Учебник SolidWorks для начинающих: C чего начать

SolidWorks — популярная программа для моделирования и ее полезно знать. Следуйте этому курсу по SolidWorks, чтобы начать моделировать!

SolidWorks — это программное обеспечение для технического моделирования, разработанное компанией Dassault Systèmes. Его основное применение — моделирование и черчение в машиностроении и электротехнике, а также в производстве.

SolidWorks часто используется в академической и промышленной среде благодаря полному и сложному набору инструментов, позволяющему моделировать практически все. Однако важно отметить, что SolidWorks не является рекомендуемым инструментом для художественного моделирования.

Это означает, что если вы хотите смоделировать персонажей или выполнить органическое моделирование, вам лучше использовать другие программы моделирования, например, Blender. Напротив, если вы хотите делать высокотехнические модели, такие как двигатели внутреннего сгорания, коробки передач и даже собственный 3D-принтер, SolidWorks — это инструмент, идеально предназначенный для таких приложений.

Нет необходимости говорить, что SolidWorks — это отличный инструмент, который необходимо иметь в своем арсенале, и его изучение может дать вам необходимое преимущество. В этом учебнике мы расскажем вам о создании деталей и их сборке. Мы также рассмотрим среду рисования. Поскольку это более продвинутые функции, мы не будем рассматривать CAM и моделирование в этом учебнике для начинающих, что не является большой потерей, поскольку многие профессионалы используют другие, более совершенные платформы для CAM и моделирования.

Но прежде чем мы перейдем к этому курсу, давайте рассмотрим некоторые основы.

С чего начать

При работе в SolidWorks можно выбрать один из трех основных режимов работы: «Деталь», «Сборка» и «Чертеж». Они также соответствуют типам файлов. «Деталь», как следует из названия, используется для создания частей более крупного элемента, рисования их эскизов и выдавливания объемов. «Сборка» используется для объединения различных частей в одной среде с помощью сопряжений. «Чертеж» используется для создания чертежа вашей модели. Его можно использовать как для деталей, так и для сборок.

В этом уроке мы смоделируем две детали: вазу и крышку для нее. Затем мы соберем их и создадим чертеж сборки.

Некоторые рекомендации перед началом работы:

• Детали SolidWorks по умолчанию сохраняются в виде файла .sldprt, что означает «SolidWorks Part». Этот файл содержит информацию об операциях, выполненных для создания объемов, а также рассматривает модель как сборку поверхностей, ребер и вершин, а не как сетку. Это лучший формат файла для работы, если вы собираетесь изменять свою модель или хотите работать с чертежами или сборками.
• Если вы хотите обеспечить совместимость между версиями SolidWorks, рекомендуется использовать файл IGES. Он не сохраняет операции, но сохраняет грани в виде поверхностей, ребер и вершин, а не сетки, поэтому вы по-прежнему можете использовать эти детали для сборки и черчения.
• Если вы планируете напечатать свою модель на 3D-принтере после завершения моделирования, вы можете сохранить ее в виде файла STL, который идеально подходит для нарезки.

Моделирование детали

Обзор пользовательского интерфейса

Прежде чем приступить к каждому этапу процесса, мы рассмотрим наиболее важные части каждой среды.

В SolidWorks область, в которой отображается чертеж, называется «Viewport». В верхней части окна просмотра находится Command Manager (1) — меню, разделенное на вкладки. Основные вкладки, которые вы будете использовать как начинающий пользователь — это «Features» (Функции) и «Sketch» (Эскиз).

В «Sketch» вы найдете инструменты для рисования двумерных фигур, которые затем можно преобразовать в трехмерные объекты с помощью инструментов на вкладке «Features». На вкладке «Оценка» вы найдете полезные инструменты, такие как «Измерение», который позволяет измерить расстояния между выбранными поверхностями, краями, центрами окружностей и т. д. Другие вкладки, такие как «Simulation», «Motion Studio», «MBD» и «CAM», содержат более сложные функции, которые не будут рассматриваться в этом учебном пособии.

