作者：胡仁喜
出版社：机械工业出版社
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Autodesk Inventor Professional 2018中文版从入门到精通试读：
前言
Autodesk Inventor是美国Autodesk公司于1999 年底推出的中端三维参数化实体模拟软件。与其他同类产品相比，Autodesk Inventor 在用户界面三维运算速度和显示着色功能方面有突破性进展。Autodesk Inventor 建立在ACIS三维实体模拟核心之上，摒弃许多不必要的操作而保留了最常用的基于特征的模拟功能。Autodesk Inventor 不仅简化了用户界面、缩短了学习周期，而且大大加快了运算及着色速度，这样就缩短了用户设计意图的展现与系统反应速度之间的距离，从而可最大程度地发挥设计人员的创意。
目前，Autodesk Inventor的新版本是Autodesk Inventor Professional 2018。与前期版本相比，新版本在草图绘制、实体建模、图面及组合等方面的功能都有明显的提高。
本书以设计实例为主线，同时兼顾基础知识，图文并茂地介绍了Autodesk Inventor Professional 2018中文版的功能、使用方法，以及进行零件设计、部件装配、创建二维工程图等基础内容，同时为高级用户提供了Inventor运动学与动力学仿真、二次开发，以及利用Inventor进行零件的应力分析等更加深入的内容。所以，本书既适用于初中级用户的快速入门，也满足高级用户对Inventor进行深入研究的需要。本书共4篇，第1篇是功能介绍篇，介绍了Inventor的工作界面、草图创建、特征创建、部件装配以及创建工程图和表达视图等内容；第2篇是零件设计篇，介绍了减速器各个零件的创建过程；第3篇是装配与工程图篇，介绍了减速器部件的装配过程、减速器的干涉检查与运动模拟，以及减速器零部件的零件图、部件装配图与表达视图的设计；第4篇是高级应用篇，介绍了Inventor的运动仿真、Inventor二次开发，以及利用Inventor的应力分析模块进行零件应力分析、模态分析等内容。
本书具有较强的系统性，简明扼要地讲述了Inventor中大部分常用的功能，以及这些功能在具体的造型实例中（减速器）的具体应用，使读者在完成基础部分的学习后，能够在实际的设计中应用这些基础技能，从而加深对所学知识的理解。本书除了主要讲述减速器部件外，还列举了大量典型的实例，并且附有大量的插图；光盘中也附有实例的三维模型和详细的操作过程动画，以方便读者学习。读者在学习过程中不仅可以开阔视野，还可以从中学习到更多的Inventor使用技巧，巩固所学习到的知识和技能。
为了方便广大读者更加形象直观地学习本书，随书配赠电子资料包，包含全书实例操作过程录屏讲解AVI文件和实例源文件，以及AutoCAD操作技巧集锦，总学时长达3000min。读者可以登录百度网盘地址：https://pan.baidu.com/s/1KWYrAPfXXVVY_ra6ltML5w下载，密码：lnwz。备用地址为：https://pan.baidu.com/s/1TraaMuCwE7528CihKLf7qw，密码：xcho（读者如果没有百度网盘，需要先注册才能下载）。
本书由三维书屋工作室总策划，胡仁喜、刘昌丽主要编写，参加编写的还有康士廷、王敏、王玮、孟培、王艳池、闫聪聪、王培合、王义发、王玉秋、杨雪静、解江坤、卢园、孙立明、甘勤涛、李兵、路纯红、阳平华、李亚莉、张俊生、李鹏、周冰、董伟、李瑞、王渊峰等。
由于时间仓促，加上编者水平有限，书中不足之处在所难免，望广大读者登录www.sjzswsw.com，或联系win760520@126.com批评指正，编者将不胜感激，也欢迎加入三维书屋图书学习交流群QQ：488722285，交流探讨。
编 者第1篇 功能介绍篇
本篇介绍以下主要知识点：
软件简介
草图的创建与编辑
特征的创建与编辑
部件装配
工程图和表达视图第1章 计算机辅助设计与Inventor简介
导读
计算机辅助设计（CAD）技术是现代信息技术领域中设计以及相关部门使用非常广泛的技术之一。Autodesk公司的Inventor作为中端三维CAD软件，具有功能强大、易操作等优点，因此被认为是领先的中端设计解决方案。本章对CAD和Inventor软件作简要介绍。
