【Fusion 360新手必看】：5小时掌握设计到制造全流程

【Fusion 360新手必看】：5小时掌握设计到制造全流程

引用

CSDN

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https://wenku.csdn.net/column/19w5p7vcjt

Fusion 360 是一款功能强大的工业设计软件，广泛应用于产品设计、机械工程等领域。本文将从基础操作到高级应用，全面介绍如何使用Fusion 360完成从设计到制造的整个流程。

Fusion360-Scripts:Fusion360脚本的集合，主要用于生成动画

Fusion 360设计到制造概览

简介

Fusion 360 是 Autodesk 提供的一款全面的云基础CAD/CAM/CAE软件，专为现代设计和制造环境而开发。它将产品开发的多个方面集成到一个平台中，使得从初步设计到最终产品的制造可以无缝进行。

设计到制造的流程

在Fusion 360 中，从设计到制造的过程遵循清晰的步骤：首先是草图和基础建模，然后应用参数化设计和高级建模技术，接着进行设计验证和分析，随后准备制造所需的数据和文件，最终进行3D打印和CNC加工，最后对成品进行质量检测和可能的修正。

Fusion 360的优势

Fusion 360 的核心优势在于其跨学科的合作能力、直观的用户界面以及强大的云集成功能。这些特点让设计师和工程师能够更高效地协作，同时利用其丰富的功能来进行复杂的建模和制造过程的优化。

Fusion 360界面和基础工具

Fusion 360用户界面布局

Fusion 360通过其直观的用户界面，允许用户轻松地导航和管理项目。界面布局的设计旨在提供对项目资源和工具的快速访问，同时确保用户可以专注于设计工作。

项目浏览器和时间线介绍

项目浏览器 是Fusion 360中组织和管理设计数据的中心枢纽。用户可以通过项目浏览器查看不同设计文件和组件，它们被组织在不同文件夹中。时间线功能是项目浏览器的一部分，它提供了对设计历史的全面视图，使用户可以回溯到项目的早期阶段，甚至对已保存的设计进行比较和参考。

工具栏和菜单栏功能解析

工具栏和菜单栏是用户与Fusion 360交互的主要界面之一。工具栏提供了一系列快速访问的图标，这些图标代表了最常用的命令，而菜单栏则提供了一个更为完整的命令列表。通过定制工具栏，用户可以根据自己的使用习惯和需求，将常用的工具添加到工具栏，从而提高工作效率。

基础建模工具的使用

Fusion 360 提供了一系列强大的基础建模工具，帮助用户从零开始构建3D模型。

草图绘制技巧

草图是创建3D模型的基石。Fusion 360的草图绘制工具提供了创建复杂几何形状所需的基本线条和形状。要开始草图绘制，首先需要在设计空间中选择一个平面或面。接下来，可以使用诸如直线、圆弧、矩形和多边形等工具来构建草图的基本形状。合理运用约束和尺寸工具，可以确保草图的准确性和参数化。

实体建模和编辑功能

实体建模是将二维草图转化为三维形状的过程。用户可以通过拉伸、旋转、扫掠或挤出草图来创建基本实体。之后，通过使用布尔运算（如联合、相交和减去）和修改工具（如抽壳、倒角和圆角），可以进一步细化模型。为了实现这些操作，Fusion 360 提供了直观的用户界面和交互式工具，这些工具可根据用户的需求调整模型，甚至在建模过程中动态更新。

设计实践：打造第一个3D模型

初学者在使用Fusion 360时，会发现即便没有深厚的设计背景，也能按照步骤创建出自己的第一个3D模型。

简单零件的创建流程

开始创建简单零件的第一步是确定零件的基本尺寸和形状。例如，制作一个长方体零件，需要设置合适的长度、宽度和高度参数。在Fusion 360中，用户可以创建一个草图平面，然后绘制一个长方形，并通过拉伸操作生成一个3D长方体。

模型的修改和优化技巧

创建了基本形状后，接下来的步骤是根据需要修改和优化模型。如果需要在模型中添加凹槽、孔或其他特征，可以使用Fusion 360提供的各种特征命令。这些命令包括但不限于：拉伸、旋转、扫描、切割等。优化工作往往涉及调整尺寸、形状以及确保模型的可制造性。在进行这些修改时，使用参数化设计可以简化设计过程，并保持设计意图的一致性。

Fusion 360的高级设计技术

参数化设计和历史树

在现代产品设计中，灵活性和快速迭代至关重要，而参数化设计正是满足这些需求的关键技术之一。通过参数化设计，设计师能够在产品设计过程中轻松调整尺寸和形状，以响应新的设计要求或制造限制。Fusion 360中的参数化设计功能依托于历史树，提供了一种直观的方式来管理和编辑设计历史。

参数和尺寸驱动设计

参数化设计的核心在于使用参数来控制设计的各个方面，从简单的尺寸到复杂的几何特征。在Fusion 360中，设计师可以定义变量，这些变量随后用于驱动模型的几何形状和尺寸。通过这种方式，设计团队可以实现快速变更，从而加速设计过程。

