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Solidworks基礎(chǔ)命令之掃描
基本概念
掃描的三要素
掃描有三要素，輪廓、路徑和引導(dǎo)線。輪廓和路徑是必須的，引導(dǎo)線是選用的。
輪廓是“模板”，是在一個(gè)草圖平面上的開(kāi)口或閉口的實(shí)線（不是構(gòu)造線），掃描過(guò)程中的截面形狀由此“模板”決定，開(kāi)口的輪廓只能用于曲面掃描，只有閉合的輪廓線才能用于實(shí)體的掃描特征。
路徑是“驅(qū)動(dòng)器”和“軌道”，路徑驅(qū)動(dòng)輪廓草圖上一個(gè)特定的點(diǎn)在掃描過(guò)程中的沿著指定的軌道移動(dòng)，這個(gè)點(diǎn)就是路徑與草圖平面的交點(diǎn)。（注意路徑不一定是輪廓線的掃描路線。）由此可見(jiàn)路徑必須與輪廓草圖相交（不一定垂直），開(kāi)口路徑的起點(diǎn)必須在輪廓草圖平面上。
引導(dǎo)線是“控制器”，它強(qiáng)制草圖平面上的一個(gè)特定的點(diǎn)在掃描過(guò)程中沿著引導(dǎo)線移動(dòng)，直接或間接地控制著草圖輪廓線在掃描過(guò)程中形狀和位置的變化（即我說(shuō)過(guò)的百變心法和挪移心法）。
輪廓草圖平面在掃描過(guò)程中不斷的改變著位置，路徑和引導(dǎo)線在掃描過(guò)程中始終保持在原有位置上不動(dòng)。
輪廓草圖平面的位置變化
在掃描過(guò)程中，輪廓草圖平面的位置在不斷的變化，以使用最多的《隨路徑變化》的《方向/扭轉(zhuǎn)類(lèi)型》為例，其變化的規(guī)則是：
1、掃描前路徑與輪廓草圖平面的交點(diǎn)在整個(gè)掃描過(guò)程中始終在路徑上；
2、輪廓草圖平面與路徑切線方向的相對(duì)位置在掃描過(guò)程中沒(méi)有變化（這句話可能比較抽象，只能在后面的例子中去體會(huì)）。
輪廓形狀和位置的變化
在掃描過(guò)程中，輪廓在輪廓草圖平面中的形狀和位置可以不變，這是普通的掃描，此時(shí)也不需設(shè)置引導(dǎo)線。對(duì)于復(fù)雜的掃描，我們希望輪廓的形狀或位置能夠變化，這就必須引入引導(dǎo)線。引導(dǎo)線控制掃描的原理如下：
1、應(yīng)保證在掃描過(guò)程中引導(dǎo)線與輪廓草圖平面始終有交點(diǎn)；
2、輪廓草圖平面上由一個(gè)點(diǎn)（草圖上的點(diǎn)實(shí)體或其它實(shí)體中的特定點(diǎn)）與引導(dǎo)線有一個(gè)《穿透點(diǎn)》的約束關(guān)系，以保證在掃描過(guò)程中草圖上的該點(diǎn)能始終在引導(dǎo)線上；
3、在掃描過(guò)程中，按引導(dǎo)線的形狀和位置使上述的點(diǎn)在輪廓草圖平面中的位置產(chǎn)生變化，通過(guò)該點(diǎn)與草圖輪廓之間的直接或間接的約束關(guān)系（必要時(shí)應(yīng)建立輔助的構(gòu)造線），使草圖輪廓的形狀或位置得到改變。
我們可以想象這樣一種情景。草圖平面上的一部分實(shí)體（或?qū)嶓w上的點(diǎn)）因與草圖平面基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)點(diǎn)的直接或間接的約束，忠實(shí)地跟隨著草圖運(yùn)動(dòng)；而另一部分實(shí)體（或?qū)嶓w上的點(diǎn)）因與穿透點(diǎn)直接或間接的約束，隨著穿透點(diǎn)位置的變化而變化。這張變化著的草圖就是心法的靈魂和奧秘。
如果一條引導(dǎo)線不夠，我們可以使用兩條、三條……
例一 變徑變距彈簧
普通彈簧只要一個(gè)圓形輪廓的草圖和一個(gè)螺旋掃描線，對(duì)于變徑變距彈簧就必須引入引導(dǎo)線，這根引導(dǎo)線目前取作在上視基準(zhǔn)面上的一個(gè)圓。為了達(dá)到控制的目的，在輪廓草圖平面上增加了一些控制線。（見(jiàn)下圖）