精彩内容
计算机辅助设计（CAD）入门
Inventor2018工作界面一览
模型的浏览和属性设置
工作界面定制与系统环境设置
Inventor项目管理1.1 计算机辅助设计（CAD）入门
计算机辅助设计简称为CAD，是英文Computer Aided Design（计算机辅助设计）的的缩写，是利用计算机强大的计算功能和高效的图形处理能力，辅助进行工程产产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。
CAD技术集计算机图形学、数据库、网络通信以及对应的工程设计方面的技术于一身，现在已经被广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。CAD技术的应用，提高了企业的设计效率，减轻了技术人员的劳动强度，并且大大缩短了产品的设计周期，增强了设计的标准化水平。图1-1所示为利用Autodesk公司的三维CAD软件Inventor所设计的产品样机。
1.曲面造型
三维 CAD 技术可根据给定的离散数据和工程问题的边界条件来定义、生成、控制和处理过渡曲面与非矩形域曲面的拼合能力，提供曲面造型技术。图1-2所示为利用PTC公司的三维造型产品Pro/Engineer所设计的显示器外壳曲面。图1-1 利用Inventor设计的产品样机图1-2 利用Pro/Engineer设计的显示器外壳曲面
2.实体造型
三维CAD技术具有定义和生成几何体素的能力，以及用几何体素构造法CSG或连界表示法B-rep构造实体模型的能力，并且能提供机械产品总体、部件、零件，以及用规则几何形体构造产品几何模型所需要的实体造型技术。图1-3所示为利用Autodesk公司的三维CAD软件Inventor设计的三维组装部件模型。
3.物质质量特性计算
三维 CAD 技术具有根据产品几何模型计算相应物体的体积、表面积、质量、密度、重心、导线长度以及轴的转动惯量和回转半径等几何特性的能力，为系统对产品进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数和数据。图1-4所示为利用Autodesk公司的三维CAD软件Inventor计算出的零件模型的物理特性。
4.三维机构的分析和仿真功能
三维 CAD 技术具有结构分析、运动学分析和温度分析等有限元分析功能，它具有一个机械机构的静态分析、模态分析、屈曲分析、振动分析、运动学分析、动力学分析、干涉分析及瞬态温度分析等功能，即具有对机构进行分析和仿真等研究能力，从而为设计师在设计运动机构时，提供直观的、可仿真的交互式设计技术。图1-5所示为利用PTC公司的CAD产品Pro/Engineer对构件所进行应力得到的分析结果。图1-3 利用Inventor设计的部件模型图1-4 利用Inventor计算零件模型的物理特性图1-5 利用Pro/Engineer分析模型应力
5.三维几何模型的显示处理功能
三维 CAD 技术具有动态显示图形、消除隐藏线及彩色浓淡处理的能力，以便使设计师通过视觉直接观察、构思和检验产品模型，解决了三维几何模型在设计复杂空间布局的问题。图1-6所示为Autodesk公司的三维CAD产品Inventor中的三种不同的模型显示方式。
6.有限元法网格自动生成的功能
三维CAD技术具有利用有限元分析方法对产品结构的静、动态特性，强度、振动、热变形、磁场强度和流场等进行分析的能力，以及自动生成有限元网格的能力，对复杂的三维模型进行有限元网格的自动划分。图1-7所示为利用PTC公司的Pro/Engineer对零件进行有限元网格的划分。图1-6 Inventor的模型显示方式
7.优化设计功能
三维 CAD 技术具有用参数优化法进行方案优选的功能，优化设计是保证现代产品设计具有快速、高质量和良好的市场销售的主要技术手段之一。
8.数控加工功能
三维CAD技术具有三、四、五坐标机床加工产品零件的能力，并能在图形显示终端上识别、校核刀具轨迹和刀具干涉，以及对加工过程的模态进行仿真。图1-7 利用Pro/Engineer对零件进行有限元网格划分
9.信息处理和信息管理功能
