机械工程CAD高级实训教程（高职）全套教学课件

机械工程CAD高级实训教程全套可编辑PPT课件实训单元1了解机械工程CAD世界技能标准实训单元2机械设计挑战实训单元3机械制造实训单元4装配建模与详细工程图实训单元5逆向工程设计实训单元1了解机械工程CAD世界技能标准单元导读机械工程CAD项目是指工业产品制造从业人员应用计算机辅助设计（CAD）软件系统，并结合使用二维三维打印机、三维扫描仪和手工测绘工具，为满足特定的产品功能和性能需求而进行产品详细设计，包括产品数字化定义与建模、对旧产品设计的优化和设计更改，以数字模型或图文档形式向同行或用户展示设计成果并进行沟通交流，形成面向制造的数据库。选手需要提交的成果形式包括符合产品数字化规范定义的三维数字模型、三维打印零件、打印机或绘图仪输出的标准工程图纸，结果通常为以电子文件的形式用于印刷、制造或满足其他制造工艺的需求，而评分标准的大部分配分都是针对三维数字模型和工程图纸进行的。单元导读工程技术图纸和设计图样必须完全符合ISO的相关标准，根据特定产品要求表达材料、工艺、尺寸和公差等产品设计信息。CAD可以在二维（2D）空间中设计曲线和平面图形，在三维（3D）空间中设计曲线、曲面和实体。应用CAD软件生成的产品数字模型应该符合ISO16792—2015要求，CAD软件生成的三维模型既要能够和工程图纸实时关联，要具有可制造性（如三维打印）和数字化工艺文档属性，如BOM表的表达、焊接、布线、模具的数字化表示，并且要能满足汽车、船舶、航空航天以及工业设计等不同专业方向对数字模型的技术要求，本项目还要求生成带有真实感渲染效果的产品图像和产品工作原理三维动画，有利于实现概念设计可视化，新产品开发的视觉传达、高质量的三维特效动画可以应用于产品广告和技术手册中。CAD数字模型的正确性对于成功解决工程和制造问题至关重要。单元导读另外，世界技能比赛规则规定，CAD机械设计项目是一项单人技能竞赛，要求参赛选手当年实际年龄不得超过22周岁。机械工程CAD赛项实际上是一个以“软”技能为主的项目，主要考核选手对机械产品设计知识掌握情况和应用软件及数字化加工测量设备完成设计任务的能力，这些设计任务都是实际产品的设计和工艺规划。赛项特点是知识范围广、应变能力强、需要有大量的设计经验积累和生产工艺经验，所以参加世界技能大赛的选手在参赛前首先应该了解、熟悉比赛的技能标准。实训任务（1）学习机械工程CAD项目世界技能标准，了解技能和知识在比赛任务试题中的权重。（2）完成机械工程基础知识测试。（3）完成软件应用基础技能测试。任务1.2机械工程基础知识自测题任务1.3机械工程软件基础水平自测题任务1.1学习机械工程CAD项目世界技能标准任务1.1学习机械工程CAD项目世界技能标准任务1.1学习机械工程CAD项目世界技能标准世界技能组织从2017年阿布扎比第44届世界技能大赛开始起，为每个正式项目定制了世界技能标准规范（WSSS），此规范是由世界技能大赛组委会技术委员会组织各成员国及大赛支持企业共同开发的针对机械工程CAD专业知识和特定技能的标准性描述，目的是寻求在技术和职业两个维度上能够体现当前国际主流企业对职业技能人才需求的最佳技能规范说明，它应该体现出全球制造业经理人对高级技能人才的具体要求，即能够代表当前工商业界对所雇用员工所需的技能清单和职业能力要求。对职业技能的规范说明也是为了使各国行业和职业培训机构能够按照共同的标准来培训合格的员工，以应对制造业全球化趋势。任务1.1学习机械工程CAD项目世界技能标准世界各国为了在世界技能大赛中取得好成绩，通常都需要事先进行不同层次和地域的选拔工作，为此对技能的评估就显得尤为重要，在机械工程CAD竞赛中对机械工程知识的理解或掌握通常不会直接出现在任务清单中，但其评分标准会涉及部分理论性内容及少量计算问题，当然世界技能大赛组委会在每次比赛前对各国参赛选手的网上测试通常有单独的理解考试。所以在下面的技能和知识点列表中，把“应知”和“应会”是分开表示的，作为参加比赛的选手应该知道，这两部分缺一不可，它们在任务试题中是相互关联的，如果你不懂机械原理，即使熟练操作软件或有很强的软件技巧，可能最终也不会做出正确的结果，所以每位选手在备赛的前期要大量地复习或补习机械设计原理和机械制造工艺方面的理论课程。任务1.1学习机械工程CAD项目世界技能标准表1-1给出了各级技能在整个标准规范中的相对重要性，这通常可叫作“权重”比例，即某一专业技能在本项目的全部技能中所占有的百分比例。每次比赛出题的评分方案及赛题将要考虑在标准规范里列出的技能，尽可能全面地反映WSSS标准所包含的技能范围。赛项的评分方案及赛题将最大限度地遵循WSSS中标记的配分权重比例，在不影响WSSS权重规定的前提下，实际执行的评分标准允许有±5%的变动量。任务1.1学习机械工程CAD项目世界技能标准任务1.2机械工程基础知识自测题任务1.2机械工程基础知识自测题表1-1的内容提及的“个人需要知道并理解”部分主要是指需要掌握的机械工程领域基础知识和基本理论，主要包括机械制图、3D打印知识、机械零件、机械工艺和机械原理，试题是从日常训练的题库中摘录出来的，以单项选择题为主，让读者了解内容范围和形式，在进行单元2～5的学习前先对自己的基础知识有一个自我评估。请扫描右侧二维码完成考试。考试时间：20分钟。自我评估：大于85分，优秀；大于70分小于85分，中等；小于70分，建议先补课学习再完成单元2～5的学习。任务1.3机械工程软件基础水平自测题任务1.3机械工程软件基础水平自测题机械工程CAD项目需要使用三维CAD软件工具来完成设计工作任务，所以软件使用的熟练程度和技巧掌握情况将决定能否取得较好成绩，世界技能大赛规定，比赛现场提供的任务书试题及相关数据文件，使用的电脑及其安装的软件界面全部使用英语作为标准语言，虽然中国选手都配备有专门的翻译帮助翻译试题，但是任务书图纸、软件和设备操作的界面都是英文的，这就要求参赛选手具有一定的专业英语水平，这样可以保证顺利完成比赛任务。所以在软件基础水平测试中建议使用AutodeskInventor软件英文界面来完成测试，试题形式主要由单选题和填空题组成，要求具有优秀的读图识图基础和软件熟练操作技能，才能完成规定时间的测试任务。请扫描右侧二维码完成考试。考试时间：50分钟。自我评估：大于25分，优秀；大于15分小于25分，中等。谢谢观看实训单元2机械设计挑战单元导读机械设计挑战（mechanicaldesignchallenge）模块，主要考核选手对机械设计知识的理解和应用能力，要求选手具备比较全面和扎实的机械专业知识和设计能力。第44届世界技能大赛增加了3D打印内容，此内容安排到机械设计挑战模块，要求选手根据提供的实物、设计要求，完成部分零件的设计建模，将其通过3D打印机制造出来实物零件后进行装配，通过验证可装配性、实物模型的性能来评价选手所设计零件的水平。实训任务（1）根据设计要求、概念，完成产品或结构的设计。（2）对现有设计中可能存在的问题进行检查和改善，如干涉、可装配性、零部件替换设计等。（3）对现有产品或结构，根据设计要求和主要设计参数，进行改型设计，或系列化设计。（4）根据实物模型和设计要求，完成关键零件的设计和3D打印。设计项目本训练单元有两个产品设计项目：一个是手压充电手电筒手柄设计（见下图），并要求采用3D打印机实现产品的设计功能；另一个是港口机械——龙门吊车的钢结构参数化改型设计（见右图）。