三维实体建模技术
第一章三维实体建模技术
学习重点
了解三维实体建模设计的特点和一般过程；
熟释NX 3.0的各个功能面板，建模方式以及模型分析功能；
掌握NX 3.0 关于草图绘制，零件设计，装配设计，工程图设计的基本操作。
1.1概述
三维建模设计不同于二维绘图设计，二维绘图设计在一个平面上即可完成，而三维建模设计是在三维空间中进行，建立的模型具有长度，高度，宽度三个方向的尺寸。在三维建模设计中，首先建立在工作空间的坐标系（包括原点，坐标轴和基准平面），然后在草绘平面绘制模型的特征截面或扫描轨迹，并根据参照平面放置特征截面的各图形元素，对二维特征截面进行拉伸，旋转，扫描等操作，可生成三维模型的基础特征。特征是构成三维模型的基础，各中各样的三维模型就是由不同的特征按照一定的设计要求进行组合所形成的集合体。
NX 3.0 软件系统是美国UGS公司研制的一套由设计到制造的一体化三维软件，是新一代的产品造型系统。本章所有操作界面，设计流程以及模型均在NX 3.0环境中进行。
1.2实训1——机械零件实体模型建立
1.2.1问题描述
零件设计是机械设计的基础，通过对零件进行实体设计，可以使设计过程更加直观，并尽量多地获取零件的体信息。零件实体建模的基本技术是基于特征的，任何零件的建立都离不开特征的建立，而参数化绘制是创建各种零件特征的基础，贯穿整个零件建模过程。熟悉掌握特征截面的参数化草图绘制技术，进而由截面草图生成零件特征的操作技术，是进行
三维
设计
的基图1-1 轴、键和半联轴器的实体模型
本功。本章以机械设计中常用零件轴，键，半联轴器的设计为例，简要说明在NX 3.0环境中进行零件设计，装配体设计和工程图设计的建模过程。
1.2.2实训目的
熟悉NX 3.0的操作界面，了解个功能面板；了解用NX 3.0进行零件三维实体建模的设计过程，初步实验用NX 3.0进行计算机辅助机械设计的强大功能。
1.2.3结果演示
在NX 3.0环境下对轴、键及半联轴器零件进行三维实体建模，完成后的结果如图
1.2.4实训步骤
建立轴的零件模型 一 NX 3.0 的启动
在计算机的桌面上双击NX 3.0图标，或通过“开始/程序”菜单运行NX 3.0。NX 3.0程序主界面如图1-2所示
二 建立新文件
1-2 NX3.0的主界面
模型显示区 部件导航区
菜单
工具按钮 状态栏
1.单击下拉菜单“文件（F）新建（N）…”，或单击“新建”命令按钮，打开“新建”对话框。
图1-3 新建零件对话框
2.文件类型为部件文件，在文件名一栏输入要创建的文件名
称，不选择“非主模型”前的复选框。如图1-2所示。
3单击“ok”按钮进入零件设计环境。
4 点击应用菜单项，选择要进入的模块，如建模、外观造型
设计、制图、加工、结构分析、运动分析、钣金、电气线路、装
配等。如图1-4所示。下面的说明操作是在建模模块的环境中进
行的。
1-4 NX3.0模块组成
三 调整窗口显示状态
单击工具栏命令按钮
可调整模型窗口的
显示状态，并可以调整窗口的大小。
四 建立草绘特征
1 点击菜单“格式->层的设置”或
进入层的设置对话框设定工作层（草图所在层，
一般21-40层用来设置为草图层,以后可以用层来管理复杂模型,可以关闭一些层的显示）
2. 单击菜单“插入-〉草图”或者单击工具按钮
，打开草图绘制的特征面板
，选择X-Y 、Y-Z 、X-Z 三个基准平面或者偏置
一个基准平面作为草图平面，点击