三维CAD技术具有统一处理和管理有关产品设计、制造以及生产计划等全部信息的能力，即建立一个与系统规模匹配的统一的数据库，以实现设计、制造、管理的信息共享，并达到自动检索、快速存取和不同系统间交换的传输目的。1.2 参数化造型简介
CAD三维造型技术的发展经历了线框造型、曲面造型、实体造型、参数化实体造型以及变量化造型几个阶段。
1.线框造型
最初的是线框造型技术，即由点、线集合方法构成的线框式系统，这种方法符合人们的思维习惯，很多复杂的产品往往仅用线条勾画出基本轮廓，然后逐步细化。这种造型方式数据存储量小、操作灵活、响应速度快、但是由于线框的形状只能用棱线表示，只能表达基本的几何信息，因此在使用中有很大的局限性。图1-8所示为利用线框造型做出的模型。
2.曲面造型
20世纪70年代，在飞机和汽车制造行业中需要进行大量的复杂曲面的设计，如飞机的机翼和汽车的外形曲面设计，由于当时只能够采用多截面视图和特征纬线的方法来进行近似设计，因此设计出来的产品和设计者最初的构想往往存在很大的差别。法国人在此时提出了贝赛尔算法，人们开始使用计算机进行曲面设计。法国的达索飞机公司首先进入了第一个三维曲面造型系统“CATIA”，是CAD发展历史上一次重要的革新，CAD技术有了质的飞跃。图1-8 线框模型
3.实体造型
曲面造型技术只能表达形体的表面信息，要想表达实体的其他物理信息，如质量、重心、惯性矩等信息时，就无能为力了。如果要对实体模型进行各种分析和仿真，模型的物理特征是不可缺少的。在这一趋势下，SDRC 公司于 1979 年发布了第一个完全基于实体造型技术的大型“CAD/CAE”软件—“I-DESA”。实体造型技术完全能够表达实体模型的全部属性，给设计以及模型的分析和仿真打开了方便之门。
4.参数化实体造型
线框造型、曲面造型和实体造型技术都属于无约束自由造型技术。进入20世纪80年代中期，CV公司内部提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法—参数化实体造型方法。从算法上来说，这是一种很好的设想。它主要的特点是基于特征、全尺寸约束、全数据相关及尺寸驱动设计修改。（1）基于特征 指在参数化造型环境中，零件是由特征组成的，所以参数化造型也可成为基于特征的造型。参数化造型系统可把零件的结构特征十分直观地表达出来，因为零件本身就是特征的集合。图1-9所示为利用Autodesk公司的Inventor软件设计的零件模型。左边是零件的浏览器，显示这个零件的所有特征。浏览器中的特征是按照特征的生成顺序排列的，最先生成的特征排在浏览器的最上方，这样模型的构建过程就会一目了然。图1-9 利用Inventor设计的零件模型（2）全尺寸约束 指特征的属性全部通过尺寸来进行定义。例如，在 Inventor 软件中进行打孔，需要确定孔的直径和深度；如果孔的底部为锥形的话，需要确定锥角的大小；如果是螺纹孔，那么还需要指定螺纹的类型、公称尺寸、螺距等相关参数。如果将特征的所有尺寸都设定完毕，那么特征就可成功生成，并且以后可任意地进行修改。（3）全数据相关 指模型的数据如尺寸数据等不是独立的，而是具有一定的关系。例如，设计一个长方体，要求其长（length）、宽（width）和高（height）的比例是一定的（如1∶2∶3），这样长方体的形状就是一定的，尺寸的变化仅仅意味着其大小的改变。那么在设计时，可将其长度设置为L，宽度设置为2L，高度设置为3L。这样，如果以后对长方体的尺寸数据进行修改的话，仅仅改变其长度参数就可以了。如果分别设置长方体的三个尺寸参数，以后在修改设计尺寸时，工作量就增加了3倍。（4）尺寸驱动设计修改 指在修改模型特征的时候，由于特征是尺寸驱动的，所以可针对需要修改的特征，确定需要修改的尺寸或者关联的尺寸。在某些 CAD 软件中，零件图的尺寸和工程图的尺寸是关联的，改变零件图的尺寸，工程图中对应的尺寸会自动修改；一些软件甚至支持从工程图中对零件进行修改，即修改工程图中的某个尺寸，则零件图中对应特征会自动更新为修改过的尺寸。1.3 Inventor的产品优势
本节主要介绍Inventor的产品优势。通过本节的学习使读者对Inventor软件的深化模拟技术有个大体的了解。
在基本的实体零件和装配模拟功能之上，Inventor 提供了更为深化的模拟技术。
1）二维图案布局可用来试验和评估一个机械原理。
2）有了二维的设置布局更有利于三维零件的设计。
3）首次在三维模拟和装配中使用自适应的技术。