此外，还有一个项目：制作手压充电手电筒的工作原理动画。任务2.2产品改型设计（参数化设计）任务2.3手电筒工作原理动画任务2.1手柄三维建模与打印任务2.4设计结果评分任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印1．提供内容（1）试题：2-01-11手电筒手柄，试题.pdf（见附录）。（2）设计概要：2-01-12手电筒手柄-附加信息.pdf（见附录）。（3）数据：...\数据\2-01手电筒手柄。任务2.1手柄三维建模与打印2．任务要求先阅读设计概要，拆解提供的产品，设计一个合适的手柄模型，并将其3D打印。3．设计概要根据给定的设计要求，完成手柄建模。（1）设计手柄零件。测量任一要求的尺寸；如有产品特征缺失，请选手根据自己掌握的工程学知识来设计。（2）零件建模。将模型生成3D打印零件。3D打印零件应正确配合，并在重新装配的产品中有正确的功能。打印的层厚为0.1mm，零件材料是黄色PLA，支撑是PVA。选手自定填料设置。最长打印时间为3.5小时。（3）生成3D模型后，生成STL文件，用Cura生成支撑，生成Gcode，并保存在Day1文件夹中。打印时间不在比赛时间内。本模块小组负责在比赛结束后进行打印。任务2.1手柄三维建模与打印4．附加信息手电筒的手柄在打开和闭合状态的说明，见下图和附录“2-02WSC2017_TP05_M1_PROJ1附加信息”。任务2.1手柄三维建模与打印本任务为根据提供的手压充电手电筒实物零件和设计要求，完成手柄零件的设计和3D打印。手柄零件的主要功能是装配到手电筒壳体内，按压手柄时能驱动手电筒内的齿轮组转动，转子在齿轮和棘轮机构的作用下持续转动，从而产生电能。提供的手电筒拆解后的零件，如右图所示。2.1.1课程说明任务2.1手柄三维建模与打印手柄零件设计的主要流程和内容如下图所示。任务2.1手柄三维建模与打印（1）先仔细阅读试题内容和设计概要，了解手柄零件所需实现的功能和装配要求。（2）试题提供了手电筒除手柄外的其他零件，需要将手电筒拆解，观察内部结构和相关零件，判断与设计手柄零件的功能、装配相关的零件，测量必需的尺寸。（3）根据设计要求，参考提供的手电筒相关零件的结构特点和尺寸，完成手柄零件的设计和建模。（4）将设计的零件输出STL文件，导入3D打印机的切片软件中进行打印工艺相关的参数设置，生成用于3D打印的文件。（5）将完成打印的手柄零件，装配到提供的手电筒上，验证其装配性能和使用功能。任务2.1手柄三维建模与打印在进行本课程的任务前，需要对3D打印技术和特点有一定的了解，请自行学习相关专业书籍和资料，并进行3D打印的使用实践，熟悉3D打印的基本流程和注意事项，本课程不对此方面进行论述。在本课程中，使用的3D打印设备是Ultimaker3，使用的打印材料为PLA，支撑材料水溶性的为PVA。根据试验结果，设计尺寸与打印尺寸的误差可忽略不计，支撑对零件表面质量的影响很小，故默认打印尺寸为设计尺寸。本课程内容的相关尺寸和参数，是基于特定3D打印件的基础上确定的。进行其他零件设计与3D打印项目时，请根据自己所使用的3D打印件的性能和试验结果，在设计时对相关结构的尺寸和参数做适当的调整，以满足打印零件的实际装配需求。2.1.2关于零件的设计与3D打印的说明任务2.1手柄三维建模与打印下图所示为手柄的安装。手柄安装在销钉处，安装后手柄将绕此销钉转动。销钉上安装有扭簧，按压手柄后，通过扭簧的回复力，使手柄零件往外转动，重复按压发电。手柄上需设计与销钉配合的装配孔，为保证手柄顺畅转动，此孔的直径需稍大于销钉直径。扭簧安装于销钉和手柄上，且安装后具有一定的扭力，此扭力能使手柄在不受按压压力时，能自动转动到打开状态。为此，在手柄头部位置，需有满足扭簧安装和转动的足够大的空间，需设计扭簧安装的限位结构，使扭簧安装到手柄头部位置后，在限位结构的作用下，产生一定的扭力，满足手柄复位的功能要求。2.1.3设计要点解析1．手柄的安装任务2.1手柄三维建模与打印需测量和考虑的主要参数：（1）销钉的位置和直径尺寸。（2）扭簧的尺寸。（3）扭簧安装状态下产生所需回复力的扭转角度。任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印按压手柄时，驱动内部的齿轮组转动，带动发电转子工作，如下图所示。根据机械传动原理，此手柄上需有与白色齿轮组上的小齿轮配合的齿形特征，且此齿形特征在手柄转动时，即绕销钉转动时，能正确与齿轮组啮合工作。手柄齿形特征的转动中心在销钉的中心，白色齿轮组的中心在其安装轴处，手柄齿形特征的参数需符合这些安装和传动要求。2．手柄的传动结构需测量和考虑的主要参数如下图所示。（1）白色齿轮组的中心位置；销钉的直径Dp=4

mm，销钉与齿轮的中心距Dc=43.5

mm。（2）白色齿轮组上小齿轮的齿数和模数。齿数Z1可直接观察实物零件得知，Z1=10ul；小齿轮的节圆直径D1可测量获得近似值，D1=7.5mm。通过计算，可得小齿轮的模数：m=D1/Z1=7.5/10=0.75(mm)（3）手柄最大打开位置的角度，此时手柄上的齿形特征与小齿轮依然处于啮合工作状态。任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印如下图所示，锁紧按钮位于手电筒壳体底部右下角处，按钮处于右端位置时，手柄为自由状态，可通过按压转动和复位。使用完毕，需要锁紧手柄到闭合状态时，可将手柄按压到壳体底部位置，此时，拨动锁紧按钮到达左端位置，锁紧按钮的卡勾能够锁紧手柄，使其保持锁紧的闭合状态。3．手电筒的手柄锁紧机构设计要点如下。（1）锁紧按钮处于打开（自由）状态时，手柄在转动过程中不能碰到锁紧按钮，以免影响手柄运动。（2）手柄上有和锁紧按钮配合工作的结构，当手柄下端到达壳体底部位置，即锁紧位置时，锁紧按钮能往左端移动，手柄需有空间供锁紧按钮移动，且按钮上的卡勾能与手柄上的锁紧结构配合，锁紧手柄。（3）需要确定锁紧按钮的卡勾特征，分别在打开（自由）和锁紧状态下的位置和相关尺寸。任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印手柄在转动过程中，不能和壳体干涉，在扭簧作用下，到达最大打开位置时，应该有限位结构，使手柄不再继续打开，如下图所示。4．手柄相对壳体的位置和限位结构任务2.1手柄三维建模与打印手柄处于锁紧状态（闭合状态）时，如下图所示，手柄的底部与壳体不能有干涉，需有一定的间隙，方便手柄下压到底部时锁紧按钮的移动；为方便使用，手柄在闭合状态时，其上端面需有部分高出壳体，不会进入壳体内部，可能出现手柄被壳体卡住不能复位的问题。任务2.1手柄三维建模与打印如下图所示，手柄的结构和尺寸，应能与现有的相关零部件完成装配，预留一定的配合间隙，同时，在打开和闭合状态，及在按压转动的过程中，均不能与其他零件产生干涉。5．手柄的装配性能任务2.1手柄三维建模与打印手柄的上表面为使用者接触操作的部位，充电时，使用者需来回重复按压手柄。此部位可根据人机工程学设计一些防滑特征，如一些凹槽、纹理，或与手指形状相匹配的波浪形外观。6．人机工程学任务2.1手柄三维建模与打印本例中的手柄零件，主要的受力部位有5处，如下图所示。7．零件体积与结构强度（1）头部安装扭簧，用于使扭簧产生回复力的定位结构。（2）手柄上端面的中后部位，即手指按压的部位，是整个零件的最大受力点。