Слева от окна просмотра находится дерево FeatureManager Design (2). Вкладки скрывают другие меню, в том числе PropertyManager во второй вкладке. Дерево FeatureManager Design содержит список всех объектов и операций, присутствующих в окне просмотра. Сюда входят плоскости, начальная точка, эскизы, объемы, вырезы и даже материал детали.

В верхней части Command Manager находится быстрое меню с кнопками «New» (Создать), «Save» (Сохранить), «Open» (Открыть) и «Settings» (Настройки). Чтобы отобразить дополнительные меню опций, наведите курсор на значок SolidWorks в левом верхнем углу, и откроется полное меню. Если вы хотите добавить дополнительные меню функций, нажмите стрелку справа от значка «Settings» (Настройки) и выберите «Customize» (Настроить) (3). Например, мы перетащили инструменты «Reference Geometry» (4) (Справочная геометрия) влево от дерева FeatureManager Design.

Наконец, наша модель будет в миллиметрах, поэтому убедитесь, что в правом нижнем углу окна просмотра выбрана правильная система единиц измерения (5).

Итак, приступим к нашему учебнику.

Создание эскиза и линии

Когда вы хотите создать деталь, вы всегда начинаете с 2D-чертежа, преобразуете его в 3D-объем и повторяете этот процесс до тех пор, пока деталь не будет иметь все необходимые детали.

Выберите плоскость для работы, доступную в дереве FeatureManager Design. В нашем случае мы начнем с правой боковой плоскости. На вкладке «Эскиз» выберите кнопку «Эскиз» (1), чтобы начать новый эскиз. После завершения нажмите на нее еще раз, чтобы выйти из режима эскиза.

Шаг 1

Первым шагом в эскизе будет создание линии (2). Для создания линий можно использовать три инструмента:

• Линия: это обычная линия, начальная точка которой будет одной из конечных точек линии.
• Осевая линия: этот тип линии помогает рисовать эскиз, но не считается сплошной линией или краем эскиза, то есть не влияет на выдавливание, если только вы не используете ее специально в качестве осевой линии для вращения. Этот инструмент является некоторой несогласованностью со стороны SolidWorks, поскольку он присутствует как в меню линий, так и в меню опорной геометрии. Несмотря на то, что они ведут себя одинаково, в первом случае она называется «Конструктивная линия», а во втором — «Осевая линия». С названием «Осевая линия» SolidWorks предполагает, что она будет использоваться в качестве центральной оси для вращения, но на самом деле она может использоваться для чего угодно.
• Линия от центра: Начальной точкой для этого типа линии является ее центр.

Мы будем использовать линию от центра, чтобы создать линию, начинающуюся от начала координат. Для этого сначала щелкните по началу координат, что автоматически создаст отношение середины между ним и линией. Затем перетащите мышь вертикально наружу, и линия будет иметь одинаковые размеры в обоих направлениях.

Совет от профессионала

Существует разница между созданием вазы с помощью инструмента «Линия от центра» и инструмента «Обычная линия». При использовании первого инструмента центр тяжести теперь находится в начале координат. Если бы мы использовали инструмент «Обычная линия», центр тяжести находился бы выше начала координат. Вы можете получить доступ к этому измерению на вкладке «Оценка».

На данном этапе не имеет значения, использовали ли мы инструмент «Линия от центра» или обычный инструмент «Линия», но полезно знать разницу между ними. Например, в экзаменах на сертификацию SolidWorks вам будет предложено смоделировать деталь и указать ее центр тяжести. Ответ будет зависеть от того, как вы ее смоделировали.

Шаг 2

Следующим шагом будет добавление размера. Для этого перейдем к кнопке «Smart Dimension» (3) и щелкнем по линии. Это создаст размерную линию — в данном случае для длины линии. Установите это значение равным 40 мм. Это будет общая высота нашей вазы.

Шаг 3

Теперь мы хотим преобразовать эту линию в линию построения. Для этого есть два способа:

1. Выберите линию и наведите на нее курсор мыши. Вы увидите символ (4), обозначающий преобразование линии в линию построения, и сможете выбрать его.
2. Вы также можете выбрать линию, и в меню Line Properties (Свойства линии) в PropertyManager появится флажок For construction (Для построения) (5). Установите его, и линия станет линией построения.