确定，进入草绘环境（如图1-5）。
3利用草图绘制的命令工具按钮
进行草
1-5草绘环境界面
图的绘制，并利用命令工具按钮
给绘制的草图
标注尺寸。绘制的轴的草图如图1-6所示。
4选择按钮
，完成草图绘制并退出草图绘制模块。
四 建立旋转特征
1.选择一个草绘特征（图1-6的草图），单击菜单“插入-〉设计特征-〉回转”或者单击工具按钮
，打开回转特征对话框（如图1-5）。
2.点击轴和角，状态栏提示用户选择一个轴，选择1-6图形的中心轴确定后，跳出回转参数设置对话框（图1-8），在回转参数设置中输入角度范围0-360，单击确定完成旋转轴的绘制。
五 观察模型
利用工具栏按钮中与模型显示相关的命令按钮和三键鼠标配合，可以采用多种方式，方便的观察模型。
先将与模型显示相关的命令按钮以及鼠标操作方法介绍如下：
1.主工具栏中部分与模型操作有关的命令按钮： 模型调整至与窗口适合的大小，
放大选
取的视区范围，根据鼠标移动的方向放大或缩小视区范围。
旋转视图，平移视
图。
以着色方式显示模型，
显示线框模型。
图1-7 回转对话框
图1-6 旋转轴的草绘图形
图1-8 回转参数设置
2.使用鼠标操作观察模型。在NX
3.0 中使用的鼠标必须是三键鼠标，否则许多操作不能进行。下面对三键鼠标在NX3.0 中的常用操作说明如下：
左键：用于选择菜单，工具按钮，明确所绘制图形元素的起始点和终止点，明确文字注释位置，选择模型中对象等。
中键：单击中键表示结束或完成当前操作，一般情况下与菜单中的完成选项，对话框中的确定按钮，特征操作面板中的确认按钮的功能相同。此外，鼠标中键还用来控制模型的视觉转换，所放模型的显示以及移动模型在视区中位置等。具体操作如下：按下鼠标中键并移动鼠标，可以任何方向旋转视区中的模型。
对于鼠标中键为滚轮的鼠标，转动鼠标滚轮可放大或缩小视区中的模型。
同时按下CTRL键和鼠标中键，上下移动鼠标可放大或缩小视区中的模型
同时按下Shift键和鼠标中键，拖动鼠标可平移视区的模型。
右键：选中对象（如工作去，模型树中的对象，模型中图元元素等），单击鼠标右键，显示响应的快捷菜单。
3.按住鼠标中键，拖动鼠标观察模型。观察过程中可单击工具栏中的按钮控制基准的显示状态，也可以单击工具栏中的按钮控制模型的显示方式。
六建立一个基准平面
1.单击菜单“插入->基准/点->基准平面”或单击按钮，出现基准平面控制面板
，单击控制面板的第一个按钮打开基准平面对话框。如图1-9。
2.在平行、重合、垂直、相切等多个约束类型中选择
平行，选择一个已经存在的面，如三个基准面中的X-Y
基准面，在偏置文本框中输入“20”，单击确定产生
一个与 X-Y基准面平行的相距为20的基准面。
七切割键槽
1.选择要拉伸的草图，单击“插入->设计特征->拉伸”
或单击拉伸工具按钮，出现拉伸特征面板
，单击拉伸特征面
板的第一个按钮-特征对话框按钮，弹出拉伸特征对话
图1-9 基准面对话框
框。如图1-11所示。
2.在“拉伸对话框”中选择拉伸方向，布尔运算下拉框中选择求差。设定草图拉伸的起始和终了位置值，在缺省方向下结
束值输入“-5”。偏置是设定草图拉
伸时其轮廓向内或向外的偏值距离。
3.单击确定按钮，退出拉伸对话
框，完成对草图的拉伸。形成的
键槽模型如图1-12所示。
图1-10 插入基准平面
插入的基准平面
图1-11 拉伸对话框图1-12 键槽模型
八 建立倒角特征
1.