（3）手柄右上角的限位部位，每次按压手柄时，在扭簧作用下，手柄会往外回弹，限位特征会重复碰撞壳体，使手柄零件停止转动。（4）手柄底部与锁紧按钮的卡勾配合的部位，锁紧状态下，此部位会承受扭簧的扭力。（5）齿形特征部位，在按压过程中，需要驱动齿轮转动。任务2.1手柄三维建模与打印在设计时，需要考虑这些部位的结构是否满足使用的强度要求。由于是3D打印制造的零件，不像塑胶零件要求零件各处的壁厚要尽量均匀，因此，整体零件可以设计为薄壳体和镂空零件，在主要受力部位，适当增加壁厚，或者添加加强筋、过渡圆角等优化零件结构强度的特征。任务2.1手柄三维建模与打印用于3D打印制造的零件，在设计时，除了要满足零件的功能、形状和尺寸等基本要求，还要考虑设计的零件是否适合进行3D打印，如3D打印时零件的摆放方式，哪些地方会产生支撑，这些支撑是否容易清除，清除支撑后的部位其表面质量如何，是否影响装配、运动，是否影响外观等。此外，还要考虑零件打印出来后，如何进行装配，是否方便安装使用，或者能否完成装配等各种潜在的使用需求。在重复考虑这些设计要求和使用因素的基础上，设计和打印出来的零件才会有较好的品质。8．其他注意事项任务2.1手柄三维建模与打印机械产品的概念设计是产品开发设计的早期阶段，也是一个重要阶段，为产品提供设计方案，在很大程度上决定着产品的性能。如下图所示为已创建好的布局设计模型，主要由壳体、手柄和锁紧按钮的概念模型组成，主要的关联特征也在草图上按尺寸绘制，其中销钉和小齿轮两个零件的位置和直径，在壳体零件中以两个圆表示。模型创建了位置表达视图，可查看手柄打开状态、手柄闭合（未锁定）状态和手柄闭合（已锁定）状态，能够全面地综合手柄零件设计所需注意的要求和细节。此模型已提供数据，练习时可直接调用。2.1.4概念设计任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印此部分内容为根据前面所述的设计要点分析和创建的布局设计模型，完成手柄零件相关功能和装配特征的结构设计。在开始此部分的练习前，请打开已提供的布局设计模型。请注意，此部分设计过程中所使用的参数，仅相对于特定的手电筒模型和特定的3D打印机，在实际设计时，请自行根据自己的手电筒模型和3D打印机的打印性能，对设计参数进行相应的调整，以满足打印零件的装配要求和使用功能要求。此零件的主要特征为与小齿轮配合的齿形特征，在设计时，先完成此特征的设计建模。在AutodeskInventor软件中，可使用设计加速器（designaccelerator），只需要输入齿轮传动的相关参数，即可生成齿轮零部件模型。具体操作步骤，详见教材。2.1.5手柄设计与三维建模①在部件环境中使用齿轮零部件生成器②设置正齿轮生成器参数任务2.1手柄三维建模与打印③另存齿轮模型④将手柄初始模型装配到布局设计任务2.1手柄三维建模与打印⑤截取手柄的齿形特征⑥绘制草图任务2.1手柄三维建模与打印⑦创建手柄壳体实体任务2.1手柄三维建模与打印⑧在新实体上添加圆角任务2.1手柄三维建模与打印⑨为手柄创建扭簧的安装特征任务2.1手柄三维建模与打印⑩为手柄创建锁紧按钮的卡槽特征任务2.1手柄三维建模与打印⑪合并实体⑫创建手柄的限位特征任务2.1手柄三维建模与打印⑬添加细节特征⑭添加凸雕文字任务2.1手柄三维建模与打印⑮添加镂空设计特征以减小零件体积⑯完成手柄零件设计任务2.1手柄三维建模与打印任务2.1手柄三维建模与打印完成手柄零件的设计与三维建模后，需要将模型导出STL，在3D打印机的切片软件中对模型进行3D打印的设置。切片软件生成的打印文件，传输到3D打印机后，打印机按文件设置好的打印程序进行3D打印。2.1.6模型导出与打印文件设置任务2.1手柄三维建模与打印打开创建好的零件模型，通过以下方式导出为STL格式文件：“文件”—“导出”—“CAD格式”，在打开的另存为窗口中，单击下方的“保存类型”右侧的下拉箭头，选择“STL文件（*.stl）”，如下图所示。任务2.1手柄三维建模与打印AutodeskInventor在导出STL时，可单击下方的“选项”按钮，在弹出的窗口中进行保存文件的设置，此处主要确认两个内容：“单位”为“毫米”，“分辨率”为“高”，如右图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）某公司已经设计了一个龙门起重机（见下图）。你必须根据给定的大型装配体生成2个新的龙门起重机（大号和小号）。三种规格的起重机的尺寸参数如表2-1所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）任务2.2产品改型设计（参数化设计）本任务提供的内容如下。任务2.2产品改型设计（参数化设计）（1）试题：2-01-21龙门起重机改型设计-试题.pdf（见附录）。（2）设计概要：2-01-22龙门起重机改型设计-附加信息.pdf（见附录）。（3）数据：...\数据\2-02龙门起重机。本课程为机械设计挑战模块的产品改型设计的实例。试题提供了现有的一款中型的龙门起重机的参数化三维模型，需要根据提供的尺寸参数（见表2-1），创建另外两个规格的龙门起重机。完成此设计，需要对三维设计的参数应用有较深的理解，掌握AutodeskInventor的系列化设计功能iPart、iAssembly的应用。本课程将剖析龙门起重机的三维模型中的设计参数之间的关联关系，按照试题要求的尺寸参数，使用iPart、iAssembly的参数化设计功能，完成另外两个规格的参数化模型。任务2.2产品改型设计（参数化设计）2.2.1课程说明作为参数化设计的产品改型设计，分析并找到设计更改要求和参数化模型中设计参数间的关联关系是关键因素。现有的中型龙门起重机的总装配模型，由几个子装配组成，如右图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）2.2.2设计要点分析通过观察和研究提供的附加信息中的几个设计更改参数（见下图），发现设计尺寸参数的几个关键参数（见表2-1），仅和横梁子装配PC-A-2000-001相关。因此，本项目中的重点研究对象是子装配PC-A-2000-001。任务2.2产品改型设计（参数化设计）任务2.2产品改型设计（参数化设计）任务2.2产品改型设计（参数化设计）表2-1中的参数与子装配模型PC-A-2000-001.iam中的4个零件的设计参数，有直接的关联关系，这些零件设计时使用的阵列特征的参数（阵列数量、阵列间距）成一定的规律，如下图所示。因此，只要将子装配PC-A-2000-001.iam的4个零件的设计参数（阵列参数）进行相应的调整，即可完成改型设计的要求。任务2.2产品改型设计（参数化设计）由前面的分析可知，此项目的主要更改为子装配PC-A-2000-001.iam中的4个零件，因此，我们将对这些零件进行分析和更改。任务2.2产品改型设计（参数化设计）2.2.3龙门起重机改型设计（1）打开子装配“PC-A-2000-001.iam”。（2）分析验证零件的设计参数。在装配中选择零件“PC-P-2000-001-01.ipt”并打开，进入零件编辑。由前面的分析得知，系列化改型设计的参数，此模型的长度（参数“固定边”：15595），需要更改的值（22495和12145），与阵列特征的参数（阵列数量“n”和阵列间距“3450”）的关系如图2-42所示。因此，我们将重点检查和分析相关的阵列特征。