在草圖中被鼠標(biāo)拖動(dòng)的是將來(lái)的穿透點(diǎn)，可以看出當(dāng)該點(diǎn)向下移動(dòng)時(shí)（相當(dāng)于草圖平面在路徑的驅(qū)動(dòng)下向上移動(dòng)，而穿透點(diǎn)停留在上視平面）圓形輪廓也跟著同時(shí)在水平和垂直方向移動(dòng)。水平移動(dòng)是由左邊的一根樣條曲線控制，其決定了掃描時(shí)的直徑變化，樣條曲線上移動(dòng)著的一個(gè)點(diǎn)設(shè)置有與穿透點(diǎn)的水平約束和與輪廓圓心的豎直約束。垂直移動(dòng)是由右邊一根樣條曲線控制，其決定了掃描時(shí)螺距的變化，沿著樣條曲線移動(dòng)的一條水平短線的右端與曲線重合左端與坐標(biāo)原點(diǎn)豎直，并且該線段與穿透點(diǎn)重合，與輪廓中心到輪廓平面橫坐標(biāo)的距離等長(zhǎng)，右面一條曲線的斜率與螺距的增量相對(duì)應(yīng)。最后設(shè)置穿透約束，變形變距彈簧就完成了。我們還可以改變樣條曲線的形狀，彈簧的形狀也就隨著改變。
注意：
1、我們看到輪廓沒(méi)有嚴(yán)格按路徑運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)路徑有時(shí)候只是一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。
2、穿透點(diǎn)約束在編輯掃描特征前最后設(shè)置，該約束未設(shè)置前穿透該點(diǎn)不要布置在有任何特殊關(guān)系的位置，以免無(wú)意中引入不必要的約束。
3、輪廓草圖上的所有實(shí)體，因分別與草圖基準(zhǔn)和穿透點(diǎn)建立關(guān)系，切不可過(guò)約束，在一般性況下也盡可能不要欠約束，以免在掃描過(guò)程中發(fā)生不可預(yù)知的變形。
4、輪廓草圖中的實(shí)體應(yīng)盡可能的少和簡(jiǎn)潔，能用簡(jiǎn)單線條的不用復(fù)雜線條，能用點(diǎn)的盡量不用線。
例二 波形彈性墊圈
在此題中，為了保證墊圈的法向厚度一致（不是軸向厚度），所以用先形成一個(gè)波形曲面，再加厚成墊圈的方法。關(guān)鍵是怎樣形成正弦模板和怎樣由模板生成波形實(shí)體。在這里是用螺旋線在輪廓草圖平面上的投影產(chǎn)生正弦曲線，用曲面掃描生成波形曲面。掃描的路徑是一個(gè)圓，為了在圓形掃描過(guò)程（角度變化）中直接讀取正弦曲線相應(yīng)位置（直線變化）上的值，就要有一個(gè)角度——線性轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，我找到了一個(gè)方便的轉(zhuǎn)換器就是螺旋線和蝸旋線。在此題中將引導(dǎo)線設(shè)為一個(gè)蝸旋線。
在草圖中被鼠標(biāo)拖動(dòng)的是將來(lái)的穿透點(diǎn)，當(dāng)該點(diǎn)左右移動(dòng)時(shí)輪廓線跟著上下擺動(dòng)，事實(shí)上該輪廓同時(shí)在圓形掃描線的驅(qū)動(dòng)下作繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描出一個(gè)波形的圓面。在草圖中正弦曲線上由一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)與將來(lái)的穿透點(diǎn)豎直，與輪廓線的左端點(diǎn)水平，輪廓線與原點(diǎn)重合。由于引導(dǎo)線是一個(gè)蝸旋線，在蝸旋線上移動(dòng)的點(diǎn)其掃過(guò)的角度與其半徑的增量成正比，而此半徑在輪廓草圖平面上對(duì)應(yīng)的就是穿透點(diǎn)到Y(jié)軸的距離，由此就保證了穿透點(diǎn)在草圖平面上的移動(dòng)與草圖平面掃過(guò)的角度成正比。
注意：
蝸旋線是角度轉(zhuǎn)換成位移量的方便的轉(zhuǎn)移器
例三 環(huán)面蝸桿