参数的应用示例：

1. 尺寸驱动的特征 ：如直径、长度或角度，设计师可以轻松修改这些尺寸来观察对整体设计的影响。

2. 基于数学关系的参数 ：设计师可以创建参数之间的关系，例如圆角半径是直径的一部分。

// 定义直径参数
diameter = 50mm;
// 定义圆角参数，假设圆角是直径的10%
radius = diameter * 0.1;

历史树的编辑和管理

历史树是Fusion 360中记录设计过程的“时间线”，它显示了从开始设计到当前模型状态的每一步操作。历史树使得设计师可以追溯每个设计决策，甚至可以回到之前的某一步骤进行修改。这为设计的迭代和优化提供了极大的灵活性。

历史树的使用示例：

1. 编辑单个操作 ：在历史树中选择特定操作并修改参数，观察模型如何响应这些改变。

2. 管理设计更改 ：如果某次修改导致问题，设计师可以快速回到历史树中的该节点，撤销更改或进一步调整。

参数说明 ：在上述示例中，fusion360.editHistoryStep 是一个假设的API调用，用来修改历史树中的第123步操作，其中直径参数被修改为45毫米。实际使用时需要参考Fusion 360的API文档进行正确的调用。

参数化设计的高级应用

参数化设计可以进一步扩展到变体设计，设计师可以基于一组固定的参数创建多个设计变体。这在产品系列设计中特别有用，例如设计一系列不同尺寸但外观和结构相似的产品。

变体设计示例：

1. 产品系列设计 ：设计一个系列的不同尺寸的产品，如瓶盖的尺寸变体。

2. 材料选择 ：参数化设计还可以用于根据材料属性调整设计，如不同材料对零件强度的影响。

// 设计一个系列的瓶盖，分别对应不同的直径参数
// 假设直径参数是由用户输入的
diameter = getUserInput('Enter bottle cap diameter: ');
createBottleCap(diameter);

Fusion 360中的制造准备

CAM工作空间导览

在本章节中，我们将深入了解Fusion 360中的CAM（计算机辅助制造）工作空间。CAM工作空间是设计到制造过程中的关键环节，它允许工程师将设计转换成制造指令，以控制数控机床（CNC）加工零件。

CAM界面布局和工具设置

Fusion 360的CAM工作空间布局非常直观，旨在帮助用户高效地创建和管理刀具路径。以下是对CAM界面的基本介绍，以及如何设置工具和管理刀具库。

CAM界面布局 ：

• 工具栏 ：包含常用的刀具和操作命令，例如创建新的刀具路径、编辑刀具路径和进行模拟。

• 浏览器区域 ：显示项目浏览器和操作浏览器，用户可以在这里浏览和管理所有的刀具路径和操作。

• 图形区域 ：直观展示模型和刀具路径。

• 刀具库 ：储存和管理不同类型的刀具。

工具设置 ：

用户在Fusion 360中创建刀具路径之前，需要在刀具库中定义好刀具参数。以下是一个示例代码，展示如何在Fusion 360中创建一个简单的端铣刀具：

轨迹和刀具路径的创建

一旦设置了适当的刀具，接下来的步骤是创建轨迹和刀具路径。轨迹定义了刀具的运动方向，而刀具路径则详细说明了具体的加工轨迹。

以下是如何使用Fusion 360 API创建一个简单的2D轮廓加工路径的示例代码：

在上面的代码示例中，我们首先选择了当前设计空间中的实体，然后创建了一个轮廓操作。通过调用CreateContourOperation方法，我们定义了轮廓的开始和结束点，并指定了是否为3D轮廓。最后，将该操作添加到浏览器中，以便进行进一步的管理。

Fusion 360中的3D打印和CNC加工

3D打印的设置和流程

3D打印，也称为增材制造，是一种将数字模型文件转化为实体三维对象的过程。在Fusion 360中，用户可以无缝地将设计导出至3D打印机进行打印。

支撑结构和填充模式的确定

在打印复杂模型时，使用支撑结构是必不可少的。支撑结构是3D打印过程中用来支撑悬空或倾斜的模型部分的材料。合理的支撑结构不仅能够保持模型的结构强度，还能在打印完成后方便地移除。

在Fusion 360中，用户可以在“制造”工作空间下选择“3D打印”工具，并通过“模型设置”来定义支撑结构。用户可以自定义支撑的间距、角度、厚度等参数。填充模式涉及对象内部的填充路径，如线性、网格或蜂窝状等，这可以影响最终打印件的强度和材料使用。

打印路径和设置优化

优化打印路径可以提高打印效率，减少材料浪费，并提升打印件的质量。在Fusion 360中，可以通过调整打印速度、层高、挤出温度和冷却策略等参数来优化打印路径。

用户需要在打印设置中选择合适的打印头移动速度，并设定打印层的高度。例如，较薄的层高能够提供更光滑的表面，但会增加打印时间。挤出温度控制材料的流动性和粘合度，而冷却策略影响材料固化速度，防止打印件变形。