单击菜单“插入->细节特征->倒角”或点击工具栏按钮
。弹出倒角对话框，
第一个对话框
选
择单个偏置，第二个对话框选择要倒角的边，依次选择1-12所示轴两端边线即可，在倒角偏置值输入对话框中输入偏置值1.5。按确定按钮完成倒角特征的建
立。轴零件完成的最终模型如图1-14所示。 2 保存文件。
建立平键模型 一、使用拉伸工具建立平键模型
1、同上面建立轴一样，首先新建平键文件“key ”，单击菜单“应用->建模”或单击命
令按钮
，进入建
图1-13 倒角对话框
图1-14 倒角特征
图1-14 倒角偏置值输入对话框
图1-15 平键拉伸截面草图
模模块环境。
2、草绘平键截面，如图1-15所示。
3、选择1-15的草图作为要拉伸的草图，单击“插入->设计特征->拉伸”或单击拉伸工具按钮
，出现拉伸特征面板
，单击拉伸特征
面板的第一个按钮-特征对话框按钮，弹出拉伸特征对话，在拉伸对话框中拉伸距离的起始值和结束值分别输入0和8mm 。单击确定完成平键的拉伸。如图1-16所示。 4
4
4、保存模型文件。
建立联轴器零件模型 一、建立新文件
新建一个“零件”文件，名称为“clutch ”。
二、建立旋转特征
1. 增加一个草绘图层，图层号为21，在21层上草绘一个特征（如图1-17所示）。
在绘制1-17的草图需
要注意的是，在绘制与XC 轴距离为20mm 的线时，需要绘制一根与XC 轴重合的
图1-16 平键模型 图1-17 联轴器回转草图
直线。方法是先绘制一根直线，然后设置该直线与XC 轴重合的约束。具体步骤是单击命令工具按钮，按状态条提示选择该直线与XC 轴，然后出现约束工
具面板
，单击
设置该直线
与XC 轴重合。因为该直线不参与旋转，因此将该直线设置外参考线。方法是单击命令工具按钮
，出现转换为参考
的对话框，选择该直线，按确定按钮，即将该直线转换为参考线。
2. 单击菜单“插入-〉设计特征-〉回转”
或者 单击工具按钮
，打开回转特征
对话框（如图1-18）。选择曲线链，然后依次选择草图1-17中的线段，参考线除外。
3. 下面的步骤和旋转轴零件一
样，当出现1-7所示的回转对话框时，选择轴和角度选项，旋转轴选为XC 轴，角度输入0和360。
4. 完成的联轴器模型如图1-19
所示。
三、建立孔特征
1、 在生成孔特征之前，先在
联轴器底面生成一参考圆，如图1-19虚线所示。参考圆用于将来确定孔的位置。 2、 单击
命令按钮或单击菜单“插入->设计特征->孔”，进入生成孔对话
框，如图1-20所示。在类型项选择要生成的孔类型为简单孔，在选择步骤项先选择放置面为联轴器底面为孔的放置面，第二步选择孔要通过的面或者输入孔的深度，因为本例的联轴器的孔为通孔，因此选择通过的面为孔
图1-18 回转对话框
图1-19 联轴器模型
要穿过的面。最后输入孔的
直径
等尺寸参数。方向为缺省方向，如需改变孔生成方向，单击反侧按钮。点击确定，进入孔定位对话框，如图1-21所示。
3、 在定位对话框中确定孔的位置，确定
位置选项有水平、竖直，平行、垂直、
点到点、点到线。先选择垂直，按状态栏提示选择X-Y 平面为目标对象，输入垂直距离为0，将圆心调整到X-Y 平面上，再选择点到点，按状态栏提示选择图1-19中的参考圆。出现孔中心点与所选择的参考圆的弧位置设置的对话框（1-21下图），选择相切点。完成孔的定位。 4、 完成的孔模型如图1-22所示。
四、阵列孔特征
1、 单击
命令按钮或单击菜单“插入->
关联复制->引用”，进入引用对话框，如图1-23所示。选择环形阵列。进入
图1-20 生成孔对话框 图1-21 孔定位对话框
图1-23 引用对话框
图1-22 孔模型
1-24所示的引用对话框，在对话中选择选择SIMPLE_HOLR 或者在图面上选择要阵列的孔，按确定按钮，进入1-25所示的引用参数设置对话框。 2、 在参数设置中，在阵列的数量以及阵列的角度文本框中分别输入5和72。 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、
13、 14、
按确定进入1-26所示的引用对话框，单击基准轴，选择基准轴中的XC 轴，确定完成孔特征的阵列，阵列后的模型如图1-26所示。
五、建立键槽特征
1、选择图1-26中的联轴器底面，草绘键槽拉伸截面。开始随便绘制一个大小的矩形，然后通过尺寸约束来确定矩形的位置和大小。最终的键槽截面尺寸如图1-27所示。在