我們可以假象此蝸桿由車(chē)刀車(chē)成，此車(chē)刀的切削刃在草圖平面上，在車(chē)削過(guò)程中車(chē)刀繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度與蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度相適應(yīng)（按定比速率轉(zhuǎn)動(dòng)），草圖平面通過(guò)蝸桿軸。
顯然，路徑是一個(gè)螺旋線，但是不能是一個(gè)變徑或變距的螺旋線，因?yàn)閺那懊婊靖拍钪兄�，在掃描過(guò)程中輪廓平面與路徑切線的相對(duì)位置不變，以變徑或變距的螺旋線為路徑必將破壞輪廓平面通過(guò)蝸桿軸線的條件。幸好我們前面已知道路徑可以只是個(gè)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)際的輪廓運(yùn)動(dòng)形態(tài)可由引導(dǎo)線來(lái)控制。
為了保證輪廓在草圖平面中繞一個(gè)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，我們可以作一個(gè)垂直于蝸桿軸線的圓為引導(dǎo)線，該圓的中心在蝸桿軸上，當(dāng)我們將輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)中心作為引導(dǎo)線的穿透點(diǎn)時(shí)，該輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)中心在蝸桿的軸向位置被固定。
還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是怎樣將輪廓的轉(zhuǎn)動(dòng)與掃描過(guò)程建立一個(gè)聯(lián)系，讓我們來(lái)看一下輪廓草圖
從圖中我們看到在掃描過(guò)程中，輪廓及其轉(zhuǎn)動(dòng)中心受引導(dǎo)線約束不動(dòng)，被鼠標(biāo)拉動(dòng)的一點(diǎn)隨著螺旋掃描路徑向前移動(dòng)，在等長(zhǎng)約束的作用下蝸旋線有一個(gè)線段也在移動(dòng)，再利用平行約束條件帶動(dòng)掃描輪廓轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槲佇�處的線段長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)角成正比，因此保證了掃描輪廓草圖平面隨螺旋線路徑的轉(zhuǎn)動(dòng)與輪廓在草圖平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角呈正比關(guān)系。
注意：
1、蝸旋線是螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)移器；
2、引導(dǎo)線可以是閉合的，它相當(dāng)于一條無(wú)限長(zhǎng)的引導(dǎo)線。
例四 漸開(kāi)線
漸開(kāi)線有用放樣方法制作，比用掃描方法簡(jiǎn)潔，此處用掃描方法只是便于理解挪移心法而已。
由于用漸開(kāi)線定義作圖，其輪廓、基圓、及作圖平面必須在同一平面上，所以路徑必須與該平面相交，可以采用螺旋線或垂直于輪廓平面的直線，此處路徑采用較簡(jiǎn)單的后一種路徑。
本漸開(kāi)線基圓直徑100，引導(dǎo)線是由基圓生成的帶有外張錐度的螺旋線，螺旋線外張的角度使當(dāng)一點(diǎn)沿螺旋線轉(zhuǎn)一周時(shí)該點(diǎn)徑向外移100×π。
在草圖中可以看出當(dāng)穿透點(diǎn)沿螺旋線移動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)在草圖平面按蝸旋線方式移動(dòng)，其螺距為100×π，因此該點(diǎn)在移動(dòng)過(guò)程中的徑向增量與移過(guò)的基圓弧長(zhǎng)相等，圖中我們?cè)谇芯�和螺旋線徑向增量之間添加有一個(gè)等長(zhǎng)約束，顯見(jiàn)切線長(zhǎng)等于基圓弧長(zhǎng)，這就是漸開(kāi)線的定義。
