電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例教程（微課版）-基于嘉立創(chuàng)EDA（專業(yè)版） 課件 第11章 數(shù)字鐘的外殼設(shè)計(jì)

第11章數(shù)字鐘的外殼設(shè)計(jì)任務(wù)描述

經(jīng)過(guò)前面的學(xué)習(xí)，數(shù)字電子時(shí)鐘的PCB已經(jīng)完成。人靠衣服馬靠鞍，外殼作為電子產(chǎn)品不可缺少的一部分，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中同樣占據(jù)著重要地位。本章主要介紹如何在嘉立創(chuàng)EDA專業(yè)版中使用3D建模功能為數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)一個(gè)兼容的3D外殼結(jié)構(gòu)。本章包含以下幾個(gè)內(nèi)容：3D外框形狀的設(shè)計(jì)螺絲柱的放置與設(shè)置頂層/底層與側(cè)面開槽的設(shè)置頂層/底層與側(cè)面實(shí)體的設(shè)置3D外殼文件的導(dǎo)出與生產(chǎn)介紹11.13D外殼設(shè)計(jì)背景外殼設(shè)計(jì)是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要組成部分，隨著3D打印技術(shù)的興起，外殼生產(chǎn)的成本隨著降低，裸露的電路板加上外殼也就成為了一個(gè)小型產(chǎn)品。外殼設(shè)計(jì)軟件有很多，常用的有SolidWorks、Fusion?360、Blender等軟件，這些專業(yè)的建模軟件可以設(shè)計(jì)精細(xì)的三維立體模型結(jié)構(gòu)，可隨著帶來(lái)的也是學(xué)習(xí)成本高，上手難的問(wèn)題，而嘉立創(chuàng)EDA提供的3D外殼設(shè)計(jì)功能恰好解決了這個(gè)問(wèn)題，將PCB外殼設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，設(shè)計(jì)外殼時(shí)與PCB邊框結(jié)合可以快速設(shè)計(jì)外殼，適合入門學(xué)習(xí)，驗(yàn)證模型結(jié)構(gòu)并通過(guò)3D打印制作出實(shí)物。數(shù)字鐘外殼與安裝渲染圖如圖11-1、11-2所示：11.13D外殼設(shè)計(jì)背景圖11-1數(shù)字鐘外殼預(yù)覽圖圖11-2數(shù)字鐘3D外殼安裝渲染圖11.2外殼邊框設(shè)置在嘉立創(chuàng)EDA專業(yè)版進(jìn)行外殼的設(shè)計(jì)，可以分為以下幾個(gè)步驟：外殼邊框設(shè)置、螺絲孔放置、開槽、實(shí)體放置，其中開槽與實(shí)體兩個(gè)步驟可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，我們來(lái)學(xué)習(xí)如何對(duì)現(xiàn)有PCB板進(jìn)行設(shè)置外殼邊框。11.2外殼邊框設(shè)置

（1）“過(guò)濾”功能在設(shè)計(jì)3D外殼時(shí)，為避免不小心操作到原有PCB電路，需要打開PCB編輯頁(yè)面右側(cè)中的“過(guò)濾”功能，保留圖中的板框、線條以及3D外殼以及狀態(tài)屬性里的選型，其余對(duì)象屬性全部進(jìn)行過(guò)濾掉，這樣在操作的過(guò)程中就不會(huì)被選中，進(jìn)而不小心影響到原有的電路，如圖11-3為過(guò)濾參數(shù)頁(yè)面。圖11-3過(guò)濾參數(shù)設(shè)置11.2外殼邊框設(shè)置

（2）放置3D外殼-邊框在PCB編輯頁(yè)面，頂部菜單欄執(zhí)行“放置”→“3D外殼-邊框”→“矩形”命令，彈出提示對(duì)話框，提示是否同時(shí)打開3D外殼預(yù)覽窗口？如圖11-4所示，點(diǎn)擊“稍后”按鈕，返回PCB編輯頁(yè)面，點(diǎn)擊數(shù)字鐘PCB邊框的左上角確定矩形的一個(gè)頂點(diǎn)，再點(diǎn)擊數(shù)字鐘邊框的右下角確定矩形的另一個(gè)頂點(diǎn)，放置矩形邊框。圖11-4提示彈窗11.2外殼邊框設(shè)置