任务2.2产品改型设计（参数化设计）在浏览器中的模型特征树上，查看此零件的建模步骤，以分析其建模思路和设计参数。如下图所示，从编辑特征的窗口中可知，此阵列的阵列间距d83=3450mm，阵列数量d81=3ul。任务2.2产品改型设计（参数化设计）打开零件的参数表，拉到底部，可看到有3个用户参数，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）当前模型阵列数量的参数Anzahl_der_Felder=4ul，根据前面的参数关系分析，我们将这个参数改为6ul和3ul，验证模型的尺寸变化，如下图所示，模型更新的结果与项目要求的更改需求一致。任务2.2产品改型设计（参数化设计）（3）创建iPart零件。从前面的验证结果可知，更改用户参数Anzahl_der_Felder即可得到正确结果。接下来将这个零件创建为iPart。切换到“管理”选项卡，使用“创建iPart”命令创建iPart零件，如下图所示。在iPart编写器的表格中，删除不需要的参数，仅保留阵列数量的参数Anzahl_der_Felder。任务2.2产品改型设计（参数化设计）在下方的表格中，插入两行。为方便管理和识别iPart零件的多个成员，对这3个成员的名称和零件代号分别更改为大、中、小三个规格零件对应的名称，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）然后更改阵列数量参数的值，分别修改为6、4、3。编辑完毕，单击“验证”，检查表格中的参数是否能正确驱动模型的更新，确认无误后单击“确定”按钮，生成iPart零件，此时零件浏览器中有新的变化，单击表格中的成员名称，可更新模型为对应规格尺寸的新模型，如下图所示。完成此零件的iPart零件编写，保存文件，名称为“PC-P-2000-001-01-N.ipt”。任务2.2产品改型设计（参数化设计）（4）编写其他iPart零件。零件“PC-P-2000-001-02.ipt”编写iPart零件的表格如下图所示，阵列数量参数Anzahl_der_Felder_E分别为8ul、4ul、3ul。任务2.2产品改型设计（参数化设计）零件“PC-P-2000-001-03.ipt”编写iPart零件的表格如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）零件“PC-P-2000-001-04.ipt”编写iPart零件的表格如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）（5）创建iAssembly部件。原子装配PC-A-2000-001.iam中的零件转换为iPart后，需要重新将iPart零件放置到装配中，才能用这些iPart零件创建iAssembly部件。此装配中的所有4个零件创建为iPart后，都需要重新放置和重新添加装配约束。打开子装配，另存为“PC-A-2000-001-N.iam”。放置第一个iPart零件PC-P-2000-001-01-N.ipt。在新的子装配中，选择要更换的零件PC-P-2000-001-01.ipt，在右键关联菜单中，选择“零部件”—“替换”，将新的iPart零件“PC-P-2000-001-01-N.ipt”替换到装配中，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）由于这个替换的新零件是iPart零件，在iPart零件放置到部件中时，会弹出放置iPart零件的窗口，选择需要放置到装配中的iPart成员（规格）。此处选择与原模型同规格的零件“PC-P-2000-001-01-M”进行放置，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）此时系统会弹出错误提示对话框，提示原有装配中的部分装配约束出现错误，针对不再可用的几何图元放置了装配约束，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）替换进来的iPart零件，所在位置与原零件是一样的，只是原有的装配约束失效了，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）此时可编辑失效的约束，重新指定替换后的iPart零件上的约束对象。另外一种可行的方法，先将所有iPart零件都替换进来后，删除或抑制原有的失效约束，参考原来的装配模型，给这些iPart零件重新添加新的装配约束。完成所有iPart零件替换后的子装配“PC-A-2000-001-N.iam”，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）（6）创建iAssembly。在打开的装配“PC-A-2000-001-N.iam”中，通过“管理”—“创建iAssembly”工具，进入iAssembly编写器。在iAssembly编写器的表格中，点开每个iPart零件前面的“+”号，选择“表格替代”，将其放入表格中，此装配共有4个iPart零件需要放到iAssembly中进行配置，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）此装配有大、中、小三个规格，因此，在表格中新插入两行，每行的成员名称和零件代号分别编辑为对应的名称。然后为每个iPart零件，选择与其对应的规格，如第三行装配成员为“小”规格，此行4个iPart零件的表格选项均设置为后缀“S”的规格，如下图所示。完成iAssembly的编写，保存iAssembly文件。任务2.2产品改型设计（参数化设计）任务2.2产品改型设计（参数化设计）（7）参考上述的方法和步骤，将编写好的iAssembly装配模型“PC-A-2000-001-N.iam”和原有其他零部件，分别创建规格为Large和Small的总装配，并分别保存为PortalCrane-Large.iam和PortalCrane-Small.iam。在总装配中放置或替换iAssembly时，如同在装配中放置iPart成员，需要指定此装配中放置的iAssembly成员，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）下图所示为完成设计更改后的规格为Large的总装配。任务2.2产品改型设计（参数化设计）在一张A1纸上，生成工程图，展示3个规格的龙门起重机的一个正面图和一个侧面图，标注提供图纸中表格的尺寸及每个的总体尺寸，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）2.2.4创建工程图和渲染图片1．创建工程图使用InventorStudio，生成一张渲染图，展示所有3个起重机设计要求如下。（1）图片尺寸：1280×720。（2）使用比赛文件命名规范保存3个文档为PNG格式。2．渲染图片按试题信息，需要为3个不同规格的起重机，分别创建一张PNG格式的渲染图片。此处仅以其中一个型号为例，创建其渲染图片。打开试题提供数据中的PortalCrane.iam，切换到“环境”选项卡，单击“InventorStudio”进行渲染，如右图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）为获得较好的渲染效果，需要对模型设置比较合适、美观的外观材质、场景和灯光、阴影等。