3.1 草图绘制基础知识概述

草图是由点、直线、圆弧等基本几何元素构成的封闭的或不封闭的几何形状。草图中包括形状、几何关系和尺寸标注方面的信息。草图分为二维和三维两种，大部分SOLIDWORKS的特征都是由二维草图绘制开始。下面概述下草图绘制的一些基本知识。

3.1.1 草图绘制流程

在SOLIDWORKS中，实体模型的建立都是从草图绘制起步的。SOLIDWORKS中的草图绘制极为方便，支持参数化，同时支持变量设计，从而可以通过几何关系和尺寸改变草图形状。为了发挥变量化的灵活性，在SOLIDWORKS中只需指出尺寸大致相当的图形，然后标注合适的尺寸，再添加几何约束就可以完成图形的精确设定。草图绘制的基本过程为：选择绘制草图的面→绘制图形→添加几何关系→标注尺寸→检査草图合法性→修复草图，如图3-1中①～⑥所示。如果模型简单或者读者操作熟练，常常会省去第⑤步和第⑥步。

绘制一个圆形的过程如下：

（1）新建文件。启动SOHDWORKS后，单击工具栏中的“新建”按钮或者按组合键Ctrl+N，在弹出的“新建SOLIDWORKS文件”对话框中选择“零件”，单击“确定”按钮完成新文件创建的操作。

（2）选择绘制草图基准面。SOLIDWORKS提供了1个初始的绘图参考体系，包括1个原点和3个坐标平面。对于新建的零件，可以利用3个基准平面中的任意一个作为草图绘制的参考平面。在建模过程中还有3种平面可以作为草图绘制基准平面：一是已有模型的平面；二是创建出的基准平面；三是拉伸出来的直线曲面。

在“草图”面板中单击“草图绘制”按钮，如图3-2中①②所示。系统会提示选择绘制草图基准平面，选择“前视基准面”后即进入草图绘制界面，如图3-2中③④所示。

（3）绘制草图几何形状。SOLIDWORKS提供了非常实用的草图实体绘制工具和草图实体编辑工具，这些命令集中于“草图”工具栏中，如图3-3所示。绘制时可以用“草图”工具栏中的工具绘制，也可以用面板栏中的“草图”工具绘制。

初始环境中的坐标原点在草图绘制环境下显示为红色，可作为草图绘制的原点。

单击“圆”按钮，如图3-4中①所示。SOLIDWORKS为草图绘制过程提供了许多智能化、直观的反馈信息。当鼠标在绘图区中移动时，鼠标指针变换形状，单击原点来确定圆心，随着鼠标的拖动，在鼠标指针旁边显示出圆形的半径尺寸，单击确定圆上一点的位置，如图3-4中②③所示。单击“确定”按钮。

单击工具栏中的“保存”按钮或者按组合键Ctrl+S，保存文件。

（4）结束草图绘制。草图绘制完毕后，结束草图绘制的方式如下。

● 单击“退出草图”按钮，如图3-5中①所示。

● 单击“选择”按钮或“重建模型”按钮，如图3-5中②③所示。

● 在绘图区任意位置右击，从弹出的快捷菜单中选择“退出草图”或“选择”按钮，如图3-5中④⑤所示。

● 单击绘图区域右上角的“草图确认区”，如图3-5中⑥所示。

● 可按Esc键。

● 选择菜单“插入”→“退出草图”命令。

3.1.2 草图的自由度

在机械类产品中，基本构架支撑运动部件，运动部件完成产品功能。运动和固定的主要知识基础是约束度和自由度。约束度与自由度是相对的概念，一个物体的约束度与自由度之和等于6。完全自由的空间物体有6个方向的自由度，即3个坐标方向的移动自由度和围绕3个坐标轴的旋转自由度。

通常在平面上绘制直线、矩形、圆弧等（可将这些对象称为草图实体）。平面上的草图实体只有3个自由度，即沿着X轴和Y轴的移动及图形可变的大小。图形具有的自由度与对图形所附加的控制条件有关，添加了控制条件的图形自由度会减少。通常在参数化软件中用以限制图形自由度的方法是标注尺寸和添加几何约束。

1．点的自由度

点包括平面上任意的草图点、线段端点、圆心点或图形的控制点等。坐标原点（坐标平面的共有点）是系统默认的固定点，如图3-6中①所示。其他没有限制的点可以沿水平方向和垂直方向任意移动，如图3-6中②所示。若要限制点的移动，可以添加水平约束或标注垂直方向的尺寸（点只能沿水平方向移动），如图3-6中③④所示。若同时标注垂直和水平方向的尺寸，则点被固定，自由度为0，如图3-6中⑤所示。

2．直线的自由度

没有任何限制的直线可以沿水平方向和垂直方向任意移动、旋转及沿长度方向伸缩，如图3-7中①所示。固定一个端点后，直线只能旋转和伸缩，如图3-7中②所示。若给定角度，直线只能伸缩，如图3-7中③所示。若给定长度，直线只能旋转，如图3-7中④所示。若给定长度和角度，直线被完全固定，自由度为0，如图3-7中⑤所示。若固定两端点，直线被完全固定，如图3-7中⑥所示。

