SolidWorks 草圖、零件建模與方程式驅動設計

SolidWorks · Part Modeling

概述

SolidWorks 的零件建模為 「草圖 → 特徵」二階段結構。草圖一旦偏差，後續再高階的特徵也無法修復。

反之，在 約束妥善的草圖 之上，僅用 Extrude、Revolve、Sweep、Loft 等基本特徵就能完成多數機械零件的建模。

本文件整理草圖狀態管理、主要特徵指令，以及串連尺寸間關係式（Equation、Global Variable）把設計意圖（Design Intent）寫入檔案的方法。

1. 草圖狀態與色彩規則

草圖元素會依約束與尺寸狀態以不同顏色顯示。

在實務上，以藍色狀態收尾草圖等於埋了一顆「之後會爆的炸彈」。

色彩	意義	處置
藍色	Under Defined	追加約束或尺寸
黑色	Fully Defined	理想的收尾狀態
紅色	Over Defined	移除衝突的約束
粉紅	Not Solved	重新定義關係
黃色	Dangling	參考圖元遺失 — 重新附著或刪除
棕色	Invalid Solution	改選反向解（solution）

提示： 草圖 務必以黑色（Fully Defined）收尾。藍色草圖會在非預期狀況下被拖動，是 Rebuild 錯誤最常見的來源。

2. 幾何約束（Geometric Relations）

標準約束清單如下。

Horizontal / Vertical
Coincident（點-點、點-線一致）
Collinear（同直線）
Perpendicular / Parallel
Tangent（相切）
Concentric（同心）
Equal（長度、半徑相等）
Midpoint（中點）
Merge（點合併）
Symmetric（以中心線為基準對稱）
Fix（固定） — 盡量避免
Intersection / Coradial

提示： 約束先於尺寸 追加。約束充足後，尺寸數量自然會降到最少。

提示： 在 Display/Delete Relations 對話框將篩選切至 Dangling，即可 只列出參考已斷開的約束。是修整匯入草圖的必備工具。

注意： Fix 約束 等同把圖元釘在全域座標上，原點移動或特徵重排時容易崩壞。原則上應以 約束組合 定義位置來取代 Fix。

3. Smart Dimension 運用

以單一指令自動判定線性／角度／半徑／直徑。
兩點 → 線性、兩線 → 角度、單一圓 → 直徑尺寸。
於 Modify 對話框輸入 = 進入方程式模式 → 可參照 Global Variable 或其他尺寸。
拖曳數值旁的微調旋鈕會即時反映數值，便於驗證設計意圖。

提示： 若圖面需要 mm／inch 並列標示，請於 Tools → Options → Document Properties → Dimensions → Dual Dimensions 設定 Primary／Secondary 單位。

4. 草圖輔助工具

Sketch Picture：將 PDF 截圖或手繪置於平面上，再以 Auto Trace（Professional 以上）把外輪廓自動轉為草圖。
Convert Entities（建議快捷鍵 Ctrl+E）：將邊線、草圖投影到目前平面。自動附加 On Edge 約束。
Offset Entities（建議 Ctrl+Shift+O）：將圖元以一定距離偏移。提供雙向、反向、Cap ends 選項。
Sketch Contour：於單一草圖內個別選取多個封閉區域進行 Extrude — 但管理困難，不宜濫用。
3D Sketch：管路佈線、Weldment 路徑、線材路徑等必備。以 Tab 鍵切換 XY / YZ / ZX 平面。
Equation Driven Curve：支援 Explicit（y=f(x)）／Parametric（x=f(t), y=f(t)）。用於漸開線齒輪、擺線等方程式曲線。

注意： 若想解除 Convert Entities 所產生圖元的 On Edge 約束，請 只刪除約束，保留圖元本身。刪除圖元會使上游特徵失去參考。

5. Extrude / Revolve / Sweep / Loft

5.1 Extrude（拉伸）

Boss/Base 為加料、Cut 為減料。
End Condition：Blind / Through All / Up To Next / Up To Vertex、Surface、Body / Mid Plane / Offset From Surface。
相較於 Through All，Up To Next 更能精確傳達設計意圖。日後即使新增實體，也只會貫穿預期範圍。
Mid Plane 以草圖平面為基準雙向對稱拉伸。對稱形狀必備。

5.2 Revolve（旋轉）

旋轉軸 + 輪廓草圖。若輪廓跨越旋轉軸會產生自我貫穿錯誤。
One-Direction / Two-Direction / Mid-Plane。
將 中心線（Centerline） 與輪廓一同繪製，系統會自動辨識為軸。

5.3 Sweep（掃出）

輪廓 + 路徑（Path）。追加 Guide Curve 可額外控制路徑外的形狀變化。
利用 Twist 選項 建立螺紋、彈簧。
路徑草圖務必與 輪廓的中心點、端點建立 Pierce 約束。

5.4 Loft（疊層拉伸）

以 2 個以上的輪廓平滑連接。
支援 Guide Curves、Centerline、Start/End Constraints（Normal/Tangent）。
若輪廓的 頂點（Connector） 錯位會造成扭曲，請拖曳 Connector 使其對齊。

5.5 Boundary Boss/Base

Loft 的進階版本。以雙向曲線網格控制面，並可指定 Contact / Tangent / Curvature 連續性。
需要曲面性質的 Class-A 形狀時很實用 → 詳細曲面技巧: /cad-tips/solidworks/sheetmetal-weldments-surface

