闫旭辉

（临汾职业技术学院 机电系，山西 临汾 041000）

0 引言

在现代设计和制造已经广泛采用数字化三维技术的今天，仍然有很多企业还在使用二维CAD进行设计，并利用二维环境下绘制的工程图样保存零件的结构信息，这就需要根据工程图样对原有的零件进行数字化建模。利用二维工程图反求三维几何造型的过程是现代设计和制造的重要技术手段，它缩短了从设计到制造的周期，在机械、电装、消费品等设计领域已得到了广泛的应用。

SolidWorks三维设计软件，不仅为设计者提供了参数化和特征建模技术，还具有丰富的软件接口，而且具有在人工干预下将二维工程图转换为三维实体的功能。笔者通过对二维工程图（＊．dwg）反求三维模型实例的研究，对反求过程出现的问题进行分析，寻找解决问题的办法，总结出了一种较为实用和可行的方法。

1 反求准备工作

1．1 输入工程图

图1是在二维软件AtuoCAD中绘制的支架三视图，其文件名为zj．dwg。在SolidWorks软件环境下，选择“文件”→“打开”，在“打开”对话框中将文件类型改为“＊．dwg”，按照保存路径打开zj．dwg，在 “DXF／DWG输入”对话框中选择“输入到新零件”→在“工程图图层映射”对话框中输入此图纸为 ：model→在“文件设定”对话框中输入此图纸为 ：到2D草图。确定后，工程图被作为零件草图输入。

1．2 工程图→草图

将工程图中的三视图分别转成草图，转换主视图的具体操作方法为：用窗口选择法选中主视图后单击“2D到3D”工具栏中的“前视”（添加所选草图实体到3D零件的前视草图）图标。全部转成草图后，草图自动投影到未展开的投影空间中。

将各草图按照需要进行对齐操作：按住Ctrl键在要对齐的草图上选择一点或直线，在要与之对齐的另一草图中选择一点或直线，单击“2D到3D”工具栏中的“对齐草图”图标。支架三视图分别转换并对齐后的结果如图2所示。

图1 支架三视图

图2 对齐后的支架三视图

2 工程图中的线条分析

利用零件的工程图反求造型时分清图中线框的含义，并处理好图形信息是反求的关键。

2．1 线条分类

工程图中的线条反映零件的相应特征，其特征通常分为基本特征、辅助特征和基准特征3类。基本特征是零件的主要部分，具有独立特性，不受其他特征的影响；辅助特征依附于其他形状特征，如过渡圆角、倒角等；基准特征主要指基准轴线、基准面、对称线等，在工程图中通常以点画线形式出现。

2．2 特征分析

工程图中的视图是将物体向投影面投影所得的图形。从特征建模角度看，每一个封闭的线框代表一个特征运算实体，每一个复杂的零件都可以看作由多个简单的形状特征组成。支架按形体分析法可分解为6个基本体：即直立空心圆柱、底板、水平空心圆柱、耳板、肋板和底面空心圆柱。

根据三维建模的特点和视图形成的投影规律，该零件通过相应线条为形状特征的识别方法建模，即一个视图由线条组成多个封闭区域，各视图通过封闭区域间的对应关系识别特征的深度，相邻特征有“并”或“差”的逻辑关系，并由与其他视图的对应投影关系确定其“拉伸”或“切除”。

机械工程图是利用正投影法得到的，根据正投影特性可知，视图中的部分线条有重叠的图形信息存在，许多线条有多个特征共用。

2．3 取先原则

基本特征是建模确定方向和位置的依据，在零件上有许多辅助特征，使零件的投影变得复杂，所以建模应遵循基本特征线条框取先。不同建模顺序对建模的难易程度有一定影响，利用封闭的线条框进行造型时应遵循以下原则：