4）通过应用自适应的技术，一个零件及其特征可自动去适应另一个零件及其特征，从而保证这些零件在装配的时候能够相互吻合。
5）可用扩展表来控制一系列实体零件的尺寸集。实体的特征可重新使用，一个实体零件的特征可转变为设计清单中的一个设计元素，使其可在其他零件的设计过程中得以采用。
6）为了充分利用网络的优势，一个设计组的多个设计师可使用一个共同的设计组搜索路径和共用文件搜索路径来协同工作。Inventor 在这方面与其他软件相比具有很大的优势，它可直接与微软的网上会议相联进行实时协同设计；在一个现代化的工厂中，实体零件及装配件的设计资料可直接传送到后续的加工和制造部门。
7）为了满足在许多情况下设计师和工程师之间的合作和沟通，Inventor也充分考虑到了二维投影工程图样的重要性，Inventor 提供了简单而充足的从三维的实体零件和装配来产生工程图的功能。
8）以设计支持系统的方式提供，用户界面以视觉语集方式快速引导用户，各个命令的功能一目了然并要求用最少的键盘输入。
9）Inventor 与3DStudio和AutoCAD等其他软件兼容性强，其输出文件可直接或间接转化成为快速成型STL文件和STEP等文件。1.4 Inventor支持的文件格式
Inventor是完全在Windows平台上开发的软件，不像UG、Pro/Engineer等软件是在Unix平台上移植过来的，所以Inventor在易用性方面具有无可比拟的优势。Inventor 支持众多的文件格式，提供与其他格式文件之间的转换，可满足不同软件用户之间的文件格式转换需求。
1.4.1 Inventor的文件类型
1）零件文件—以.ipt为扩展名，文件中只包含单个模型的数据，可分为标准零件和钣金零件。
2）部件文件—以.iam为扩展名，文件中包含多个模型的数据，也包含其他部件的数据，即部件中不仅仅可包含零件，也可包含子部件。
3）工程图文件—以.idw为扩展名，可包含零件文件的数据，也可包含部件文件的数据。
4）表达视图文件—以.ipn为扩展名，可包含零件文件的数据，也可包含部件文件的数据。由于表达视图文件的主要功能是表现部件装配的顺序和位置关系，所以零件一般很少用表达视图来表现。
5）设计元素文件—以.ide为扩展名，包含了特征、草图或子部件中创建的iFeature信息，用户可打开特征文件来观察和编辑“iFeature”。
6）设计视图—以.idv为扩展名，它包含了零部件的各种特性，如可见性、选择状态、颜色和样式特性，以及缩放、视角等信息。
7）项目文件—以.ipj为扩展名，包含项目的文件路径和文件之间的链接信息。
8）草图文件—以.dwg为扩展名，文件中包含草绘图案的数据。
Inventor 在创建文件的时候，每一个新文件都是通过模板创建的。可根据自己具体设计需求选择对应的模板，例如，创建标准零件可选择标准零件模板（Standard.ipt），创建钣金零件可选择钣金零件模板（Sheet Metal.ipt）等。用户可修改任何预定义的模板，也可创建自己的模板。
1.4.2 与Inventor兼容的文件类型
Inventor具有很强的兼容性，具体表现在它不仅可打开符合国际标准的IGES文件和SEPT格式的文件，甚至还可打开Pro/Engineer文件。另外，它还可打开AutoCAD和MDT的DWG格式文件；同时，Inventor 还可将本身的文件转换为其他各种格式的文件，也可将自身的工程图文件保存为DXF和DWG格式文件等。下面对主要兼容文件类型作一介绍。
1.AutoCAD文件
Inventor 2018可打开R12 以后版本的AutoCAD（DWG 或 DXF）文件。在Inventor中打开AutoCAD 文件时，可指定要进行转换的AutoCAD数据。
1）可选择模型空间、图纸空间中的单个布局或三维实体，可选择一个或多个图层。
2）可放置二维转换数据；可放置在新建的或现有的工程图草图上，作为新工程图的标题栏，也可作为新工程图的略图符号；还可放置在新建的或现有的零件草图上。
3）如果转换三维实体，每一个实体都成为包含ACIS实体的零件文件。
4）当在零件草图、工程图或工程图草图中输入AutoCAD（DWG）图形时，转换器将从模型空间的XY平面获取图元并放置在草图上。图形中的某些图元不能转换，如样条曲线。
2.Autodesk MDT文件