6. Fillet、Chamfer、Shell、Draft、Rib

6.1 Fillet

提供 Constant / Variable / Face / Full Round 四種模式。
先套用大圓角，再放小圓角。順序相反時，大圓角無法完整覆蓋小圓角。
在 Shell、Draft 之前套用 Fillet，才會形成自然的內側圓角。
濫用美觀用圓角 會拖垮圖形效能，且讓 Shell 失敗。

6.2 Chamfer

Distance-Distance / Distance-Angle / Vertex / Offset Face。
2019+ 版本的 Partial Chamfer 可僅於邊線部分區段倒角。

6.3 Shell

挖空內部形成 等厚度壁面。
利用 Multi-thickness 選項可對特定面指定不同厚度。
Cut-Extrude 須在 Shell 之後 套用，才會是真正的穿孔形狀。
當凸圓角半徑小於壁厚時 Shell 會失敗 → 加大 Fillet 半徑或以 Multi-thickness 另外處理。

6.4 Draft（拔模斜度）

射出、鑄造模具必備。Neutral Plane / Parting Line / Step Draft。
提供 DraftXpert 自動化工具。
建議順序為 Draft → Fillet。相反順序會讓邊緣變得不自然。

6.5 Rib

薄型補強肋。以開放草圖線段產生。
Linear / Natural 類型，可指定 Draft 角度與厚度方向。
肋的草圖外沿會自動延伸，因此不必刻意完全約束，僅定義位置約束會更簡潔。

7. Pattern / Mirror

類型	用途
Linear Pattern	單方向／雙方向、Up to Reference、Pattern Seed Only
Circular Pattern	以旋轉軸為基準，Equal Spacing / Instances to Skip
Mirror	以平面對稱複製。建議保留 Merge solids 勾選
Sketch Driven	以草圖點位置複製
Curve Driven	沿曲線等距
Table Driven	以 Excel 座標表為基礎
Fill Pattern	將指定區域以蜂巢或圓形排列填滿

提示： 勾選 Geometry Pattern 選項可略過特徵重算，僅複製實體。在 100 個以上的大量陣列中可快 10～20 倍。

8. 參考幾何與特殊特徵

Plane：偏移／角度／三點／垂直／相切等建立方式多元。
Axis：兩點／兩平面／圓柱面／點-平面垂直。
Point：弧中心、面中心、交點。
Coordinate System：Export／Import 的基準點。
Combine：多實體 Add／Subtract／Common。
Split：以平面、面分割實體後，用 Save Bodies 分成個別檔案。
Intersect：產生或移除實體、面的相交區域。
Wrap：將草圖 Emboss／Deboss／Scribe 到 3D 表面。用於 logo 或防滑紋路。
Thread：可選 Cosmetic Thread 或 Real Geometry Thread。若目的是圖面表達，Cosmetic 就已足夠。Real Geometry 耗用資源較大。

提示： 於 View → Hide/Show → Temporary Axes 啟用圓柱面自動軸後，即可直接作為圓形陣列的軸心使用。

9. Equation、Global Variable — 方程式驅動設計

9.1 Global Variable

在 Modify 對話框輸入 =變數名稱 → 點擊「Create Global Variable」按鈕。
之後在所有尺寸均可參照此變數。
變數名稱限用英數字與底線。建議使用有意義的名稱（HoleDiameter、PlateThickness）。

9.2 Equations 管理員

Tools → Equations，或於 FeatureManager 的 Equations 節點上按右鍵。由三個分頁組成。

Global Variables：變數定義
Features：特徵的 Suppression 條件
Equations：尺寸間的關係式

範例：

"D1@Sketch1" = "D2@Sketch1" * 2
"D1@Hole1" = "PlateThickness" * 1.5
"State@Rib1" = "PlateThickness" < 3 ? "Unsuppressed" : "Suppressed" — 在薄板自動啟用肋。

9.3 函式與單位

支援函式：sin、cos、tan、asin、acos、atan、sqrt、log、log10、exp、abs、int、sgn、if、min、max、floor、ceil、mod。

三角函式以 弧度為單位。角度轉換為 sin(45 * pi/180)。
支援 pi 常數。
單位換算須手動：inch → mm 為 * 25.4。

9.4 External Text File 連結

當多個零件共用相同尺寸時，可將 Global Variable 連結到外部 .txt 檔載入。

Tools → Equations → Link to External File。只要修改一個尺寸，所有連結的零件都會隨之更新。

提示： Custom Property 也能以 Equation 帶入。例如用 $PRP@Description = "Plate " & "PlateThickness" & "mm" 的格式自動產生零件說明。

10. 草圖與建模最佳實務

約束先行，尺寸在後。以最小約束為原則。
將至少 1～2 個點連結至原點（Coincident、Midpoint）。
複雜草圖請拆分為 多個單純草圖。
積極使用 中心線（Construction line） 以取得對稱與中心約束。
Fillet、Chamfer 以特徵而非草圖 處理。
建議依 大特徵 → 細節 → 標準特徵（Hole Wizard）→ Draft → Fillet → Shell → Cosmetic 順序組織樹狀。
將主要尺寸宣告為 Global Variable，改一處即可全案連動。

實務檢查清單

所有草圖為 Fully Defined（黑色）狀態
盡量減少 Fix 約束的使用
主要尺寸以 Global Variable 集中管理
Fillet 置於 Shell、Draft 之前
大圓角先、小圓角後
Convert Entities 產生的圖元不刪除，僅調整約束
Pattern 數量超過 100 時勾選 Geometry Pattern
Thread 依目的選擇 Cosmetic／Real Geometry
Equation 置於 FeatureManager 最上方以確保可視性