（2）放置3D外殼-邊框

矩形邊框放置后可以調(diào)整該邊框的大小，要精確調(diào)整邊框的尺寸，點(diǎn)擊右邊的“屬性”面板，如圖11-5所示。起點(diǎn)（X:-1mm,Y：81mm）寬：72mm高：82mm。圖11-5矩形邊框設(shè)置11.2外殼邊框設(shè)置

（2）放置3D外殼-邊框

執(zhí)行“導(dǎo)出”→“PCB信息”命令，彈出PCB信息彈窗，如圖11-6所示，PCB板尺寸為：70mm╳80mm；為方便板子安裝，放置板框時(shí)一般外殼尺寸超出板子1mm即可。圖11-6PCB信息11.2外殼邊框設(shè)置

在繪制3D邊框時(shí)，會(huì)有提醒生成3D邊框預(yù)覽窗口，如果選擇的是“稍后”，沒(méi)有生成3D邊框預(yù)覽窗口，可以在頂部菜單執(zhí)行“視圖”→“3D外殼預(yù)覽”命令，打開“3D外殼預(yù)覽”窗口，該窗口沒(méi)有任何顯示，點(diǎn)擊預(yù)覽工具條上的“適合全部”按鈕，顯示剛繪制的3D外殼，如圖11-8所示。圖11-8預(yù)覽3D外殼11.2外殼邊框設(shè)置

（3）實(shí)時(shí)預(yù)覽工具條在實(shí)時(shí)預(yù)覽窗口右上角可看到圖11-10所示的視圖預(yù)覽工具條，在預(yù)覽3D效果時(shí)可方便查看不同視角圖像情況：視圖選項(xiàng)：選擇查看正常視圖、輪廓視圖以及Gerber視圖三種看圖模式；視角選項(xiàng)：可以選擇正視圖、俯視圖、左側(cè)圖、右側(cè)圖、前視圖以及后視圖視角；爆炸圖：通過(guò)滑條可以拖動(dòng)拉開上殼和下殼的間距，模擬組合效果；適應(yīng)全部：可保持最佳視圖效果；導(dǎo)入變更：PCB更新時(shí)預(yù)覽效果自動(dòng)更新，也可手動(dòng)導(dǎo)入更新；刷新：刷新整個(gè)3D預(yù)覽窗口視圖圖11-10實(shí)時(shí)預(yù)覽工具條11.2外殼邊框設(shè)置（4）對(duì)3D顯示畫面的控制縮放：鼠標(biāo)滾輪；平移、上下移：按住鼠標(biāo)右鍵旋轉(zhuǎn)：按住鼠標(biāo)左鍵（5）PCB編輯窗口與3D外殼預(yù)覽窗口同時(shí)顯示，如圖11-11所示。圖11-11PCB編輯窗口與3D外殼預(yù)覽窗口同時(shí)顯示11.2外殼邊框設(shè)置在PCB編輯窗口選中3D外殼邊框，在右邊的屬性面板，按以下尺寸調(diào)整外殼：外殼尺寸：72*82mm，將PCB板放置在邊框中心位置；外殼類型為上下殼，整體高度為15mm，PCB距外殼高度為3mm，下殼高度為6mm，；外殼厚度為1.5mm，上下殼內(nèi)壁為0，外殼圓角設(shè)置為1mm。在左邊的編輯窗口修改尺寸后，右邊3D外殼預(yù)覽窗口同時(shí)顯示更新了的外殼，如圖11-11所示。11.3螺絲柱放置

螺絲柱在外殼設(shè)計(jì)中起著固定連接的作用，3D外殼通過(guò)螺絲柱連接固定PCB與上下殼的結(jié)構(gòu)。常用螺絲柱尺寸為M2（2mm直徑）與M3（3mm直徑）規(guī)格，在嘉立創(chuàng)EDA專業(yè)版放置螺絲柱時(shí)可分別放在外殼頂層（上殼）以及外殼底層（下殼）。11.3螺絲柱放置