3．圆的自由度

没有任何限制的圆可以沿水平方向和垂直方向任意移动，也可以任意调整圆的大小，如图3-8中①所示。添加直径后，圆只能任意移动圆心，如图3-8中②所示。确定圆心位置后，圆被完全固定，如图3-8中③所示。

3.1.3 草图实体

所有的草图都包含以下实体：

1．原点

为草图提供定位点，多数草图都始于原点。也可利用（镜像实体）工具、（旋转实体）工具等建立草图实体之间的相等和对称关系。

2．基准面

标准基准面包括“前视基准面”、“上视基准面”和“右视基准面”。其中，“前视基准面”为新零件第一个草图的默认基准面。用户可根据需要添加和定位基准面。

3．尺寸

尺寸用来定义零件的长度、半径等。当用户更改尺寸时，零件的大小和形状将随之发生改变。能否保持设计意图，取决于用户如何为零件标注尺寸。

保持设计意图的方法之一，就是在更改其他尺寸时，保持一个尺寸不变。

4．几何关系

用户可通过推理指针和“添加几何关系”工具在草图实体之间建立几何关系（相等、相切等），也可以选择一个或按住Ctrl键选择多个草图实体，在“添加几何关系”选项栏中选择几何关系。对于绘制好的草图形体，可以使用“显示/删除几何关系”工具对草图形体的几何关系进行查看或删除。

3.1.4 草图的状态

传统的参数化造型中的草图必须是完全定义的，即草图实体的平面位置和角度都必须完全确定。变量化技术解决了完全定义草图的难题。当然变量化技术并不是帮助人们自动地为草图添加尺寸和几何约束，而是将没有明确定义的草图尺寸作为变量存储起来，暂时以当前的绘制尺寸赋值，这样不会影响利用草图生成特征和其后的装配工作。SOLIDWORKS支持变量化设计，利用变量化设计可以有效地提高几何建模的速度，方便易用。绘制草图时，尽量将草图中的某点与固定不动的坐标原点重合，尽量将草图完全定义。

当草图处于激活状态时，在图形区域底部的状态栏中会显示出有关草图状态的帮助信息，如图3-9所示。

对状态栏中显示的信息介绍如下。

①绘制实体时显示鼠标指针显示位置的坐标。

②显示“过定义”、“欠定义”或“完全定义”等草图状态。

③如果在工作时草图网格线为关闭状态，则信息提示正处于草图绘制状态，例如，“在编辑 草图n”（n为草图绘制时的标号）。

总的来说，在绘制草图时，草图可能会处于以下几种状态，并通过不同的颜色表示其状态，如表3-1所示。

1．完全定义

显示为黑色，表示完整而正确地描述了尺寸和几何关系。完全定义的草图是无法随意改变基准位置的。在SOLIDWORKS中，形体之间的几何关系不仅可以在左边的属性管理器中显示，同时还可以通过不同蓝色标记在图形上直接显示，让操作者一目了然。如果想要去除某一形体的几何关系，只需要在图形区域中直接选择蓝色标记使其变红，然后按下Delete键，即可完成几何关系的删除操作。如果要取消几何关系标记的显示，单击菜单栏中的“视图”→“几何关系”命令，将该功能关闭即可。

2．欠定义

显示为蓝色，表示尺寸和几何关系未完全定义。在特征管理器设计树中，欠定义的草图名称前将有一个“-”标记。生成尺寸和几何关系组合以完全定义欠定义草图。

3．过定义

显示为红色，表示此几何体被过多的尺寸和（或）几何关系约束。若草图处于过定义标记，一般情况下系统都会给出警告提示。在特征管理器设计树中，过定义的草图名称前有一个“+”的标记

4．悬空

显示为褐色、虚线。当参照一个草图或实体的边线绘制完成一个新的草图或特征实体后，却将原有的参照实体删除，此时，系统将会通过褐色、虚线信息提示此草图或特征处于悬空状态，如图3-10所示。

5．项目冲突

显示为黄色，表示冗余尺寸或没必要的几何关系，如图3-11所示。

6．项目无法解出

在图形区域中以红色出现，表示几何体无法决定一个或多个草图实体的位置，如图3-12所示。

7．无效

显示为黄色，例如交错的样条曲线在SOLIDWORKS草图绘制中处于无效状态。要解除无效操作，必须删除某些几何关系或尺寸，或将草图实体返回到其先前状态。

8．从动

在图形区域中以灰色出现。表示冗余且不能修改的尺寸。当添加一个冗余尺寸时，我们可以在对话框中选择将此尺寸设为从动，然后单击确定。尺寸由红色（过定义）变成灰色。

3.1.5 草图选项

1．设置草图的系统选项

选择“工具”→“选项”菜单命令，弹出“系统选项”属性设置框。选择“草图”选项并进行设置，如图3-13所示，最后单击“确定”按钮。下面介绍“系统选项-草图”属性设置框中的选项。