如下图所示，在装配环境中，每个零部件都可以专门指定材料、外观，在InventorStudio中，可以通过“Studio光源样式”，选择合适的场景和光源样式。任务2.2产品改型设计（参数化设计）接下来可以调整模型在屏幕上的显示，尽量布局大小、视角角度设置合理、舒适，设置好后，可在空白处单击右键，在弹出的关联菜单中，选择“从视图创建照相机”，为渲染图片做准备，如下图所示。分辨率选择1280×720。任务2.2产品改型设计（参数化设计）调整设置完毕，可以对模型进行渲染设置。单击“渲染图像”图标，在弹出的渲染图像窗口中，主要有两个地方需要注意设置，如下图所示。任务2.2产品改型设计（参数化设计）任务2.2产品改型设计（参数化设计）设置完毕，单击下方的“渲染”按钮，开始渲染，如下图所示。渲染结束后，可保存图片，按试题要求保存为PNG格式。任务2.3手电筒工作原理动画在比赛试题中，经常需要制作产品或机构的展示动画、工作原理动画。这个实例以手压充电手电筒为例，生成一个展示手电筒工作原理的动画。动画要求如下。（1）时长：30s，分辨率：1024×768，AVI格式。（2）0～5s，相机旋转一周展示手电筒。（3）壳体透明，展示内部机构运动。（4）松开锁紧按钮，手柄按压和齿轮组运动。（5）调整相机，放大展示齿轮组运动，锁紧按钮锁紧。（6）结束时，壳体恢复透明度，等轴测完整展示手电筒。任务2.3手电筒工作原理动画任务2.3手电筒工作原理动画提供的内容如下。（1）试题：2-01-31手电筒工作原理动画-试题.pdf（见附录）。（2）数据：...\数据\2-03手电筒动画。任务2.3手电筒工作原理动画2.3.1手电筒工作原理说明手电筒的主要结构如下图所示。手柄下部有一组齿形特征，当按压手柄时，手柄绕头部的销钉转动，其齿形特征驱动齿轮组转动，通过齿轮组传递到发电转子的齿轮上，带动转子转动产生电能。任务2.3手电筒工作原理动画2.3.2模型准备为制作手电筒的工作原理动画，需对手电筒模型中需要展示运动的零部件设置合适的装配约束，并确定好动作展示所需的约束的参数范围。工作原理动画中需要展示的运动动作及其对应的装配约束如表2-2所示。任务2.3手电筒工作原理动画1．手柄按压转动可在手柄上端面与任一零件的平面、工作平面添加角度约束，约束值以手柄处于水平状态为初始位置，约束参数的变化值为手柄可往外转动20°，如下图所示。驱动此角度约束转动20°，确认手柄零件往壳体外转动20°。任务2.3手电筒工作原理动画2．齿轮组转动在手柄与大齿轮之间加“转动”约束，内啮合齿轮传动，方向设为“正向”，传动比为设计手柄齿形特征时使用的传动比，此处设为10/150，如下图所示。驱动步骤一所设的手柄转动的角度约束，验证手柄与齿轮的齿轮传动关系是否正确。由于添加装配约束时选择对象的先后顺序不同，若发现传动比不对，可编辑此处的传动比为150/10ul。任务2.3手电筒工作原理动画3．发电转子转动发电转子与大齿轮之间也是齿轮传动结构，同理，在棘牙盘上的齿轮与大齿轮之间加“转动”约束，如下图所示。传动比为两个齿轮的齿数比，棘牙盘上的小齿轮的齿数为12，大齿轮的齿数为82，故传动比为12/82或82/12（与选择约束对象的先后顺序有关）。两者是外啮合，注意转动方向为反向。任务2.3手电筒工作原理动画4．锁紧手柄手柄的锁紧动作和零件“手柄锁”完成。在手柄锁与下壳（或下壳）之间添加配合约束，如下图所示。手柄锁的初始位置为锁紧状态，即手柄锁在左端位置，此时配合约束的偏移量为0mm。解锁手柄时，手柄锁要切换到打开状态，即手柄锁零件往右移动3mm到达解锁位置。故驱动手柄锁在锁紧和打开状态的配合约束，其偏移量参数的驱动范围为0～3mm。任务2.3手电筒工作原理动画5．电源开关电源开关的动作与手柄锁的动作类似，在开关零件和壳体或其他零件之间加配合约束，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画首先对整个动画需要展示的动作、效果、相机角度调整等进行时间规划，包括动作的顺序、持续时间、镜头如何切换等，如下图所示（仅为参考）。2.3.3工作原理动画制作（InventorStudio）任务2.3手电筒工作原理动画做好动画规划和模型的约束准备后，为使录制的动画有更好的效果，可给模型的零部件设置合适的材质、外观、场景、灯光、阴影等。这些可在“视图”—“外观”选项卡中的相关位置进行设置，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画进入InventorStudio进行动画制作。在打开的手电筒装配模型环境中，切换到“环境”选项卡，单击“InventorStudio”进入动画制作环境。单击“动画时间轴”，创建一个新的动画。屏幕下方会展开一个时间轴窗口，可以在这个窗口对动画的动作、相机调整等动画效果进行时间设置，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画根据动画时间规划，本动画将制作一个30s的手电筒工作原理展示动画。首先是手电筒模型等轴测旋转一周展示完整产品，然后壳体逐渐透明，展示内部的运动机构。相机的动作将在其他所有动画动作制作完成后再设置，在时间轴上留出相应的时间即可。首先制作上壳零件的淡显动画（即零件的透明显示），使用“淡入”工具，选择“上壳”零件，时间为“指定”，根据时间轴的规划，动作从5s开始，到6s结束，持续1s；上壳零件的显示状态在这1s内，从完全显示逐渐变为完全透明，即透明度从100%变到0%，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画完成上壳透明度（褪色度）制作后，时间轴和模型显示效果如下图所示。此褪色度动作可在时间轴上调整开始时间和结束时间，可以根据需要方便调整。任务2.3手电筒工作原理动画按照动画规划，动画结束前需要恢复壳体零件的透明度。此时可对这个零件淡显的动作进行镜像，即从完全透明逐渐恢复为完全显示。选择镜像后的动作，在时间轴上往后拖动到27s处，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画找到手柄锁零件中设定按钮位置的约束，制作约束动画。动作时间从6s到7s，约束的值从0变化到3mm，手柄锁将从锁紧状态运动到打开状态，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画完成后的模型状态和动画时间轴如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画同理，可对手柄锁锁紧的动作进行镜像，然后拖动到26s处，结果如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画手柄锁打开后，手柄将绕销钉外壳体外转动20°。找到手柄零件中驱动手柄转动的角度约束，制作约束动画。动作时间从7s到9s，约束的值从90°变化到110°（数值根据添加装配约束时的实际数值确定）。此时手柄往外转动20°，同时，大齿轮在设定好的转动约束驱动下，跟着转动，无须额外设置动作。结果如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画对重复性动作，如手柄的重复按压动作，可进行镜像、复制等操作，比较快捷方便。