Шаг 4

Мы создадим две горизонтальные конструктивные линии, или Centerlines (осевые линии), чтобы обозначить верхнюю и нижнюю границы вазы. Мы зададим размер верхней линии 20 мм, а нижней — 15 мм. Преобразуйте нижнюю линию, чтобы она не была конструктивной линией. Затем создайте короткую вертикальную линию на краю верхней линии и задайте ее размер 4 мм.

Дуги по трем точкам

В SolidWorks есть возможность создавать полные окружности или дуги, которые являются частью окружности. Существует три способа создания дуги: от центральной точки, от точки касания или, что наиболее распространено, от 3 точек.

В данном случае мы создадим две дуги из 3 точек, чтобы получить изгибы на вазе. Одна будет обращена наружу, а другая — внутрь, как показано на изображении.

Шаг 1

Чтобы создать дугу из 3 точек, щелкните в том месте, где должна находиться начальная точка. Это автоматически создаст отношение «Совпадение». Отношение «Совпадение» означает, что обе точки совпадают по положению, или, проще говоря, они теперь связаны (подробнее об этом позже).

Затем выберите точку завершения или дугу, и, наконец, перетащите мышь вокруг, чтобы изменить радиус дуги. Вы можете изменить эти характеристики позже с помощью размеров. Повторите эти действия для создания второй дуги.

При создании двух дуг нижняя должна иметь начальную точку, совпадающую с нижней линией (1), конечная точка должна совпадать с начальной точкой второй дуги (2), а конечная точка второй дуги должна совпадать с 4-миллиметровой вертикальной линией (3), как показано на рисунке выше.

Совет от профессионала

В SolidWorks вы можете установить связи между любыми элементами эскиза и другими элементами. Существуют такие связи, как Parallel (Параллельность), Coincident (Совпадение), Perpendicular (Перпендикулярность) и другие. Выбранная связь привяжет элементы эскиза к указанному вами положению, если это не противоречит ранее установленным связям.

Шаг 2

Нам нужно убедиться, что две дуги касательны друг к другу, чтобы получить гладкую поверхность без краев. Для этого выделите обе кривые, удерживая клавишу Shift, и появится наведенное меню с пиктограммой Tangent.

Вы также можете выбрать эту опцию в PropertyManager слева.

Шаг 3

Далее добавим следующие размеры: для нижней дуги — радиус 12 мм, а для верхней — радиус 15 мм. Для точки соединения двух дуг назначим высоту 20 мм.

Эти размеры могут быть изменены по вашему вкусу, поскольку эта модель — ваза. Однако для более технических моделей важно быть точным и придерживаться норм, когда это необходимо.

Завершение эскиза

Теперь пришло время придать вазе толщину. В противном случае она будет сплошной, а мы хотим, чтобы она была полой. Мы могли бы нарисовать новые линии с нуля и добавить размеры. Однако есть более точный и быстрый способ сделать это: инструмент под названием Offset Entities (Смещение объектов).

1. Чтобы использовать Offset Entities, выберите все линии, которые не нужны для построения, удерживая клавишу Shift, затем нажмите кнопку Offset Entities.
2. PropertyManager покажет вам набор опций, которые можно переключать. Основной из них — толщина, которую мы установим на 3 мм.
3. Убедитесь, что желтая линия предварительного просмотра направлена внутрь, если нет, вы можете установить флажок Reverse (Реверс), чтобы инвертировать ее.

После добавления смещения закройте форму двумя линиями на открытых концах. Вы должны знать, правильно ли закрыт ваш эскиз, потому что он будет иметь синюю тень.

Совет от профессионала

3D-операции можно выполнять только с закрытым эскизом, тогда как операции с поверхностями можно выполнять с линиями эскиза, независимо от того, открыты они или закрыты. Например, если вы попытаетесь выполнить выдавливание основания с открытым эскизом, SolidWorks не сможет выполнить запрошенную операцию и попросит вас проверить эскиз на наличие открытых линий.

Создание объема

После завершения эскиза он по-прежнему остается 2D-фигурой, а не 3D-фигурой. Есть несколько способов изменить это, как вы можете видеть на вкладке Features (Функции). Эта вкладка разделена на разделы для создания основания/выступа, для выполнения вырезов и различных других функций, таких как шаблоны, скругления или оболочки. Дополнительные функции также можно найти в меню Insert > Features (Вставка > Функции). Чтобы отобразить это меню, просто наведите курсор на логотип SolidWorks в правом верхнем углу.