CNC加工的高级应用

计算机数控（CNC）加工是制造工业中不可或缺的一部分。Fusion 360为CNC加工提供了强大的功能，可以生成精确的刀具路径，并支持多轴加工。

CNC加工的先决条件和注意事项

在开始CNC加工之前，设计师需要确保3D模型已经过检查无缺陷，并且符合制造规格。模型应包含正确的尺寸和公差，并且材料选择应满足加工需求。

在CNC加工的先决条件中，设置正确的原点和确定合适的刀具类型同样重要。原点是CNC机床的参考起始位置，不同类型的刀具有不同的切削特点，合理的刀具选择可以优化加工效果。

多轴加工和复杂零件的制造案例

多轴CNC加工是加工复杂零件的有效手段，能够在一个加工周期内完成多个方向的加工，从而提高加工效率和零件的加工精度。

Fusion 360中的“制造”工作空间提供了完整的刀具路径生成和模拟工具。多轴加工工具路径可以通过“多轴加工向导”进行设置，用户可以根据加工需求选择不同的轴数，并生成相应的刀具路径。

制造后的质量检测与修正

打印或加工后的质量检查和后续修正对于确保零件符合设计要求至关重要。

尺寸测量和质量控制

尺寸测量通常使用卡尺、三坐标测量机（CMM）或数字扫描设备进行。质量控制步骤包括检查零件的尺寸精度、几何公差和表面粗糙度等。

在质量检测阶段，设计师应记录所有的测量数据，并与设计文件进行比对。对超出公差范围的区域应标记出来，作为后续修正的依据。

后处理和表面处理技术

后处理包括去除支撑结构、打磨毛刺和清洗残留物。表面处理技术则可以进一步提高零件的外观质量或功能性。

在Fusion 360中，设计师可以通过“后处理工作流”进行支撑结构的优化设计，使其更容易去除。同时，还可以通过“表面处理工具”模拟喷砂或涂层过程，确保设计符合制造后处理的要求。

Fusion 360项目实战：从设计到制造

完整项目案例分析

项目需求分析和设计思路

在开始一个新项目时，需求分析至关重要。它是理解项目目标、规格和限制的基础。在需求分析阶段，通常包括确定项目的最终目的、用户需求、性能指标和任何相关标准。

在理解需求后，设计思路的形成就显得尤为重要。设计思路通常包括对产品的功能、外观、尺寸等元素的初步构思。这会涉及到初步草图和方案讨论，以确定最适合的设计方案。

例如，如果要设计一款家用智能灯泡，首先要明确它的智能控制功能、亮度、色温、外观尺寸等基本要求。设计思路可能会集中在如何使其容易安装，以及用户如何通过手机APP进行控制等方面。

设计到制造的流程演练

一旦设计思路确定，就开始进入从设计到制造的流程。这通常包括以下步骤：

1. 详细设计 ：使用Fusion 360进行详细建模，包括零件设计和组装。

2. 设计验证 ：通过模拟分析验证设计是否满足性能标准。

3. CAM设置 ：设置合适的工具路径和切削参数，进行制造准备。

4. 生产 ：输出数控代码，并在CNC机床上进行加工，或者通过3D打印制作原型。

5. 质量控制 ：检查制造出的零件是否符合设计规格，必要时进行修正。

6. 迭代优化 ：根据测试结果和用户反馈对设计进行调整和优化。

在实际操作中，设计师和工程师需要密切协作，确保设计意图能够准确地转换为生产出的产品。

常见问题与解决方案

设计和制造过程中遇到的问题

在设计和制造过程中，常见的问题包括但不限于：

• 设计冲突 ：软件中的设计可能在实际制造中遇到问题，如机床无法加工出某些复杂特征。

• 材料限制 ：选用的材料可能无法满足设计要求，或者在加工过程中造成问题。

• 公差和尺寸问题 ：设计和制造之间的公差不匹配可能导致零件无法装配或功能受损。

针对问题的诊断和调整技巧

针对设计和制造中遇到的问题，有以下诊断和调整技巧：

• 优化设计 ：使用Fusion 360的模拟和分析工具，提前识别设计冲突，并做出调整。

• 材料选择 ：根据加工需求和零件功能，仔细选择合适的材料。在设计阶段就要考虑到材料的加工性。

• 公差分析 ：在设计时就要考虑实际加工能力和制造成本，进行合理的公差设计。

设计优化和迭代

根据反馈进行设计优化

收集来自制造过程和用户测试的反馈至关重要。通过分析这些反馈，我们可以识别产品的优点和需要改进的地方。设计优化可能包括调整设计参数、修改零件形状或改进装配方法等。

迭代设计的实施和管理

实施迭代设计需要一个明确的流程，保证每次迭代都朝着正确的方向前进。这个流程包括：

• 建立基准模型 ：将当前设计作为基准。

• 计划改动 ：明确每次迭代的目标和改动范围。

• 实施改动 ：在Fusion 360中进行设计改动，并生成新的制造文件。

• 测试和验证 ：确保改动满足设计要求。

• 记录和评估 ：记录每次迭代的结果，评估设计的进展。