基于CAXA制造工程師的草圖與空間線應(yīng)用分析

趙大民

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110036）

0 引言

CAXA制造工程師是北航海爾軟件有限公司研制開發(fā)的全中文、面向數(shù)控銑床和加工中心的三維CAD／CAM軟件，具有方便、豐富的造型手段，能進行各種復(fù)雜零件的銑削加工編程，生成任何CNC系統(tǒng)的加工代碼（俗稱G代碼），并能進行仿真檢驗和修改，此外，還可輸出相關(guān)工藝文件。造型是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，草圖與空間線的熟練運用是造型的前提，筆者結(jié)合多年應(yīng)用CAXA制造工程師的經(jīng)驗，詳細分析草圖與空間線的應(yīng)用，希望能幫助初學(xué)者快速地掌握CAXA制造工程師。

1 草圖與空間線的區(qū)別

CAXA制造工程師常用的造型方式包括實體特征造型、曲面造型和曲面實體復(fù)合造型。在這3種造型過程中，有的地方需要畫空間線，有的地方需要畫草圖線，初學(xué)者特別容易將草圖線和空間線混淆。其實，進入草圖環(huán)境后畫的圖就是草圖，退出草圖環(huán)境畫的圖就是空間線，它們的繪制方法一樣，只是環(huán)境不同，用途不同。

草圖必須在一個基準平面上畫，所以，草圖狀態(tài)下不允許切換到其他工作平面，而空間線的繪制不需要依賴一個平面，可以在三維空間任意繪制。一般情況下進行曲面造型時，由于各線條不能都在同一平面上，因此曲面的繪制就要在空間線狀態(tài)下畫，進而在進行曲面加厚增料、曲面加厚除料、曲面裁剪除料這些特征操作時，也要在空間線狀態(tài)下畫出曲面之后，才可以進行增料、除料、裁剪等操作。但在進行實體特征造型、曲面實體復(fù)合造型時，就要有時用到草圖，有時用到空間線，要用草圖經(jīng)拉伸增料或除料、旋轉(zhuǎn)增料或除料等方式形成特征，但在旋轉(zhuǎn)增料或除料時，旋轉(zhuǎn)軸是空間線，就要退出草圖狀態(tài)，在空間狀態(tài)下繪制旋轉(zhuǎn)軸，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸位置的不同用F9進行空間變換，而草圖環(huán)境下是不允許進行空間變換的。

2 草圖的繪制

草圖是實體生成所依賴的曲線組合，也稱輪廓，是為生成實體而準備的一個封閉的平面曲線，是創(chuàng)建三維實體的基礎(chǔ)。

2．1 進入草圖狀態(tài)

要想繪制草圖，就應(yīng)先進入草圖繪制狀態(tài)。而確定基準平面是進入草圖的第一步，基準平面是草圖和實體賴以生存的平面，其作用是確定草圖在哪個基準面上繪制，草圖中的所有圖線都存在于基準平面上［1］。基準面可以是特征樹中已有的坐標(biāo)平面，即系統(tǒng)預(yù)制的平面XY、YZ、XZ，也可以是根據(jù)需要構(gòu)造出的平面，還可以是已經(jīng)生成的實體中的某個平面。

進入草圖的方法有兩種：①直接用右鍵單擊選擇的平面，系統(tǒng)會直接彈出即時菜單，可以直接選擇“創(chuàng)建草圖”命令，如圖1所示；②用左鍵單擊特征樹，選擇平面，再用左鍵單擊繪制草圖按鈕，進入草圖狀態(tài)，如圖2所示。更方便的是直接按鍵盤上的功能鍵F2，也可進入草圖狀態(tài)。

圖1 創(chuàng)建草圖方法1

在草圖狀態(tài)下無法存盤，存盤需要先退出草圖狀態(tài)。退出草圖狀態(tài)，直接按草圖器按鈕即可，或再次按功能鍵F2，但這樣不容易區(qū)分當(dāng)前狀態(tài)是草圖狀態(tài)還是空間線狀態(tài)，最好就是草圖器按鈕在按下去時就是草圖狀態(tài)，在彈出來時就是空間線狀態(tài)。

圖2 創(chuàng)建草圖方法2

2．2 繪制草圖

一個零件是由多個特征疊加而成，因此，當(dāng)繪制草圖的時候也要根據(jù)特征來進行分解。在繪制一個特征的草圖時，有幾種方法：①在草圖狀態(tài)下，直接按照標(biāo)準尺寸精確作圖，就象畫普通的空間線一樣，因為在草圖狀態(tài)下，所畫的圖形即為草圖；②利用草圖的參數(shù)化功能進行參數(shù)化設(shè)計，就是在草圖環(huán)境下，先任意繪制曲線，不考慮坐標(biāo)和尺寸的約束，然后對所畫的草圖標(biāo)注尺寸，讓草圖隨著尺寸數(shù)值的變化而變化，直到完成需要的精確圖形。

利用草圖參數(shù)化功能，一定要滿足圖形的各種約束條件，即應(yīng)保證連續(xù)、平行、相切、垂直等幾何關(guān)系不變，只對某一尺寸進行修改。參數(shù)化功能只適用于草圖，在非草圖狀態(tài)下，不能標(biāo)注尺寸，也不能驅(qū)動尺寸。因此空間線的繪制不能用參數(shù)化功能。

利用草圖驅(qū)動方式繪制曲線，其優(yōu)點是可以自由修改尺寸，缺點是速度慢。而直接繪制指定尺寸曲線，盡管修改起來沒有草圖驅(qū)動快，但是效率高，是常采用的方法。

