SolidWorks 草图·零件建模·基于方程的设计

SolidWorks · Part Modeling

概述

SolidWorks 的零件建模采用 "草图 → 特征" 两阶段结构。若草图出错，任何高级特征都无法修复。

反之，在 约束齐全的草图 之上，仅凭 Extrude、Revolve、Sweep、Loft 等基本特征即可建模大多数机械零件。

本文档整理草图状态管理、主要特征命令，以及通过尺寸间关系式（Equation、Global Variable）将设计意图（Design Intent）写入文件的方法。

1. 草图状态与颜色规则

草图要素会根据约束·尺寸状态以不同颜色显示。

实务中 以蓝色状态结束草图等于埋下"将来引爆的炸弹"。

颜色	含义	处理
蓝色	Under Defined	追加约束·尺寸
黑色	Fully Defined	理想的结束状态
红色	Over Defined	移除冲突约束
粉色	Not Solved	重新定义关系
黄色	Dangling	参考实体丢失 —— 重新附着或删除
棕色	Invalid Solution	选择反向解（solution）

提示： 草图 务必以黑色（Fully Defined）结束。蓝色草图会被意外拖动，是 重建错误最常见的原因。

2. 几何约束（Geometric Relations）

标准约束清单如下。

Horizontal / Vertical
Coincident（点-点、点-线重合）
Collinear（共线）
Perpendicular / Parallel
Tangent（相切）
Concentric（同心）
Equal（长度·半径相等）
Midpoint（中点）
Merge（点合并）
Symmetric（基于中心线对称）
Fix（固定） —— 应尽量避免
Intersection / Coradial

提示： 先加约束，后加尺寸。约束充分时，尺寸数量自然会最小化。

提示： 在 Display/Delete Relations 对话框中将过滤器设为 Dangling，可 仅筛选出参考已断开的约束。导入草图修复的必备工具。

注意： Fix 约束相当于 在全局坐标上钉钉子，原点移动或特征重排时容易破裂。应使用 约束组合 定义位置，而非 Fix，这是原则。

3. Smart Dimension 应用

单一命令自动判别线性/角度/半径/直径。
两点 → 线性、两线 → 角度、单个圆 → 直径尺寸。
Modify 对话框中输入 = 进入公式模式 → 可引用全局变量·其他尺寸。
拖动数字旁的微调框时数值实时反映，便于验证设计意图。

提示： 若图纸需要并列 mm/inch，可在 Tools → Options → Document Properties → Dimensions → Dual Dimensions 中设置 Primary/Secondary 单位。

4. 草图辅助工具

Sketch Picture：将图纸 PDF 截图·手绘放置到平面后，通过 Auto Trace（Professional 及以上）自动将外轮廓草图化。
Convert Entities（推荐快捷键 Ctrl+E）：将边·草图投影到当前平面。自动附加 On Edge 约束。
Offset Entities（推荐 Ctrl+Shift+O）：将实体偏移一定距离。支持双向·反向·Cap ends 选项。
Sketch Contour：在一个草图中单独选择多个封闭区域进行 Extrude —— 但管理困难，切勿滥用。
3D Sketch：管路布线·Weldment 路径·线缆路径等必需。Tab 键循环 XY/YZ/ZX 平面。
Equation Driven Curve：支持 Explicit（y=f(x)）/ Parametric（x=f(t)、y=f(t)）。渐开线齿轮·摆线等公式曲线。

注意： 若想解除 Convert Entities 生成实体的 On Edge 约束，应 仅删除约束，实体本身保留。删除实体会使上游特征丢失参考。

5. Extrude / Revolve / Sweep / Loft

5.1 Extrude（拉伸）

Boss/Base 为添加实体，Cut 为移除。
End Condition：Blind / Through All / Up To Next / Up To Vertex·Surface·Body / Mid Plane / Offset From Surface。
Up To Next 比 Through All 更准确地传达设计意图。即使后续新增实体，也只贯穿预期范围。
Mid Plane 以草图平面为基准双向对称拉伸。对称形状必备。

5.2 Revolve（旋转）

旋转轴 + 轮廓草图。轮廓穿过轴时会出现自相交错误。
One-Direction / Two-Direction / Mid-Plane。
若与轮廓一起绘制 Centerline（中心线），轴会被自动识别。

5.3 Sweep（扫描）

轮廓 + 路径（Path）。添加 Guide Curve 可实现路径外变形。
使用 Twist 选项可 生成螺纹·弹簧。
路径草图必须对 轮廓的中心·端点施加 Pierce 约束。

5.4 Loft（放样）

将 2 个以上轮廓光滑连接。
支持 Guide Curves、Centerline、Start/End Constraints（Normal/Tangent）。
轮廓的 顶点（Connector） 错位会产生扭曲，应拖动连接器对齐。

5.5 Boundary Boss/Base

Loft 的高级版。以双向曲线网控制面，可指定 Contact / Tangent / Curvature 连续性。
需要曲面性质的 Class-A 形状时有用 → 详细曲面技法：/cad-tips/solidworks/sheetmetal-weldments-surface

