案例，用心总结，找到技巧：步骤一，利用基本建模方法生成主体面；步骤二，在主体面上对渐变区域进行裁剪（图13）；步骤三：利用曲面放样、边界曲面等生成一个次面（图14）。在属性设定时，曲面的初始位置应设置为与主面的相切或曲率连续，以形成一个与主体面有曲面层次变化并光滑连接的次面；步骤四：对次面进行裁剪，裁剪区要与第一次裁剪区域形成一定的外围偏差（图15）；步骤五：缝合曲面，并对偏差的曲面利用边界曲面或放样曲面进行修补，形成渐变区（图16）。
6结语
利用Solidworks软件进行三维造型时分析设计方案的曲面形态，理清建模顺序是关键。对复杂的曲面形状，依据先简单后复杂，先主体后局部的原则，综合运用各种方法来参与构建。当造型走势相同时，尽可能用基本方法创建主体的大面，然后再创建渐变面等局部特征；造型曲面为非四边面时，采用拆面方法进行迂回创建。当造型走势方向为两个及以上时，采用多体相连的技巧进行两两相连。掌握基本原则和方法后，无论多么复杂的曲面都可以保证曲面的总体质量，达到满意的效果。
参考文献：
[1]陈亮,王娈.工业设计教学用三维辅助软件探讨[J].软件导刊,2012,(10):45-46.
[2]邢启恩.SolidWorks产品造型设计实例精解[M].机械工业出版社.
[3]张崟.Rhinoceros三维建模中点的应用研究[J].机械设计,2013,(10):106-110.
[4]李理,刘畅,康俊峰,肖亚平.基于格式塔心理学的工业产品渐消面设计研究[J].包装工程,2015,(14):46-49.
作者：赵雅 陈传万 张雅梅