В нашем случае мы будем использовать функцию Revolved Boss/Base (Вращающийся выступ/основание), которая вращает эскиз вокруг оси для создания объемной формы. Первая линия построения, которую мы создали в эскизе, представляет собой ось.

1. Чтобы создать вращающуюся основу, выберите эскиз в дереве FeatureManager Design.
2. Затем просто нажмите на кнопку Revolved Boss/Base и в PropertyManager откроется меню Revolve. Здесь сначала нужно выбрать Ось вращения.

3. Нажмите на осевую линию в эскизе, и вы автоматически получите предварительный просмотр того, как будет выглядеть ваш объект.
4. Кроме того, вы можете изменить угол поворота. В нашем случае мы оставим его равным 360°, чтобы получить полный оборот.
5. Наконец, нажмите кнопку «Ок» и ваша вращающаяся база будет готова.

Совет от профессионала

Вы заметите, что перед использованием инструмента Revolved Boss/Base мы начертили только половину вазы. При создании нерегулярных цилиндрических объектов, таких как вазы, бутылки, воронки и подобные формы, вращение эскиза вокруг оси является наиболее эффективным методом их моделирования в SolidWorks.

При выборе эскиза для вращения лучше всего выбрать эскиз непосредственно в дереве FeatureManager Design. Линии эскиза также можно выбрать непосредственно в окне просмотра, но это иногда может привести к ошибкам. Программа может неправильно интерпретировать ваш выбор, пропустив некоторые линии.

Эскиз крышки вазы

Создание крышки очень похоже на процесс, который мы использовали для создания вазы. Мы смоделируем ее половину, а затем сделаем револьверную резку. В первой части мы рассмотрим основную форму крышки, а в следующей добавим дополнительные детали.

1. Создайте новую деталь.
2. Начните новый эскиз на правой боковой плоскости, показанной в дереве FeatureManager Design.
3. Для создания большинства фигур, показанных на изображении, вам понадобятся только инструменты Line (Линия), Construction Line (Конструктивная линия), 3-Point Arc (Дуга из 3 точек) и Smart Dimension (Интеллектуальная разметка). Создайте фигуры, отмеченные оранжевым цветом, а затем мы перейдем к более сложным.
4. Чтобы создать кривые, начните с той, которая обозначена розовым цветом. Выберите точки пересечения оранжевой линии и линии построения.
5. Задайте размеры, как показано на рисунке выше.
6. Аналогичным образом создайте синюю кривую.
7. Удерживая клавишу Shift, выделите обе дуги и добавьте Концентрическую связь, которая обеспечит расположение центральной точки обеих кривых на одной координате.

Теперь обе кривые имеют одинаковый центр, а радиус синей кривой определяется координатами предыдущих линий.

Круги и обрезка

В верхней части крышки у нас будет сферическая ручка. Если вы хотите сделать сферу в SolidWorks, вам поможет функция Trim Entities. Этот инструмент позволяет обрезать линии «умным» способом, сохраняя или удаляя связи по усмотрению программы и экономя вашу работу.

Следующие шаги покажут вам, как использовать Trim Entities, а также другие инструменты для создания сферической ручки.

Шаг 1

Сначала нам нужно добавить окружность. Для создания окружностей необходимо выбрать центральную точку, а также внешнюю точку, определяющую радиус. Вторая точка не так важна, так как размеры радиуса можно легко изменить. Изменение центральной точки, однако, более хлопотно, поэтому убедитесь, что вы выбрали ее правильно с самого начала.

Итак, давайте начнем с создания окружности с вершиной синей кривой в качестве центральной точки. Задайте его диаметр 6 мм.

Шаг 2

Поскольку мы собираемся вращать этот эскиз, нам понадобится только половина окружности. Хотя мы могли бы сделать это с помощью трехточечной дуги, это было бы более трудоемко. Поэтому нажмите кнопку Trim Entities, как показано на рисунке выше.