给矩形添加几何尺寸约束时，需要添加一条中心参考线作为辅助尺寸线。 2、选择1-27作为要拉伸的草图，单击“插入->设计特征->拉伸”或单击拉伸工具按钮
，出现拉伸特征面板
，单击拉伸特征
面板中的第一个按钮-拉伸对话框按钮，进入拉伸特征对话框（图1-11）。单击方
图1-24 引用对话框 图1-25 引用对话框 图1-26 引用对话框 图1-26 阵列孔模型
底面
图1-27 键截面草图
向按钮，取缺省方向的相反方向。在布尔运算下拉框中选择求差项，用以切除原来实体。拉伸距离的起始和终了文本框中分别输入0和88。按确定完成键槽的切除拉伸。完成的键槽
模型如图
1-28所示。
4、保存文件。
六、建立倒角和圆角特征
图1-27 键槽截面草图图1-28 键槽模型
1、单击菜单“插入->细节特征->倒角”
或点击工具栏按钮，弹出倒角对话框。
选择单个偏置，然后选择1-28图中黑色箭
头所指的三条边。输入偏置值1，完成倒角
特征的创建。
2、单击菜单“插入>细节特征>边倒圆”
或者选择工具按钮，弹出边倒圆特征操
作面板
图1-29 生成孔对话框
，单击第一个按钮-边倒圆按钮，弹出边倒圆特征对话框。按照状态栏的提示选择图1-28中红色箭头所指的10条边，输入倒圆半径值2，完成对边倒圆的操作。完成的模型如图1-29所示。
3、保存文件。
1.3 实训2——机械零件实体模型的装配
1.3.1 问题描述
完成零件设计后，将设计的零件按照设计要求的约束条件或连接方式装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置。利用NX3.0提供的“组件”模块可实现模型的组装，在NX3.0系统中，模型装配的过程就是按照一定的约束条件或连接方式，选择合适的约束类型，将各零件组织成一个整体并能满足设计功能的过程。
要完成一个零件的完全约束，一般可能需要同时满足多个约束条件，NX3.0提供了十几种约束类型供用户选用，现将常用约束类型的意义简介如下：
匹配：使两平面或基准匹配，法线方向平行切指向相反方向。
对齐：使两平面或基准匹配，法线方向平行且指向方向（基准点互相对齐或使孔、弧的中心轴共线。
插入：使两个零件指定的旋转面共旋转中心线。
自动：默认的约束条件，系统会按照所选择的参照特征，自动选择合适的约束条件。
1.3.2 实训目的
熟悉并理解各种装备的约束类型；掌握零件装备的基本方法；掌握组建分解图的建立方法；能进行组建的装配间隙与干涉分析。
1.3.3 结果演示
图1-30 是将前面所建立的轴、键和联轴器装备在一起的装备模型图。
1.3.4 实训步骤 一、建立新文件
1、 新建文件有两种路径，一种是在零件建模环境下单击“应用->装配”或单击“装配”
命令按钮
，进入装配环境，如图1-31所示。原来的
零件自动成为装配体中的一个部件。在文件菜单中另存为shaftasm 。
2、 另一种是打开文件“新建”对话框，新建一个部件
shaftasm ，其后缀名仍然是“prt ”。然后单击 “应用->装配”或单击“装配”命令按钮，进入装配环境，
此时装配体中无零部件。
二、装载零件轴
图1-32 选择部件
图1-31 装配环境界面
菜单
装配工具按钮
轴部件
装配导航器
状态提示栏
1、
单击菜单“装配>组件>添加已存的”或单击菜单“装配>组件>新建”或者单击加入已存的组件命令安钮
，在弹出
的选择部件对话框中,可以选择已经载入的部件,也可以单击选择部件文件按钮,弹出打开文件对话框,找到要插入的部件单击确定,弹出1-33所示的添加已有部件对话框及组件预览框。预览框中可看到预备插入的部件的结构。在添加部件时存在几种方式的定位，一种是绝对定位，单击确定打开点构造器对话框，如图1-34所示。在点构造器对
话框中可以输入插入部件的安放点的坐标（待插入部件的坐标原点与该坐标点重合）。当然更多的时候不是输入具体的绝对坐标位置，而是按照缺省值插入，插入到装配体窗口中以后再对插入部件进行调整、移动和配对的操作。插入已存的部件的另一种定位方式是在添加已有部件对话框中（图1-33）选择配对，单击确定弹出配对条件对话框，如图1-37所示。其中给出了多种配对类型。分别有：配对、对齐、角度、平行、垂直、中心、距离、相切等。
2、
保存文件。
三、装配键
图1-33 添加已有部件对话框及组件预览框 图1-34 选择部件
1、单击菜单“装配>组件>添加已存的”或单击菜单“装配>组件>新建”或者单击加入