首先将前面步骤制作的手柄转动动作进行镜像，使手柄反向转动（即下压到壳体底部），然后选择这两个动作，复制动作三次，并将最后一组动作，拖动到时间轴22s处。结果如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画完成手电筒运动机构的动画制作后，接下来制作相机动画。首先将时间轴的时间回调到初始位置（0s），如图右图所示。首先是相机旋转一周，等轴测完整展示手电筒。先调整好手电筒模型在屏幕上的显示（等轴测展示），在空白处右键单击，在弹出的关联菜单中选择“从视图创建照相机”，开始制作照相机动画。任务2.3手电筒工作原理动画制作相机旋转一周的动画。然后在动画时间轴窗口的相机下拉列表中，选择刚创建的相机，用这个照相机制作照相机动画。将时间进度条调整到1s处，单击时间轴上方的相机图标，捕捉这个时刻的相机位置，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画然后将时间分别拖动到2s，将模型旋转90°到邻近的等轴测视角，再次单击相机图标，捕捉相机镜头。重复此操作，分别将时间调到3s、4s、5s，分别转90°展示手电筒，捕捉相机位置，完成旋转一周的相机动画制作，如下图所示。任务2.3手电筒工作原理动画任务2.3手电筒工作原理动画从5s开始的壳体透明，到20s的完成两次手柄下压和弹出的动作，画面需要静止不变。保持画面静止不动，在时间轴上将时间拖动到20s，单击相机图标，捕捉相机位置。20s完成两次手柄按压动作后，需要调整相机，放大展示手柄与大齿轮的啮合动作、手柄锁的锁紧动作。将时间拖动到22s，拉近相机镜头（即直接调整屏幕显示），放大展示手柄、大齿轮发电转子和手柄锁，然后单击动画时间轴上的相机图标，捕捉此时的相机位置，如下图所示。从22s开始打开—下压，到26s手柄再次下压到底部，26～27s推动手柄锁按钮到锁紧位置，手柄被固定锁紧到壳体底部，不再运动。动作展示完毕，27s开始，恢复壳体的透明的显示。这段时间的相机都保持静止不动。保持画面不变，将时间调到27s处，单击相机按钮，捕捉相机位置。任务2.3手电筒工作原理动画任务2.3手电筒工作原理动画从恢复壳体透明度开始，需再次调整相机镜头，展示完整产品。将时间调到29s处，将画面调整到完整展示手电筒模型的等轴测状态，单击相机按钮，捕捉相机位置。结果如右图所示。任务2.3手电筒工作原理动画至此，完成手电筒工作原理动画的制作。可单击时间轴上的播放按钮，观看整个动画效果，如下图所示。此外，如果需要调整动画的时间长度，可单击动画时间轴上的“动画选项”按钮进行设置。单击“渲染动画”图标，在弹出的对话框中，设置动画的分辨率、相机、光源样式、格式、时间范围、帧频等内容，注意勾选“预览：无渲染”，可快速输出无渲染效果的动画，如下图所示。2.3.4工作原理动画输出任务2.3手电筒工作原理动画任务2.3手电筒工作原理动画设置完毕，即可快速输出无渲染效果的动画，如下图所示。任务2.4设计结果评分任务2.4设计结果评分打印完成的手柄零件，与实物零件装配，进行性能测试，评分内容和标准如表2-3所示。2.4.1手电筒手柄任务2.4设计结果评分此评分表评分方式有三种：（1）检查模型。包括零件体积、部分结构特征、工位号文字的属性；（2）打印件结果。将打印的手柄零件按照到手电筒上，检查其可装配性和使用功能；（3）设计和打印质量。这是主观分，由裁判对选手设计和打印的零件，根据自己的判断，按评判级别（0～3级）给分。任务2.4设计结果评分龙门起重机改型设计项目的评分，主要有以下两部分：（1）工程图：三种规格起重机的主视图和侧视图、主要尺寸标注。（2）渲染图片：三种规格起重机的三张渲染图片。评分表如表2-4所示，评分工程图如下图所示。2.4.2龙门起重机改型设计任务2.4设计结果评分手电筒工作原理动画的评分表如表2-5所示。评分内容分几部分：2.4.3手电筒工作原理动画（1）视频格式，包括试题要求的视频时间长度、分辨率、文件格式。（2）要求展示的效果和动作，如旋转一周展示、零部件透明、手柄下压、齿轮转动、锁紧等。（3）视频效果的判断分（主观分）。谢谢观看实训单元3机械制造单元导读机械制造模块（MechanicalFabrication），主要考核选手对专业结构和相关工艺的理解和掌握水平，主要包括桁架（结构件、型材）、钣金和焊接件。选手需要根据提供的图纸和模型，完成桁架结构、钣金零件和焊接件的建模，并生成相关的生产工艺图纸。实训任务本训练单元以一个包装机械生产线项目为例，创建桁架结构、钣金零件、焊接件的模型，并生成相关工艺图纸。设计项目一家包装机械生产商在重新设计一个顶装装箱机（见下图），需要设计3个子装配体，并将其装配到已有的总装配中。3个子装配体是桁架装配体（frameassembly）、钣金装配体（sheetmetalassembly）和门装配体（doorassembly）。设计项目阅读子装配体和零件的打印图纸，将要求的零件、桁架结构、子装配体建模，并生成爆炸视图和零件图。具体步骤如下。1．打开并阅读提供的打印图纸和文档（1）要求的桁架子装配体和零件的打印图纸（见附录3-02-01～14）。（2）提供子装配体和零件的文档在：...\数据\3-01包装机械。2．零件建模和装配（1）用结构件生成器创建桁架539311L，完成MOD-0110162装配。各零件名称和尺寸参考打印图纸。（2）根据给定的详细工程图，生成钣金零件540321、540318、539609L、540380L、540326和540495L。设计项目（3）完成子装配体OPT-539583。（4）生成装配体OPT-539587，包括桁架539311L、铰链门和透明盖板。（5）使用生成的和给定的装配体生成总装配2003115010162。使用已建模零件、标准件和提供的零件生成所有要求的子装配体。使用打印材料做参考，用工程学知识完成零件的建模和装配。3．生成工程图生成5张图纸（见附录评分图纸）：（1）第一张，生成完整包装机装配线的着色等轴测视图。（2）第二张，生成桁架539311L的等轴测视图。图纸需标注的焊接符号。桁架完全焊接，焊接方法是金属活性气体（MAG焊），选择合适的焊接尺寸。（3）第三张，生成子装配体OPT-539583的着色、等轴测视图。（4）为前三页添加引出序号和零件明细表。明细表有3栏：ITEM（项目）、QTY（数量）、PARTNUMBER（零件代号）。只列示第一级零件和子装配体，子装配体OPT-539583的零件明细表只列示建模的零件。（5）第四张，生成带门（doors）、钣金零件（sheetmetalparts）和桁架结构（frame）装配体的着色、等轴测视图。将桁架结构作为参考（使用双点划线）。不要求零件明细表。（6）第五张，生成零件539903、539892L和539898L的展开图样工程图。添加零件代号和所有折叠必要的尺寸（无公差），各零件的折叠模型着色等轴测视图。设计项目4．生成文档设计项目为用于CNC激光切割机的零件539903、539892L和539898L生成3个单独*.dxf文件；*.dxf只要求内轮廓和外轮廓。任务3.2钣金结构设计任务3.3其他装配建模任务3.1桁架结构设计任务3.4工程图与设计结果评分任务3.1桁架结构设计3.1.1结构件设计的基本流程任务3.1桁架结构设计桁架结构是很多机械设备中常见的一种结构类型，其特点是由标准型材搭建而成。