2．3 草圖與空間線的轉(zhuǎn)換

初學(xué)者對草圖及空間線理解不夠，往往急于畫出圖形、生成實體，當(dāng)畫完圖后，常會發(fā)現(xiàn)由于沒有進入草圖繪制狀態(tài)，所畫的是空間線，有時即使是操作很熟練的人員，也常發(fā)生這種情況，如果重新畫草圖會非常麻煩，這時可以利用曲線投影功能進行補救。就像畫草圖時一樣，先選擇投影平面，即草圖平面，單擊“繪制草圖”按鈕，進入草圖狀態(tài)，再單擊“曲線投影”按鈕，拾取所需曲線，即可將相應(yīng)的圖素投影至草圖平面形成草圖。利用“曲線投影”功能，可以將選中的空間曲線、實體上的邊、曲面的邊等投影成草圖曲線，這也是草圖繪制的第三種方法。曲線投影功能只能在草圖狀態(tài)下使用。

2．4 草圖的讀入

除了在制造工程師草圖環(huán)境下繪制草圖外，還可以在CAXA電子圖板中繪制好二維圖形，然后通過“讀入草圖”命令輸入到制造工程師中。首先在CAXA電子圖板中繪制好二維圖形；然后選擇圖板中“文件”菜單中的“數(shù)據(jù)接口”中的“輸出視圖”命令，依照提示系統(tǒng)將草圖暫存在系統(tǒng)內(nèi)存中；最后進入制造工程師中并進入草圖繪制狀態(tài)，單擊“文件”菜單中的“讀入草圖”命令，輸入定位后，草圖將被輸入到制造工程師中。

2．5 草圖的編輯

在畫圖時，經(jīng)常會遇到一些不需要的線條卻刪除不掉，這時就要檢查該線條是草圖還是空間線，因為在草圖環(huán)境中是不能刪除空間線的，在空間線狀態(tài)下也不能刪除草圖，草圖的編輯與刪除要在草圖狀態(tài)下進行，而空間線的編輯與刪除要在非草圖狀態(tài)下進行。

退出草圖狀態(tài)后如果還想修改某基準平面上已有的草圖，則只需在特征樹中選取這一草圖，按下繪制草圖按鈕或?qū)⒐鈽?biāo)移到特征樹的草圖上，按鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇編輯草圖，進入草圖狀態(tài)。草圖只有處于打開狀態(tài)時才可以被編輯和修改。

3 草圖曲線的閉合檢查

草圖必須是一個首尾相接的無重疊的封閉輪廓，只有這樣的輪廓才能生成實體。對于所繪草圖曲線是否閉合的問題，可以用“草圖環(huán)檢查”功能進行檢查，當(dāng)草圖封閉時，系統(tǒng)提示“草圖不存在開口環(huán)”；當(dāng)草圖不封閉時，系統(tǒng)就提示“草圖在標(biāo)記處為開口狀態(tài)”，并在開口處用紅色的點標(biāo)記出來，這時，就需要修改草圖，直到其完全閉合。修改時可能會發(fā)現(xiàn)不閉合的原因多數(shù)是在紅色標(biāo)記處出現(xiàn)了開口、交叉、分叉等幾種情況，如圖3所示。如果是開口，可以用曲線延伸功能進行延伸，再用曲線裁剪功能剪去多余的線段；如果是交叉、分叉，則用曲線裁剪功能剪去多余的線段。此外，還可以用曲線過渡中的尖角過渡功能，對相鄰曲線進行尖角過渡，這些辦法都可以解決開口、交叉、分叉等問題。

圖3 草圖曲線不閉合示例

在用草圖環(huán)檢查功能進行草圖檢查時，還會出現(xiàn)在紅色標(biāo)記處并沒有發(fā)現(xiàn)開口、交叉、分叉等情況，或者將上述情況解決之后，草圖還是不封閉，并且紅色標(biāo)記還經(jīng)常變動位置，此時最有可能是草圖輪廓中多條曲線重疊在一起，而我們在畫面上又無法直接觀察到。這時，可以將需要的草圖曲線隱藏，不需要的重復(fù)曲線就會顯示出來，再將多余的草圖曲線刪除即可解決多線問題。

4 草圖曲線不閉合情況分析

在進行特征操作時，多數(shù)情況下草圖曲線應(yīng)閉合，但也有特殊情況，草圖曲線可以不閉合：①生成筋板時，草圖曲線可以是單條線，也可以是由多條線組成的不閉合曲線，這時草圖曲線不能閉合，才能生成筋板，否則就不能用“筋板”功能生成筋板，只能用拉伸增料的辦法生成筋板；②在輸出視圖的操作中，除了局部剖切時剖切線是一個單環(huán)的封閉草圖外，階梯剖、旋轉(zhuǎn)剖的剖切線都是草圖，但可以不封閉；③用草圖分模功能時，草圖也必須為非封閉圖形，且模具必須位于草圖的基準面一側(cè)，而且草圖的起始位置必須位于模具投影到草圖基面的投影視圖的外部。

5 結(jié)束語

特征設(shè)計是制造工程師的重要組成部分，深入理解草圖與空間線的概念及繪制、編輯方式，可以快速進行特征造型與設(shè)計，進而進行軌跡生成、仿真檢驗、數(shù)控加工代碼生成等操作，使產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)更加簡化、精良。

［1］ 彭志強，劉爽，杜文杰．CAXA制造工程師2006實用教程［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

［2］ 趙大民．CAXA制造工程師實際使用技巧［J］．職業(yè)技術(shù)教育研究，2006（5）：65－66．

［3］ 李德榮，吳敬權(quán)．CAXA制造工程師實體特征造型的經(jīng)驗與技巧［J］．機械研究與應(yīng)用，2008（4）：102－103．

［4］ 陳志祥．CAXA制造工程師應(yīng)用中的幾個疑點探析［J］．CAD／CAM 與制造業(yè)信息化，2004（6）：94－96．