在數(shù)字鐘PCB編輯頁(yè)面，激活頂層，執(zhí)行“放置”→“3D外殼-螺絲柱”命令，在PCB板上點(diǎn)擊放置螺絲柱的位置，位置應(yīng)與PCB板預(yù)留的定位孔位置重合，如圖11-12所示，點(diǎn)擊選擇所放置的螺絲柱，在右側(cè)屬性中可以查看螺絲柱的屬性、加強(qiáng)筋設(shè)置、沉頭孔設(shè)置。圖11-12放置螺絲柱11.3螺絲柱放置按圖11-12的尺寸放置螺絲柱，放好1個(gè)后，復(fù)制、粘貼其它3個(gè)螺絲柱；在3D外殼預(yù)覽窗口的顯示效果如圖11-13所示，該顯示效果在預(yù)覽窗口右側(cè)圖層中隱藏了其它層，只顯示了頂層。圖11-13頂層放置了4個(gè)螺絲柱11.3.1螺絲柱屬性放置螺絲柱時(shí)，應(yīng)根據(jù)PCB板預(yù)留安裝孔位大小選擇合適的螺絲柱尺寸，在屬性菜單欄中可供選擇的螺絲規(guī)格有M2、M3、M4、M5、M6以及自定義螺絲柱尺寸，為適應(yīng)3D打印后的螺絲柱安裝，軟件所提供的參考尺寸比實(shí)際尺寸偏小一點(diǎn)，比如M3螺柱的通孔直徑為2.8mm，而不是標(biāo)準(zhǔn)的3mm，如果是使用CNC切割，那尺寸應(yīng)保持一致，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整通孔尺寸大小。11.3.1螺絲柱屬性

設(shè)計(jì)時(shí)建議先設(shè)計(jì)一個(gè)螺絲柱，放置一個(gè)后其它的螺絲柱可通過(guò)復(fù)制粘貼的方式完成放置，螺絲柱放置的位置應(yīng)與PCB板預(yù)留的定位孔位置重合。屬性中的“高”指的是螺絲柱整體高度，實(shí)際高度需配合3D外殼厚度與PCB板結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)整，通孔直徑與壁厚可使用軟件提供的參考數(shù)據(jù)，避免打印失誤。螺絲柱屬性如圖11-14所示：圖11-14螺絲柱屬性設(shè)置11.3.2加強(qiáng)筋設(shè)置設(shè)計(jì)工具還提供了加強(qiáng)筋的設(shè)置，在3D打印結(jié)構(gòu)中常用FDM與SLA工藝成型，打印時(shí)都是一層層打印上去，如果沒(méi)有一個(gè)好的支撐結(jié)構(gòu)容易造成結(jié)構(gòu)件不穩(wěn)的情況，為加固螺絲柱與外殼的連接，可以選擇添加加強(qiáng)筋，以牢固連接螺絲柱與外殼結(jié)構(gòu)。11.3.2加強(qiáng)筋設(shè)置

要添加加強(qiáng)筋在圖11-12所示的加強(qiáng)筋欄，選擇“是”即可。如圖11-15中左側(cè)的螺絲柱為加上加強(qiáng)筋效果圖，右側(cè)螺絲柱則未做任何處理，加強(qiáng)筋高度厚度等參數(shù)也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改設(shè)置。圖11-15螺絲柱加強(qiáng)筋效果預(yù)覽圖11.3.3沉頭孔設(shè)置

沉頭孔也是螺絲柱設(shè)置中一個(gè)重要參數(shù)，它可以很好解決螺絲安裝的問(wèn)題，可以理解為在3D外殼上挖一個(gè)孔，可以把螺絲剛好放進(jìn)去安裝，沉入外殼內(nèi)部，所以叫沉頭孔。沉頭孔高度為內(nèi)嵌到外殼的距離，直徑為內(nèi)嵌尺寸直徑。11.3.3沉頭孔設(shè)置

在3D外殼底層添加沉頭孔，在PCB編輯頁(yè)面中，執(zhí)行“放置”→“3D外殼-螺絲柱”命令，鼠標(biāo)再次點(diǎn)擊PCB板上放置螺絲柱的位置，位置應(yīng)與PCB板預(yù)留的定位孔位置重合，如圖11-16所示，點(diǎn)擊選擇所放置的螺絲柱，在右側(cè)屬性中設(shè)置圖層在3D外殼的底層，需要沉頭孔選擇“是”。沉頭孔的規(guī)格如圖11-16所示。圖11-16底層添加沉頭孔11.3.3沉頭孔設(shè)置