Существует несколько способов использования инструмента обрезки, но по умолчанию он должен быть установлен на «Power Trim». Просто перетащите мышь при нажатой левой кнопке мыши по линии, которую нужно обрезать. Если вы все делаете правильно, вы увидите тонкую серую линию, указывающую на место обрезки ножницами.

В нашем учебном пособии мы хотим обрезать левую сторону круга, поэтому перетащите мышь на нее. SolidWorks определит границы пересечения с линией построения и удалит все, что находится перед ней, оставив только правую сторону круга.

Сделайте то же самое с другими линиями, пересекающими окружность и синюю линию, чтобы результат обрезки соответствовал показанному на изображении выше.

Шаг 3

Наконец, закройте эскиз линией с левой стороны и сделайте базу с вращением.

Совет от профессионала

Если не обрезать окружность, SolidWorks обнаружит конфликт в вращении, поскольку в данном случае программа будет пытаться вращаться вокруг самой себя в одной точке. Аналогично, если не обрезать пересекающиеся сплошные линии, вращение также не удастся.

Сборка

Общий обзор

Чтобы создать сборку, нам нужно создать новый файл, нажав на значок New (Новый), а затем выбрав Assembly (Сборка) на экране New Document (Новый документ).

С самого начала вам будет предложено выбрать компоненты, которые должны быть в сборке. Вы можете выбрать вазу и крышку или нажать «Отмена» и сделать это позже. Чтобы добавить их в окно просмотра, просто щелкните в любом месте, и они появятся. Убедитесь, что различные элементы не соприкасаются при добавлении, иначе вы можете случайно добавить сопряжения.

Вверху по-прежнему находится диспетчер команд, но теперь он отображает инструменты сборки. Двумя наиболее важными из них являются Insert Components (1) (Вставить компоненты), где мы можем вернуться и добавить дополнительные компоненты, и Mate (2) (Соединение), где мы добавляем отношения — называемые «Mate» — между объектами, чтобы они соприкасались определенным образом.

На вкладке Sketch (3) также есть инструменты для эскизов, которые могут быть полезны при разработке конструкции. Наконец, у нас также есть вкладка Evaluate (4) с такими функциями, как Hole Alignment (Выравнивание отверстий) и Measure (Измерение), которые могут быть полезны, если вы собираетесь добавить сопряжение по расстоянию, но сначала необходимо проверить размеры.

Соединения

Поскольку соединения являются основной темой обсуждения при сборке, мы рассмотрим, что делает каждое из них. Обратите внимание, что когда мы упоминаем «ребра» ниже, мы имеем в виду линии детали.

• Coincident (совпадение) приводит к соприкосновению двух поверхностей или кромок. Оно работает для плоских параллельных поверхностей, то есть не совместимо с кривыми. Это соотношение работает, если две поверхности или кромки находятся в одной плоскости: например, обе горизонтальные. Оно также может быть установлено между кромкой и поверхностью.
• Parallel (параллельность) делает две поверхности параллельными друг другу, хотя они не соприкасаются. Она может работать с кривыми постоянного радиуса или плоскими поверхностями.
• Perpendicular (перпендикулярность) делает две поверхности перпендикулярными друг другу, хотя они не соприкасаются. Она работает только с плоскими поверхностями.
• Tangent (касательность) работает между двумя кривыми или кривой и плоскостью. Она делает две поверхности касательными друг к другу, то есть соприкасающимися только в одной точке.
• Concentric (Концентрично) располагает центры двух круглых поверхностей постоянного радиуса в одних и тех же координатах.
• Distance (Расстояние) разделяет две плоские поверхности на заданное расстояние.

Кроме того, вы можете добавлять связь только в том случае, если она не мешает ранее добавленным связям. Например, если вы сделаете две плоскости Perpendicular (Перпендикулярными), а затем попробуете сделать их Coincident (Совпадающими), SolidWorks не позволит вам это сделать.

Помимо стандартных сопряжений, в раскрывающихся меню под стандартными опциями можно найти расширенные и механические сопряжения. Из них механические сопряжения являются вторыми по использованию после стандартных, поскольку содержат сопряжения для передаточного числа, винтов и реечных шестерен.