6. Fillet · Chamfer · Shell · Draft · Rib

6.1 Fillet

Constant / Variable / Face / Full Round 四种模式。
先应用大圆角，再添加小圆角。反之大圆角无法完整覆盖小圆角。
在 Shell·Draft 之前应用 Fillet，才能形成自然的内圆角。
滥用装饰圆角 会降低图形性能并导致 Shell 失败。

6.2 Chamfer

Distance-Distance / Distance-Angle / Vertex / Offset Face。
2019+ 版本的 Partial Chamfer 可对边的部分区间倒角。

6.3 Shell

抽空内部形成 均匀厚度的壁。
通过 Multi-thickness 选项可对特定面指定不同厚度。
Cut-Extrude 应在 Shell 之后应用 才能形成实际孔形。
凸圆角半径小于壁厚时 Shell 会失败 → 加大 Fillet 半径或用 Multi-thickness 例外处理。

6.4 Draft（拔模斜度）

注塑·铸造模具必备。Neutral Plane / Parting Line / Step Draft。
提供 DraftXpert 自动工具。
推荐 Draft → Fillet 顺序。反向顺序会使边缘不自然。

6.5 Rib

薄加强筋。以开放草图线段生成。
Linear / Natural 类型，可指定 Draft 角度·厚度方向。
筋草图外延自动延伸，因此不必完全约束，仅定义位置约束更简洁。

7. Pattern / Mirror

类型	用途
Linear Pattern	单向/双向、Up to Reference、Pattern Seed Only
Circular Pattern	基于旋转轴，Equal Spacing / Instances to Skip
Mirror	基于平面的对称复制。建议保持勾选 Merge solids
Sketch Driven	在草图点位置复制
Curve Driven	沿曲线等间距
Table Driven	基于 Excel 坐标表
Fill Pattern	以蜂窝/圆形阵列填充指定区域

提示： 勾选 Geometry Pattern 选项时会跳过特征重算、仅复制实体。在 100 个以上大量阵列下快 10~20 倍。

8. 参考几何·特殊特征

Plane：偏移/角度/三点/垂直/相切生成法多样。
Axis：两点/两平面/圆柱面/点-平面垂直。
Point：圆弧中心、面中心、交点。
Coordinate System：Export/Import 基准点。
Combine：多实体 Add/Subtract/Common。
Split：以平面·面分割实体后通过 Save Bodies 拆分文件。
Intersect：生成/移除实体·面的交集区域。
Wrap：将草图 Emboss/Deboss/Scribe 到 3D 表面。用于 logo·握持纹。
Thread：Cosmetic Thread 与 Real Geometry Thread 可选。若以图纸表达为目的，Cosmetic 即已足够。Real Geometry 资源消耗较大。

提示： 通过 View → Hide/Show → Temporary Axes 开启圆柱面自动轴，可直接用作圆周阵列轴。

9. Equation · Global Variable —— 基于方程的设计

9.1 Global Variable

在 Modify 对话框中输入 =变量名 → 点击 "Create Global Variable" 按钮。
之后所有尺寸均可引用该变量。
变量名仅限英文/数字/下划线。建议使用有意义的名称（HoleDiameter、PlateThickness）。

9.2 Equations 管理器

Tools → Equations 或在 FeatureManager 的 Equations 节点上右键。由三个选项卡组成。

Global Variables：变量定义
Features：特征 Suppression 条件
Equations：尺寸间关系式

示例：

"D1@Sketch1" = "D2@Sketch1" * 2
"D1@Hole1" = "PlateThickness" * 1.5
"State@Rib1" = "PlateThickness" < 3 ? "Unsuppressed" : "Suppressed" —— 薄板时自动启用筋。

9.3 函数与单位

支持的函数：sin、cos、tan、asin、acos、atan、sqrt、log、log10、exp、abs、int、sgn、if、min、max、floor、ceil、mod。

三角函数使用 弧度单位。度转换为 sin(45 * pi/180)。
支持 pi 常量。
单位转换需手动：英寸→mm 为 * 25.4。

9.4 External Text File 链接

多个零件共享相同尺寸时，可将 Global Variable 链接到外部 .txt 文件读取。

Tools → Equations → Link to External File。修改一处尺寸即可反映到所有链接的零件。

提示： Custom Property 也可通过 Equation 填充。例如：以 $PRP@Description = "Plate " & "PlateThickness" & "mm" 形式自动生成零件描述。

10. 草图·建模最佳实践

先约束，后尺寸。最小约束原则。
与原点连接至少 1~2 个点（Coincident、Midpoint）。
复杂草图应 拆分为多个简单草图。
积极使用 中心线（Construction line），确保对称·中心约束。
Fillet·Chamfer 不在草图中、而用特征 处理。
按 大特征 → 细节 → 标准特征（Hole Wizard）→ Draft → Fillet → Shell → Cosmetic 顺序组织树。
将主要尺寸声明为 Global Variable → 一处修改即可整体变更。

实务检查清单

所有草图均为 Fully Defined（黑色）状态
最小化使用 Fix 约束
使用 Global Variable 集中管理主要尺寸
Fillet 布置在 Shell·Draft 之前
先大圆角 → 后小圆角
Convert Entities 实体不要删除，仅调整约束
Pattern 数量 100 个以上时勾选 Geometry Pattern 选项
Thread 根据目的选择 Cosmetic/Real Geometry
将 Equation 置于 FeatureManager 最顶端以确保可见性