在3D外殼底層添加沉頭孔，在PCB編輯頁(yè)面中，執(zhí)行“放置”→“3D外殼-螺絲柱”命令，鼠標(biāo)再次點(diǎn)擊PCB板上放置螺絲柱的位置，位置應(yīng)與PCB板預(yù)留的定位孔位置重合，如圖11-16所示，點(diǎn)擊選擇所放置的螺絲柱，在右側(cè)屬性中設(shè)置圖層在3D外殼的底層，需要沉頭孔選擇“是”。圖11-16底層添加沉頭孔11.3.3沉頭孔設(shè)置

沉頭孔的規(guī)格如下：·螺絲規(guī)格：M3·圖層：3D外殼底層·高：2.8mm·通孔直徑：3.2mm·壁厚：1.2mm·加強(qiáng)筋：否·沉頭孔：是，高度1.6mm，直徑5.8mm。選中放置好的沉頭孔復(fù)制，其余3個(gè)沉頭孔粘貼即可。沉頭孔預(yù)覽效果圖如圖11-17所示。圖11-17沉頭孔預(yù)覽效果圖11.4挖槽區(qū)域

在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中常涉及各類連接器件，在PCB布局時(shí)要求連接器需放置在板子邊緣方便安裝與測(cè)試，在3D外殼設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)PCB的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開槽操作是非常重要的。這一節(jié)我們來(lái)學(xué)習(xí)挖槽區(qū)域的放置，其中涉及側(cè)面挖槽以及頂層/底層挖槽區(qū)域的放置。11.4.1側(cè)面挖槽

側(cè)面指的是3D外殼的四周，包括上下殼與前后左右四個(gè)面，在進(jìn)行側(cè)面挖槽時(shí)需先在所需挖槽面放置一根基準(zhǔn)線，在頂部菜單執(zhí)行“放置”→“3D外殼-側(cè)面基準(zhǔn)線”命令，在所需挖槽側(cè)面放置基準(zhǔn)線，在基準(zhǔn)線放置過(guò)程中可按住鍵盤上的“Shift”鍵，這樣可水平或豎直將基準(zhǔn)線拉出，保持基準(zhǔn)線的水平或豎直；每個(gè)面放置一個(gè)基準(zhǔn)線即可，若不需要挖槽的面無(wú)需放置基準(zhǔn)線。11.4.1側(cè)面挖槽

基準(zhǔn)線放置后，開始進(jìn)行側(cè)面挖槽操作，在頂部菜單執(zhí)行“放置”→“3D外殼-側(cè)面挖槽區(qū)域”→“矩形”命令，首先選擇基準(zhǔn)線，鼠標(biāo)左擊預(yù)先放置好的基準(zhǔn)線后，開始在基準(zhǔn)線外側(cè)繪制開槽形狀，同時(shí)3D預(yù)覽視圖也會(huì)同步挖槽效果，如圖11-18所示。圖11-18挖槽區(qū)域與挖槽區(qū)域?qū)崟r(shí)預(yù)覽圖11.4.1側(cè)面挖槽

在PCB編輯界面調(diào)整挖槽區(qū)域的尺寸，3D預(yù)覽視圖同步顯示調(diào)整的結(jié)果；如要精確調(diào)整挖槽區(qū)域的尺寸，在PCB編輯界面選中挖槽區(qū)域，在屬性面板調(diào)整尺寸，還可以在屬性面板給矩形到個(gè)圓角，設(shè)置圓角半徑為1mm。圖11-18挖槽區(qū)域與挖槽區(qū)域?qū)崟r(shí)預(yù)覽圖11.4.1側(cè)面挖槽

在實(shí)時(shí)預(yù)覽圖中可以將爆炸圖展開或折疊查看開槽區(qū)域是否合適，將爆炸圖展開的效果，如圖11-19所示；調(diào)整挖槽區(qū)域時(shí)可通過(guò)鍵盤上的上下左右方向鍵移動(dòng)挖槽位置，也可以直接使用鼠標(biāo)拖動(dòng)挖槽大小與位置，選中挖槽區(qū)域后可在右側(cè)挖槽屬性中對(duì)齊進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。圖11-19爆炸圖展開的效果11.4.1側(cè)面挖槽