注意到在反映螺旋線徑向增量值和切線長(zhǎng)度值的線段處各增長(zhǎng)了5mm，是為了避免在初始點(diǎn)出現(xiàn)零長(zhǎng)度的線段。
掃描作出的是一個(gè)三維曲面，其外邊線在上視面的投影即是漸開(kāi)線。
注意：
1、在帶有外張錐度的螺旋線上運(yùn)動(dòng)的穿透點(diǎn)具有軸向、徑向、切向移動(dòng)皆成正比的特性，是一個(gè)很理想的轉(zhuǎn)移器，
2、要盡量避免產(chǎn)生零長(zhǎng)度的線段，否則容易產(chǎn)生掃描失敗，或掃描不穩(wěn)定現(xiàn)象
例五 擺線齒輪
在這里，我們作的是一個(gè)短肢外擺線，見(jiàn)下圖
圖中一個(gè)直徑為10的小圓在一個(gè)直徑為180的大圓上純滾動(dòng)（在滾動(dòng)時(shí)，大小圓走過(guò)的弧長(zhǎng)相等，即圖中的弧長(zhǎng)9.77），在小圓內(nèi)部的一點(diǎn)（此處距小圓中心3）的軌跡即是擺線。因小圓與大圓外切故稱外擺線，反之稱內(nèi)擺線。生成軌跡的基點(diǎn)在小圓內(nèi)稱短肢外擺線，反之稱長(zhǎng)肢外擺線。
擺線的形成過(guò)程好像行星圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的同時(shí)又有自轉(zhuǎn)一樣，俗稱行星運(yùn)動(dòng)。由于該過(guò)程比較復(fù)雜，整個(gè)擺線齒輪輪廓一次掃描出來(lái)誤差會(huì)越來(lái)越大，為了減少誤差采用的辦法是先掃描一段輪廓線，選出一個(gè)齒的輪廓，再用草圖陣列作出整個(gè)齒輪的輪廓來(lái)。
掃描線是一條垂直于輪廓的直線。
引導(dǎo)線是一條有外漲錐度的螺旋線，當(dāng)輪廓草圖平面眼掃描線移動(dòng)時(shí)
草圖的布置如下圖，圖中公轉(zhuǎn)控制蝸旋線的螺距是穿透點(diǎn)在有外漲錐度的螺旋線轉(zhuǎn)一圈時(shí)其徑向增量的19倍。所以在掃描過(guò)程中，“與小圓心共線”的線段與含穿透點(diǎn)的線段的轉(zhuǎn)角比為1:19，而含穿透點(diǎn)的線段又與短肢線（3mm 長(zhǎng)的線）平行，這樣就實(shí)現(xiàn)了公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。10mm 長(zhǎng)的實(shí)線將掃出一個(gè)空間曲面，其外邊線在上視面的投影就是外擺線。
注意：
1、使用《螺旋線/蝸旋線》也能將直線路徑轉(zhuǎn)換出像行星運(yùn)動(dòng)這么復(fù)雜的掃描軌跡，可見(jiàn)《螺旋線/蝸旋線》真正是一個(gè)非常強(qiáng)大的轉(zhuǎn)換器；
2、在此題的 PART 中你可以仔細(xì)檢查一下，實(shí)際上當(dāng)掃描結(jié)束時(shí)引導(dǎo)線還有一段沒(méi)有用完。SW 規(guī)定如果引導(dǎo)線有多余，掃描按路徑規(guī)定結(jié)束，多余的引導(dǎo)線對(duì)掃描沒(méi)有影響。如果引導(dǎo)線不夠，當(dāng)引導(dǎo)線用完時(shí)掃描提前結(jié)束。
3、方法從理論上說(shuō)即使完全準(zhǔn)確，但是還有一個(gè)軟件的計(jì)算精度問(wèn)題，在有些情況下甚至是很?chē)?yán)重的。特別對(duì)放樣和掃描，在特征建立過(guò)程中只能作有限個(gè)截面，中間部位是插入和擬合的結(jié)果，如果掃描成形的變化規(guī)律與插入和擬合的規(guī)定比較接近，其誤差就比較小，反之誤差就比較大。
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