●“在草图生成时垂直于草图基准面自动旋转视图”：无论何时在平面上打开一个草图时，将视图旋转到与草图基准面正交。

●“使用完全定义草图”：草图用来生成特征之前必须完全定义。

●“在零件/装配体草图中显示圆弧中心点”：圆弧中心点显示在草图中。

●“在零件/装配体草图中显示实体点”：草图实体的端点以实心原点的方式显示。该原点的颜色反映草图实体的状态（即黑色为“完全定义”，蓝色为“欠定义”，红色为“过定义”，绿色为“当前选定的草图”）。

●“提示关闭草图”：如果生成一个具有开环轮廓的草图进行后面的操作，而该草图可以用模型的边线封闭，则系统会弹出提示信息，询问“封闭草图至模型边线？”。可以选择用模型的边线封闭草图轮廓，并可以选择封闭草图的方向。

●“打开新零件时直接打开草图”：新零件窗口在前视基准面中打开，可以直接使用草图绘制图形区域和草图绘制工具。

●“尺寸随拖动/移动修改”：可以通过拖动草图实体或者在“移动”或“复制”属性设置框中移动实体以修改尺寸值，拖动完成后，尺寸会自动更新。

●“上色时显示基准面”：在上色模式下编辑草图时，基准面看起来似乎被上了颜色。

●“显示模拟交点”：在两个实体的模拟交点处生成一个草图点。

●“以3d在虚拟交点之间所测量的直线长度”：从虚拟交点处测量直线长度，而不是从三维草图中的端点开始测量。

●“激活样条曲线相切和曲率控标”：为相切和曲率显示样条曲线控标。

●“默认显示样条曲线控制多边形”：显示空间中用于操纵对象形状的一系列控制点，以操纵样条曲线的形状。

●“拖动时的幻影图像”：在拖动草图时显示草图实体原有位置的幻影图像。

●“显示曲率梳形图边界曲线”：显示或隐藏随曲率检查梳形图所用的边界曲线。

●“在生成实体时启用荧屏上数字输入”：在生成草图绘制实体时显示数字输入字段来指示大小。

●“过定义尺寸”选项组：可以设置以下两个选项。

“提示设定从动状态”：当一个过定义尺寸被添加到草图中时，会弹出属性设置框询问尺寸是否应为“从动”。

“默认为从动”：选择此选项，当一个过定义尺寸被添加到草图中时，尺寸默认为“从动”。

2．“草图设定”菜单

选择“工具”→“草图设定”菜单命令，弹出“草图设定”菜单栏，如图3-14所示。在此菜单栏中可以使用草图的各种设定。

●“自动添加几何关系”：在添加草图实体时建立几何关系。

●“自动求解”：在生成零件时自动计算求解草图的各种设定。

●“激活捕捉”：可以激活快速捕捉功能。

●“移动时不求解”：可以在不解出几何关系的情况下，在草图中移动草图实体。

●“独立拖动单一草图实体”：在拖动时可以从其他实体中独立拖动单一草图实体。

●“尺寸随拖动/移动修改”：拖动草图实体或者在“移动”或“复制”属性设置框中将其移动以覆盖尺寸。

3.1.6 草图对象的选择

选择是SOLIDWORKS默认的工作状态，草图环境也不例外。进入草图绘制环境后，“选择”按钮处于激活状态（呈按下状态），鼠标指针形状为，只有在选择其他命令后，“选择”按钮才被暂时关闭。

1．选择预览

当鼠标指针接近被选择的对象时，该选择对象改变颜色，说明鼠标已拾取到对象，这种功能称为选择预览。此时单击就可以选中对象，选中对象后对象会变为另一种颜色，说明此对象已被选中。当选择不同类型的对象时，鼠标指针就会显示出不同的形状。表3-2列出了草图实体对象类型与鼠标指针的对应关系。

2．选择多个操作对象

很多操作需要同时选择多个对象，可以采用以下两种选择方法。

（1）按住Ctrl键不放，依次选择多个草图实体。

（2）按住鼠标左键不放，拖曳出一个矩形，矩形所包围的草图实体都将被选中。

第一种方法的可控性较强，而第二种方法更为快捷。若要取消已经选择的对象，使其恢复到未选择状态，可以在按住Ctrl键的同时再次选择要取消的对象。

3．删除草图实体

删除草图实体方法如下：

（1）右击草图实体，从弹出的快捷菜单中选择“删除”命令，如图3-16中①②所示，结果如图3-16中③所示。

（2）选取实体，然后按Delete健，可直接删除。

（3）单击面板中的“剪裁实体”按钮，从弹出的“剪裁”属性管理器中选择最后一项“剪裁到最近端”，如图3-17中①②所示。选中要删除的实体，如图3-17中③所示，单击“确定”按钮，如图3-17中④所示，结果如图3-17中⑤所示。