（1）特征视图取先。反映零件和零件某一部分结构特点的视图称为该零件或该部分的特征视图，按照从特征视图建模可省去许多不必要的麻烦。

（2）先大后小，先外后内。视图中有多个封闭线框，应以最大的、最外面的取先，这通常也是零件主要的实体特征。

（3）先实后虚。视图中的虚线代表不可见的部分，反映实体的内部或零件的背面位置，所以应先将实线部分进行特征建模，再对虚线部分进行分析后造型。

（4）其他处理。剖视图、断面图应在原来的二维绘图时将剖面线去掉。剖视是假想的剖切面，因此必须恢复其原形。半剖视图半剖处的轮廓线是非自行封闭的，因此可先将该结构的轮廓图形对称处理后再建模。回转体结构可以用旋转特征建模，断面图应用于断面形状较复杂的零件，可用扫描、放样等特征进行建模。

3 反求造型

3．1 利用草图直接建模

分别选中各草图进行拉伸或切除，可通过选择另一草图上的起始点及终止点确定其深度，即在特征树中选择“从→顶点（选项）”→在草图中选择起始点 ，在特征树中选择“方向1→成形到一顶点（选项）”→在草图中选择终止点。

3．2 “转换实体引用”到草图面上建模

对某一基本视图进行特征造型，在已建好的特征面上定义新的草图面，将对应到投影空间的草图“转换实体引用”至新的草图面上，而后进行特征造型。

4 支架造型的具体步骤

按照上述诸原则对对齐后的支架三视图进行造型，具体步骤如下：①对直立空心圆柱进行拉伸操作，在俯视图中对其轮廓与耳板的共用部分进行由虚到实的处理后并选择其轮廓，在主视或左视图中选点或直线作为拉伸起始、终止以确定其深度；②对底板进行拉伸操作，在俯视图中对其轮廓被水平空心圆柱遮住部分进行恢复后并选择其轮廓，在主视或左视图中选点或直线作为拉伸起始、终止以确定其深度；③对耳板进行拉伸操作，在俯视图中选择其轮廓，在主视图中选点或直线作为拉伸起始、终止以确定其深度；④对底面空心圆柱进行拉伸操作，在俯视图中对其轮廓进行由虚到实的处理并选择该轮廓，在主视图中选点或直线作为拉伸起始、终止以确定其深度；⑤对水平空心圆柱造型须分为拉伸和切除进行，拉伸时在主视图中选择大圆柱轮廓，在左视图或俯视图中选择起始点，终止选择成形到一面（直立空心圆柱外面），切除时在主视图中选择小圆柱轮廓，切除起始从曲面（直立空心圆柱内面），终止选择成形到一面（水平空心圆柱顶面）；⑥对肋板的造型可以用“筋”特征，也可以用拉伸，但是用“筋”操作较复杂，须建立新的基准面并转换实体引用，用拉伸操作较为简单，在主视图中选择肋板轮廓，在左视图中选择其拉伸起始及终止即可完成。完成后的支架造型如图3所示。

图3 支架造型

5 结论

二维工程图反求三维造型，与新建一个三维模型相比，省去了绘制草图的步骤，同时各特征之间的相对位置在对齐草图中已经对齐，可以直接“转换实体引用”到已构建的模型上，省去了寻找特征之间位置关系的步骤。将人工读图思维方式的形体分析法引入软件建模中，以视图中封闭线框为形状特征的识别和建模方法，为二维转三维软件功能的充分利用奠定了理论基础。在具体的操作过程中，对线条的取先原则和对剖视图等建模方法的总结，有利于顺利完成三维建模。

利用先进的三维技术解决工程领域亟待解决的实际问题，并以理论研究成果为基础来拓展、延伸这一先进技术，这是一项在生产实践中非常有实际意义的工作。

［1］ 赵罘，杨晓晋，张云杰．SolidWorks基础设计教程［M］．北京：清华大学出版社，2008．

［2］ 吴连连．反求工程技术的研究及应用［J］．装备制造技术，2012（1）：137－139．