介紹幾個(gè)重要參數(shù)：挖槽深度：指的是從邊框外側(cè)向內(nèi)挖槽的深度，深度長(zhǎng)一些可直接貫穿兩側(cè)邊框；挖槽選項(xiàng)：可選位置處挖槽的物體，挖槽方向上的物體都會(huì)被挖空，可以嘗試在有螺絲柱的位置挖個(gè)槽看看效果；矩形輪廓：在這里可以準(zhǔn)確設(shè)置挖槽的形狀大小和參數(shù)，如果想有一個(gè)圓滑點(diǎn)的邊角可通過(guò)設(shè)置圓角半徑即可得到。11.4.2頂層/底層挖槽

在外殼設(shè)計(jì)中不僅需要側(cè)面挖槽，頂層和底層也經(jīng)常根據(jù)需要放置挖槽區(qū)域，比如屏幕區(qū)域，按鍵控制區(qū)域等。在數(shù)字鐘項(xiàng)目中，數(shù)碼管位置與按鍵控制位置都需要進(jìn)行開槽處理。在放置頂面和底面挖槽前首先打開PCB編輯頁(yè)面右側(cè)的圖層屬性，若要先放置頂面挖槽，則右側(cè)圖層屬性需選擇3D外殼分類中的頂層，如圖11-20所示。圖11-21為頂部挖槽效果示意圖。11.4.2頂層/底層挖槽圖11-20

圖層屬性設(shè)置頁(yè)面圖11-21

電子鐘頂部挖槽示意圖11.4.2頂層/底層挖槽

（1）數(shù)碼管顯示挖槽區(qū)域：寬51mm，高20mm；挖槽深度：5mm（挖穿）。

在PCB編輯界面，在頂部菜單執(zhí)行“放置”→“3D外殼-頂面/底面挖槽區(qū)域”→“矩形”命令，點(diǎn)擊數(shù)碼管的左上角，確定挖槽的一個(gè)點(diǎn)，再點(diǎn)擊數(shù)碼管的右下角，確定挖槽的另一個(gè)點(diǎn)，按鼠標(biāo)右鍵退出挖槽模式；選中挖槽的矩形框，調(diào)整挖槽的尺寸，如圖11-22所示。11.4.2頂層/底層挖槽圖11-22電子鐘頂層挖槽11.4.2頂層/底層挖槽

（2）按鍵挖槽區(qū)域：半徑3.25mm，挖槽深度：5mm（挖穿）；

在頂部菜單執(zhí)行“放置”→“3D外殼-頂面/底面挖槽區(qū)域”→“圓形”命令，點(diǎn)擊圓心，確定挖槽的一個(gè)點(diǎn)，再點(diǎn)擊半徑，確定挖槽的另一個(gè)點(diǎn)，按鼠標(biāo)右鍵退出挖槽模式；選中挖槽的圓形框，調(diào)整挖槽的尺寸，如圖11-23所示。（3）蜂鳴器發(fā)聲位置：任意放置多個(gè)0.7mm的圓形小孔；11.4.2頂層/底層挖槽圖11-23設(shè)計(jì)完成的機(jī)殼11.4.2頂層/底層挖槽

（4）放置一個(gè)與PCB大小一致的頂部挖槽區(qū)域，挖槽深度為1mm。

在進(jìn)行頂層或底層挖槽時(shí)還可以對(duì)挖槽深度進(jìn)行設(shè)置，由于外殼整體厚度默認(rèn)是1.5mm，可以在頂層挖一個(gè)1mm的槽孔，那么上殼頂部就出現(xiàn)一個(gè)內(nèi)嵌的區(qū)域預(yù)留用于面板設(shè)計(jì)，如圖11-23所示。11.5

3D文件的導(dǎo)出與生產(chǎn)

完成3D外殼設(shè)計(jì)后下一步需要進(jìn)行生產(chǎn)文件的導(dǎo)出與生產(chǎn)，這里的生產(chǎn)文件指的是3D打印所需的STL文件格式，如果還需進(jìn)行下一步處理還可以導(dǎo)出STEP文件格式。在PCB編輯界面的頂部菜單執(zhí)行“導(dǎo)出”→“3D外殼文件”命令，彈出導(dǎo)出3D外殼文件彈窗，如圖11-25所示。圖11-