已存的组件命令安钮
，在弹出的选择部件对话框中,可以选择已经载入的部件,也可以单击选择部件文件按钮,弹出打开文件对话框,找到要插入的部件key 单击确定,弹出1-35所示的添加已有部件对话框及组件预览框。在预览框中可以对模型进行旋转移动等显示操作。在添加已有部件对话框
中，在引用集下拉框中选则整个部件，在定位下拉框中选择配对，层选择工作层。单击确定，
2、此时，装配体显示在主窗口中，待插入部件显示在组件预览窗口中。选择图1-37种配对类型中的第一个按钮--
“配对”，然后分别在主窗口与预
图1-35 插入键部件
图1-36 配对条件设置
图1-38 对齐条件设置
览窗口选择1-36所示的两个面，单击应用，
轴与键之间即加入了第一个约束条件，也就配对条件。结果如图1-38所示。
3、目前已经给平键加了一个约束，是平键底
面与轴上键槽底面的配对。继续单击图1-37
对话框中配对类型的第二个按钮--“对齐”按钮，分别选择主窗口中键槽的圆弧面和预览窗口中平键的一端圆弧面（如图1-38所示），
单击应用，即完成了轴与键的另一个约束—两个圆弧面的对齐。结果如图1-39所示。
4、现在，平键和轴之间有了两个约束，一个
是平键底面与轴上键槽底面的配对约束，一个是平键一端圆弧面与轴上键槽一端圆弧面的
对齐，有了这两个约束还不能完全定位平键，平键尚有一个自由度，还需要一个平键侧面与轴上键槽侧面的配对约束来完全定位平键。选择主窗口中的轴上键槽侧面和预览窗口中平
键侧面，如图1-39所示，单击应用，完成平
键与轴的配对约束。至此平键得到了完全定位，
完全装配后的结果如图
1-40所示。
5、装配后平键和轴之间具备了三个约束，如图1-40所示，点击其中任何一个约束，在右键下拉菜单中可以对其完成删除、转换的操作，同时在主窗口中显示该约束参与的面。
图1-37 配对条件设置对话框
图1-39 配对设置
图1-40装配后的模型
四、装配半连轴器
１．为了便于选择操作，将“键”零件模型进行隐藏。方法是在装配导航器中选中“键”零件，在右键菜单中单击隐藏或者在导航器中键（key）零件前的复选框取消，如图1-41所示。
２．如果待插入的联轴器是作为子装配体Key的一个部件，那么可以点击Key，在其右件下拉菜单中选择“使成为工作部件”的按钮。缺省状况下shaftasm是工作部件，插入的联轴器是作为shaftasm的一个部件。其等级和Key平行。
3．联轴器的装配可以和平键的装配过程
一样，在插入时定位方式选择“配对”插入，这样在给轴和联轴器加约束时，轴和联轴器分别在
主窗口
和预览
窗口中，
操作起
来比较
困难。
现在可
以选择
定位方式为“绝对的”，如图1-42
所示。单击菜单“装配>组件>添加
已存的”或单击菜单“装配>组件>
新建”或者单击添加已存的命令按
钮，在弹出的“打开”对话框图1-41 装配导航器
图1-42 添加部件
图1-43 插入联轴器部件
中选择 “clutch.prt ”模型文件，单击确定弹出1-41添加部件对话框，同时连轴器零件模型显示在预览模型窗口中。在引用集中选择全部部件，在定位方式中选择绝对的，在层选项中选择工作层，单击确定弹出1-34所示的在模型窗口总如何放置待插入部件的对话框，插入位置可暂时选择缺省的值。单击确定完成联轴器的插入，如图1-43所示。但此时的联轴器还需要重新添加约束，加以定位。
３．为了在给轴和联轴器添加“配对”、“对
齐”、“垂直”等约束条件时能方便的选择元件和组件的约束参考（即面、线等几何元素），可以在模型窗口中用鼠标选择联轴器或者在装配导航器中选择联轴器（图1-41），在右键弹出菜单中选择重定位或单击菜单“装配>组件>组件重定位”，弹出对话框1-44。选项按钮选中移动对象，然后在模型窗口中用鼠标左键单击“连轴器”并移动鼠标，当组件模型移动到合适位置时释放鼠标左键放置组件。定位后的联轴器如图1-45所示，被安置在轴上的“键槽”附近，方便将来添加约束时选择约束参考。
4．单击菜单“装
配>组件>配对组件”或单击组件配对的命令按钮
，弹出
1-37所示对话框，按照实际装配的顺序，先选择“对齐”按钮，然后在组件模
型和装配体模型上分别选取如图1-46所示的黑色箭头所指的圆柱曲面，单击应用完成第一个约束的添加。添加第一个对齐约束后的模型如图1-47所示。
图1-44 组件重定位
图1-45 重定位后的联轴器部件
图1-46 对齐约束参考的选取