Совет от профессионала

Края не обязательно должны быть прямыми, если сопрягаемые детали имеют одинаковый радиус. Однако края должны находиться в одной плоскости. Например, один из них не может быть вертикальным кругом, а другой — горизонтальным. Если у вас есть две горизонтальные плоскости или грани, и вы делаете их совпадающими, вы, по сути, говорите им, что они должны быть на одной высоте.

Добавление связей в нашу сборку

Первое, что следует отметить, это то, что первый объект, добавленный в сборку, автоматически фиксируется, а все остальные элементы остаются плавающими. Это означает, что фиксированный элемент остается статичным, и при добавлении связей они будут перемещаться в направлении фиксированного элемента.

В зависимости от того, что вы делаете, вы должны убедиться, что правильный объект зафиксирован, а все остальные плавают. Чтобы переключиться с фиксированного на плавающий, щелкните правой кнопкой мыши элемент в дереве FeatureManager Design. Если объект зафиксирован, опция будет называться Float (Плавающий), а если он плавающий, то Fix (Фиксированный).

1. В нашем случае мы оставим вазу фиксированной, а крышку плавающей. Это означает, что при добавлении сопряжений крышка будет перемещаться к вазе.
2. Мы добавим соотношение Concentric (Концентрическое) между внешней окружностью крышки и внутренней окружностью вазы, как показано на изображении. Для этого просто нажмите Mate > Concentric (Соотношение > Концентрическое) и выберите обе поверхности. В качестве альтернативы, если вы выберете обе поверхности, не выбирая тип соотношения, программа выберет соотношение, которое наиболее подходит для данных поверхностей — в данном случае, Concentric (Концентрическое).
3. Добавьте соотношение Coincident (Совпадающее) между нижней частью крышки и верхней частью вазы.

Чертеж

Обзор пользовательского интерфейса

Как только вы перейдете в среду черчения, SolidWorks запросит некоторую информацию. В следующем разделе мы расскажем, что нужно делать, но сначала давайте познакомимся с пользовательским интерфейсом среды черчения.

В верхней части диспетчера команд первая вкладка View Layout (Макет вида) содержит инструменты для проецирования видов из модели, выполнения разрезов или отображения деталей, когда они слишком малы.

Следующая вкладка Annotation (Аннотация) содержит все символы для технических чертежей, такие как всплывающие подсказки (которые используются для нумерации деталей), символы сварных соединений, центральные метки, осевые линии и таблицы (которые используются для автоматического создания спецификации всех элементов, присутствующих на чертеже). Здесь также есть интеллектуальные размеры, которые являются наиболее важной частью чертежа.

На вкладке Sketch вы найдете традиционные инструменты для эскизов, если вам понадобится дополнительно пояснить что-либо в чертеже. Это три самые важные вкладки, о которых нужно знать при работе с чертежом.

Совет от профессионала

То, как вы будете использовать инструменты среды Drawing, во многом будет зависеть от правил технического черчения, действующих в вашей стране и компании.

Настройка чертежей

При первом открытии чертежа вам будет предложено выбрать формат. Выбор формата зависит от доступных форматов или правил, действующих в вашей стране и компании. Если у вас есть индивидуальный формат, вы также можете его использовать.

SolidWorks по умолчанию предлагает множество форматов, и для этого проекта мы будем использовать формат A4. После выбора формата автоматически открывается окно для поиска детали или сборки, которую нужно поместить на чертеж, но вы также можете добавить объекты позже.

Слева, в PropertyManager, вы увидите ряд параметров, которые можно переключать. Первый важный параметр — это Orientation (Ориентация), второй — Display Style (Стиль отображения) и, наконец, Scale (Масштаб).

1. В нашем случае мы устанавливаем ориентацию «Isometric» (Изометрическая) и отображение «Shaded with Edges» (Затененная с краями), потому что сначала мы собираемся показать только сборку без размеров.
2. Мы установили масштаб «1:1», так как в противном случае он был бы слишком маленьким.
3. Если вы хотите удалить или изменить метку формата, вы можете щелкнуть правой кнопкой мыши на листе и выбрать «Edit Sheet Format» (Редактировать формат листа). На этот раз мы удалим линии меток, так как они нам не нужны.