在本教程中，将使用AutodeskInventor的结构件生成器功能，创建结构件部件。结构件设计的基本流程如下图所示。使用结构件生成器设计结构件时，需要使用由未使用的草图、实体或曲面等组成的预定义骨架模型，来确定结构件零部件（例如方形管件和C型槽钢等）的放置和范围，然后将这些型材进行末端处理，即型材相接的地方进行斜接、切割等处理。完成了型材放置和末端处理的桁架结构，可以继续完成装配或生成详细工程图。任务3.1桁架结构设计3.1.2提供的图纸和数据任务3.1桁架结构设计此部分的桁架结构是一个比较规则的框架结构，试题提供的图纸中，与这部分相关的图纸有5张，如右图所示。此桁架所有零件均需要自行建模和装配。3.1.3创建桁架骨架模型任务3.1桁架结构设计使用结构件生成器设计桁架时，需要骨架模型来定位和创建结构件。这个骨架模型可以由包含二维草图、三维草图、实体或曲面的一个或多个零件组成。根据提供的桁架工程图（见下图）创建骨架模型539311L，主要结构为规则的框架结构，骨架模型采用实体模型结合二维草图的方式比较合适。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计（1）新建零件，创建最大外形尺寸的实体。在XY平面创建草图，拉伸实体，如下图所示。任务3.1桁架结构设计（2）在其中一个侧面新建草图，绘制结构件的放置位置（注意这些线条是结构件哪边轮廓的位置），如下图所示。创建完毕，另外一侧的结构是对称的，在此面新建草图，投影这些线条。任务3.1桁架结构设计（3）过如下图所示的两条直线，新建两个平行于底面的工作平面，分别在这两个工作平面上创建草图。在底面的平面草图上，绘制实体底部的棱边并绘制一条直线；在中间平面的草图上，投影实体顶部的4条棱边。任务3.1桁架结构设计（4）在如下图所示的顶部平面创建草图。任务3.1桁架结构设计（5）过如下图所示的顶部草图的直线新建工作平面，在此平面绘制草图。任务3.1桁架结构设计（6）完成后的骨架模型如下图所示。保存文件，命名为“539311L-骨架.ipt”。3.1.4创建桁架结构（插入结构件）任务3.1桁架结构设计完成了骨架模型的创建后，可以用此骨架模型作为桁架结构539311L的结构件的定位和放置参考。（1）结构件生成器需要在装配环境中使用，创建桁架结构的基本流程如下图所示。新建部件，将骨架模型“539311L-骨架.ipt”放置到装配中，保存为“539311L.iam”。为方便在插入和编辑结构件时观察结构件，特别是在骨架模型内部的结构件，在装配环境中将骨架模型“539311L-骨架”的外观设置为透明，如“透明-蓝色”。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计（2）如下图所示，切换到“设计”选项卡，单击“插入结构件”工具，根据图纸上提供的信息，在“插入”窗口中，设置插入结构件的标准和族为：ISO4019（方形），规格为：50×50×2。任务3.1桁架结构设计（3）设置好型材的规格后，需要在模型中放置型材。默认的放置方式为边或草图的直线。点选图3-13所示的棱边，在此位置插入结构件。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计确认插入的第一个型材的位置无误后（见上图），依次点选邻近的其他几条外轮廓棱边，插入外框架的型材，如下图所示。任务3.1桁架结构设计确认无误后，单击插入窗口底部的“应用”或“确定”按钮，将结构件插入到装配模型中。此时，软件将从资源中心库中调用并生成所设置规格尺寸的型材模型，放置于设置的位置，如下图所示。任务3.1桁架结构设计（4）在顶部位置继续插入结构件，如右图所示。注意，此结构件的插入位置，由创建骨架模型时的草图尺寸确定（参考试题图纸的尺寸），此例中该结构件的插入点为左上角。任务3.1桁架结构设计（5）此桁架结构采用的是同一种规格和尺寸的型材，因此，不用更改型材的规格，即可以插入其余结构件。参照图纸信息和骨架模型，插入其他结构件并调整到正确位置，结果如下图所示。任务3.1桁架结构设计（6）如有结构件需要更改，可用“更改”工具，调整其规格、放置的位置、方向和偏移量，如下图所示。（7）至此，完成的桁架模型中结构件的插入，保存文件。3.1.5结构件的末端处理任务3.1桁架结构设计前面的步骤将结构件按其规格尺寸放置到了合适的位置，结构件的长度按骨架模型的棱边、草图线的长度来计算。通常在两个或多个结构件的交接处，会有重合干涉部分，在实际生产中，需要对结构件在交接处进行处理，使其能正确装配，以完成后续的焊接或螺栓连接等其他装配工序。结构件生成器提供了多种末端处理工具，如下图所示，以完成各种常见的结构件的连接方式。本例中仅需使用“修剪/延伸”工具即可完成对桁架结构的末端处理。骨架模型仅是为了定义型材的放置位置和尺寸，完成了结构件放置后，后续的末端处理无须使用骨架模型，而且骨架模型容易影响结构件的可见性和选取动作，特别是要点选内部结构件时会很困难，故取消骨架模型的可见性进行后面的操作会比较方便，如下图所示。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计（1）参考图纸提供的桁架模型中结构件交接处的状态，对结构件进行末端处理。使用“修剪-延伸到面”工具，可使用一个对象作为修剪工具，对结构件进行修剪/延伸操作（可同时对多个结构件进行修剪操作）。如下图所示，注意选择对象的颜色，“结构件”（蓝色）为被修剪对象，“面”（黄色）为修剪工具。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计（2）有时候有多个结构件需要被修剪到同一个位置，为提高效率，在选择被修剪对象时，可同时点选多个待修剪对象（蓝色），一次性完成对多个结构件的修剪，如下图所示。任务3.1桁架结构设计（3）由于需要进行末端处理的地方较多，有时可能会遗漏某些地方没有处理，通常需要多个方向观察整个桁架结构所有交接处，对照图纸，检查是否都完成了正确的末端处理。这种靠肉眼逐个检查的方式效率较低，且容易遗漏，为提高效率和准确性，可用“检验”选项卡中的“干涉检查”工具，检查桁架模型是否有干涉，以判断是否所有交接处都进行了末端处理，如下图所示。（4）确认桁架结构完成了所有末端处理，保存模型。任务3.1桁架结构设计3.1.6桁架模型装配任务3.1桁架结构设计完成了结构件部分的建模后，继续完成桁架结构的其他零部件及装配。根据提供的桁架模型的明细表和零件图纸，需要完成3个零件的建模（539311L-027、526718-001、A105563），如下图所示。任务3.1桁架结构设计（1）3个零件的建模比较简单，不再细述。（2）根据图纸信息，完成子装配“526718.iam”的建模装配。其中，标准件螺栓ISO4014–M20×80从资源中心调用，如下图所示。图纸没有具体的装配位置尺寸，只需将螺栓装到底板的中间即可。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计（3）将创建好的零件和子装配，装入桁架模型，添加装配约束。桁架底部有4个脚垫，先完成这4个零部件的装配。可先装配好一组脚垫，然后复制粘贴3个后再装配到桁架；也可先装配一组，然后进行矩形阵列，结果如下图所示。