在Inventor中将工程图输出到AutoCAD时，将得到可编辑的图形。转换器创建新的AutoCAD图形文件，并将所有图元置于DWG文件的图样空间。如果Inventor工程图中有多张图样，每张图样都保存为一个单独的DWG文件。输出的图元成为AutoCAD图元，包括尺寸。
Inventor可转换Autodesk Mechanical Desktop的零件和部件，以便保留设计意图。可将Mechanical Desktop 文件作为ACIS实体输入，也可进行完全转换。要从Mechanical Desktop零件或部件输入模型数据，必须在系统中安装并运行Mechanical Desktop。Inventor所支持的特征将被转换，不支持的特征则不被转换。如果Inventor不能转换某个特征，它将跳过该特征，并在浏览器中放置一条注释，然后完成转换。
3.STEP文件
STEP 文件是国际标准格式的文件，这种格式是为了克服数据转换标准的一些局限性而开发的。过去，由于开发标准不一致，导致产生各种不统一的文件格式，如IGES（美国）、VDAFS（德国）、IDF（用于电路板）。这些标准在CAD系统中没有得到很大的发展。STEP转换器使Inventor能够与其他CAD系统进行有效地交流和可靠地转换。当输入STEP（*.stp、*.ste、*.step）文件时，只有三维实体、零件和部件数据被转换，草图、文本、线框和曲面数据不能用STEP转换器处理。如果STEP文件包含一个零件，则会生成一个Inventor零件文件。如果STEP文件包含部件数据，则会生成包含多个零件的部件。
4.SAT文件
SAT 文件包含非参数化的实体，它们可以是布尔实体或去除了相关关系的参数化实体。SAT文件可在部件中使用。用户可将参数化特征添加到基础实体中。输入包含单个实体的 SAT 文件时，将生成包含单个零件的Inventor零件文件。如果SAT文件包含多个实体，则会生成包含多个零件的部件。
5.IGES文件
IGES （*.igs、*.ige、*.iges）文件是美国标准。很多NC/CAM软件需要IGES格式的文件，Inventor可输入和输出IGES文件。如果要将Inventor的零部件文件转换成为其他格式的文件，如BMP、IGES、SAT文件等，将其工程图文件保存为DWG或DXF格式的文件时，可选择主菜单中的【另存为】→【保存副本为】选项，在弹出的【保存副本为】对话框中选择好所需要的文件类型和文件名即可，如图1-10所示。图1-10 【保存副本为】对话框1.5 Inventor 2018工作界面一览
Inventor 具有多个功能模块，如二维草图模块、特征模块、部件模块、工程图模块、表达视图模块及应力分析模块等，每一个模块都拥有自己独特的菜单栏、工具栏、工具面板和浏览器，并且由这些菜单栏、工具栏、工具面板和浏览器组成了自己独特的工作环境。用户最常接触的六种工作环境是草图环境、零件（模型）环境、钣金零件（模型）环境、部件（装配）环境、工程图环境和表达视图环境，下面分别简要介绍。
1.5.1 草图环境
在Inventor中，绘制草图是创建零件的第一步。草图是截面轮廓特征和创建特征所需的几何图元（如扫掠路径或旋转轴），可通过投影截面轮廓或绕轴旋转截面轮廓来创建草图三维模型。图1-11所示为草图以及由草图拉伸创建的实体。可由以下两种途径进入草图环境。
1）当新建一个零件文件时，在 Inventor 的默认设置下，草图环境会自动激活，草图工具面板为可用状态。图1-11 草图以及由草图拉伸创建的实体
2）在现有的零件文件中，如果要进入草图环境，应该首先在浏览器中激活草图。这个操作会激活草图环境中的工具面板，这样就可为零件特征创建几何图元。由草图创建模型之后，可再次进入草图环境，以便修改特征或绘制新特征的草图。
1.由新建零件进入草图环境
新建一个零件文件，以进入草图环境。运行Inventor 2018，首先弹出图1-12所示的启动界面；然后选择【启动】面板中的【新建】选项，进入图1-13所示的【新建文件】对话框。在对话框中选择Standard.ipt模板，新建一个标准零件文件，则会进入图1-14所示的Inventor草图环境。图1-12 Inventor 2018 启动界面图1-13 【新建文件】对话框
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