任务3.1桁架结构设计参考图纸上的明细表，此桁架结构还有5个型材的端盖零件A105563，这个零件的装配比较简单，装配位置如下图所示。（4）完成桁架装配，保存模型。3.1.7桁架打孔任务3.1桁架结构设计按照图纸信息，桁架的结构件上需要添加安装孔，以安装面板等其他零部件。图纸上为需要打孔的结构件标注了零件代号和对应的孔位置信息，所有孔均为M8×1.25-6H，见附录3-02-05-桁架孔位置尺寸图-1和3-02-06-桁架孔位置尺寸图-2。以结构件539311L-004和539311L-005为例进行操作。一种方式是打开结构件零件，在其中一个面上打螺纹孔，但是螺纹孔在结构件的哪个面，需参考结构件在桁架模型中的位置，如下图所示，由于型材截面是正方形，不好判断螺纹孔所在的面。较好的方式是在装配模型中双击要打孔的结构件，进入零件编辑环境后，参考此结构件在桁架装配中的情况，在正确的面上打孔。任务3.1桁架结构设计任务3.1桁架结构设计（1）打开前面完成的桁架模型539311L.iam，双击零件539311L-004进入编辑状态，如下图所示。任务3.1桁架结构设计（2）参照图纸上该结构件的孔的位置，在下图所示的面上新建草图，绘制孔位置草图，此处为同一直线上的4个点，尺寸如下图所示。绘制完草图后，使用“孔”工具打M8×1.25-6H的螺纹孔。任务3.1桁架结构设计（3）对常用的孔或螺纹孔设置，可以将其保存为预设的模板，需要使用时可快速调用，如下图所示。任务3.1桁架结构设计（4）完成零件539311L-004的打孔，结束编辑，返回到上级桁架装配环境。然后双击零件539311L-005进入零件编辑环境，使用同样的方式，用预设的螺纹孔设置，添加4个螺纹孔，如下图所示。（5）完成两个结构件上的螺纹孔特征，使用类似的方法，对其他结构件添加相应的螺纹孔特征。（6）桁架建模和装配任务完成，保存文件“539311L.iam”。任务3.1桁架结构设计任务3.2钣金结构设计3.2.1任务说明任务3.2钣金结构设计本任务是需要为子装配OPT-539583创建几个钣金零件，并将其装配到现有装配中，如下图所示。根据给定的详细工程图，生成钣金零件540321、540318、539609L、540380L、540326和540495L。完成子装配体OPT-539583。3.2.2创建钣金零件540321和540318任务3.2钣金结构设计钣金零件540321和540318是简单的平板零件，按图纸绘制好草图后，直接使用平板工具生成平板零件即可。由于是对称结构，可以创建一半，然后镜像。（1）新建钣金零件，编辑钣金默认设置，根据图纸信息，将厚度设为6.4mm，如下图所示。任务3.2钣金结构设计（2）此零件为简单的平板，但是细节较多，且是对称零件，因此，建模时先创建一半特征，然后镜像，可以简化草图的创建。按图纸信息绘制一半的草图，使用“平板”工具，生成平板特征。添加细节特征，如圆角、槽、孔等。完成右半部分特征建模后，进行镜像操作。镜像方式选择“镜像实体”，生成镜像实体的方式为与原实体“求并”，如下图所示。将文件保存为“540321.ipt”。任务3.2钣金结构设计（3）创建另外一个钣金零件540318。此零件也是平板零件，结构和建模方式与零件540321.ipt相似。建模结果如下图所示。3.2.3钣金零件539609L任务3.2钣金结构设计钣金零件539609L的建模思路如下图所示。先创建异形板的主体特征，在此基础上添加凸缘和剪切特征。任务3.2钣金结构设计（1）新建钣金零件，设置好材料厚度为4.8mm，绘制异形板特征的草图，创建异形板特征，距离为220.7mm，注意实体特征生成的方向（需与草图尺寸对应）如下图所示。任务3.2钣金结构设计（2）侧面的凸缘特征不是整条边而是部分凸出来的特征，因此，需要为凸缘特征做准备，切出一个凸出来的部分。如下图所示，在平板或平行于此面的平面上绘制草图，创建剪切特征，注意范围为“贯通”，切穿整个零件。任务3.2钣金结构设计（3）在凸出的部分，创建凸缘特征，距离为46mm，凸缘角度为90°，注意切换到侧面观察折弯位置，以确保尺寸与图纸标注一致，如下图所示。任务3.2钣金结构设计（4）在凸缘的表面新建草图，创建拉伸特征（切削），距离为15.9mm，如下图所示。任务3.2钣金结构设计（5）在此凸缘的折弯处，有一个镂空的槽特征。参考工程图上该特征标注的尺寸，在平板特征的表面创建草图，然后创建拉伸特征（切削），距离为12.5mm，这个深度为工程图上标注的尺寸，如下图所示。然后在这个特征上添加圆角，半径为1.6mm。任务3.2钣金结构设计任务3.2钣金结构设计（6）类似过折弯处的特征还有一个，采用同样的建模方法，绘制半边轮廓，通过拉伸（切削）操作，深度为12.7mm，生成一半的特征，然后对此特征进行镜像操作，生成完整特征，如下图所示。任务3.2钣金结构设计任务3.2钣金结构设计（7）在大平板上创建腰槽特征，阵列此腰槽特征，阵列数量为2，阵列间距为19.1mm，如下图所示。任务3.2钣金结构设计（8）在平板上绘制草图，以定位孔中心点位置，创建4个直径为7.1mm的通孔，如下图所示。任务3.2钣金结构设计（9）在凸缘表面新建草图，创建腰槽特征，如下图所示。任务3.2钣金结构设计（10）完成了主要特征的建模，最后再根据图纸信息，添加半径为3.2mm的圆角，如下图所示。至此，此钣金零件的建模已经完成。任务3.2钣金结构设计（11）钣金零件完成建模，此时模型为“折叠模型”状态。作为钣金零件，在生产时需要知道下料信息，因此，需要生成钣金零件的展开图。使用“转至展开模式”工具，为此钣金零件创建展开模式，验证钣金零件是否可展开，如下图所示。正确创建钣金零件的展开模式后，在浏览器中会新建一个“展开模式”的节点。钣金零件的折叠模式和展开模式，可在浏览器中双击对应的图标进行转换，也可单击工具栏的相应图标进行转换。（12）完成钣金零件539609L的建模，保存文件。任务3.2钣金结构设计3.2.4其他钣金零件建模任务3.2钣金结构设计（1）钣金零件540380L的结构和零件539609L.ipt类似，建模方法和步骤也相似，可以参考零件539609L的建模步骤进行建模。建模思路如下图所示。任务3.2钣金结构设计（2）零件540326比较简单，其基础特征为异形板特征，在此基础上，添加阵列的剪切特征和孔特征，如下图所示。任务3.2钣金结构设计任务3.2钣金结构设计任务3.2钣金结构设计（3）零件540495L的结构较为简单，但细节特征较多。其基础特征为一个大的平板特征，然后在平板的一边加一个凸缘特征，再增加一些细节的圆角、剪切特征即可，建模步骤如下图所示。任务3.2钣金结构设计需要注意的是，此零件的凸缘特征不是整条边，而是一部分。凸缘的距离为36.5mm，角度为90°，注意折弯位置，要对齐原平板特征的端面，如下图所示。任务3.2钣金结构设计此外，根据图纸上折弯处的释压形状的细节尺寸，需要对此凸缘特征的折弯释压特征进行设置。参考图纸上标注的尺寸，计算得：释压深度：11.9−4.8×2（材料厚度+折弯半径）=2.3mm释压宽度：50.8−48.4=2.4mm为此，在凸缘窗口中，切换到“折弯”选项卡处进行折弯特征的释压形状设置，将释压宽度设置为2.4mm，释压深度设置为2.3mm，如下图所示。任务3.2钣金结构设计任务3.2钣金结构设计完成钣金零件的建模后，需要完成子装配OPT-539583.iam的装配，如下