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基于SolidWorks的钣金箱体结构逆向设计实现
作者：孙宜华 万竹林
来源：《科技创新导报》2011年第35期
摘 要：介绍了基于SolidWorks的逆向设计法在钣金箱体结构设计中的应用。钣金箱体逆向设计法相比于传统的结构设计方法具有良好的可视性和装配性，能够很好的满足功能需求，缩短设计周期，提高生产效率。
关键词：SolidWorks 钣金箱体 逆向设计 干涉检查
中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2011）12（b）-0066-01 1 引言
随着计算机辅助设计技术的不断发展，CAD/CAM技术已经广泛地运用于各种机械产品的结构设计。而SolidWorks更是凭借其基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统[1]及其参数化和特征建模技术，形成友好的操作界面与设计环境，被广泛地应用于各种机械产品的设计生产中。目前，基于SolidWorks的机械产品结构设计的相关报道主要集中在模具[1]、支架[2]、实体零件[3]（实心非闭合）以及机械运动构件[4]上，而针对钣金箱体结构设计的报道较少。本文针对目前装备制造业中普遍采用的传统SolidWorks钣金箱体结构设计方法之不足，介绍一种新的钣金箱体结构设计方法，即逆向设计法。 2 传统钣金箱体结构设计方法的不足
由于钣金箱体的闭合特性，不可能由单一实体直接加工成形，而必须由若干钣金零部件通过一定的连接最终形成。而且，钣金零件往往是通过折弯、冲裁、拉伸、成形等特有的加工方法获得的，具有自身的特点。因此，必须合理设计构件箱体的钣金零件，使其既要满足装配及功能需求，还要便于生产制造。
传统的基于SolidWorks的钣金箱体设计方法是利用其实体建模或钣金工具，设计出组成钣金箱体的各个零件，然后通过SolidWorks装配功能，对这些零件进行模拟装配。装配中发现干涉后再重新修改设计，零件再装配。这一过程经过反复循环，直到满足装配及功能上的需求，最后才能输出工程图，进行生产制造。这种设计方法虽比先前的二维CAD设计有了很大的优越性，但是仍然存有不足之处，可概括为以下几个方面：一直观性差；二装配性差； 三可制造性差；四费时费力。
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为了克服传统SolidWorks钣金箱体结构设计方法的不足之处，可以考虑将钣金箱体进行逆向设计，即逆向设计法。钣金箱体的逆向设计过程可归纳为：先利用SolidWorks的实体建模功能，构建出符合设计意愿的整机实体模型；然后，在充分考虑制造精度及装配间隙的基础上，将此实体模型拆分成若干适合钣金加工的实体零件，并对拆分后的零件做适当修改，使其结构合理化；最后，通过SolidWorks将实体零件转换成钣金零件，并进行零部件装配以及干涉检查，得到最终的钣金零件模型，并输出生产加工图纸。下面以一电气设备的钣金箱体设计为例，对该逆向设计法加以阐述。 3 钣金箱体的逆向设计 3.1 整机实体建模
钣金箱体的整机实体建模是设计者根据箱体内置装置的形状尺寸和安装环境尺寸要求等诸多因素，设计出钣金箱体的整体形状尺寸和大小。再根据设计期望，通过SolidWorks的“拉伸凸台/基体”、“拉伸切除”等多种特征建模工具，构建出钣金箱体的整机实体模型。钣金箱体实体模型应满足装配要求和功能性要求，外形符合预期期望。
通过对钣金箱体的整机实体建模，能够使设计者对所设计的钣金箱体有一个整体和直观地把握，可判断其能否满足安装和使用性的要求，并对其结构合理性做进一步修改，以达到预期设计要求。
3.2 钣金零件的拆分及转换
当钣金箱体的整机实体模型完成后，便可根据便于制造的原则，将整机实体模型拆分为若干实体零件。在将整机实体模型拆分为实体零件的过程中，通常用到以下两种方法： 1）利用SolidWorks自有的特征工具中的“分割”功能，指定合适的分割面，将整机实体模型分割成若干便于制造的实体零件，然后分别执行“另存为”命令；
2）设计者根据自己对整机实体模型的把握和已有的设计经验，将整机实体模型拆分后，重新建模，分别构建出组成箱体的若干零件。 3.3 零件的合理修改
拆分后的钣金零件在结构合理性上可能存在有较多缺陷。这是因为拆分后的各个零件之间还必须满足一定的装配关系才能构成钣金箱体，所以各个零件的连接部位需要进行合理地再修改；其次，在设计钣金零件时，必须考虑钣金零件的独特加工方法，如：折弯、冲裁、拉伸、成形等。这些加工方法对钣金零件的设计提出了构造要求，如：最小折弯半径、最小冲裁孔径等要求[6]；最后，在保证各个零件安装尺寸的同时，还应兼顾其外形美观和安全性要求，钣金零件往往设计有边线法兰或者褶边。
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3.4 零件装配与干涉检查
上述的各钣金零件设计完成后，就可以应用SolidWorks软件进行模拟装配和干涉检查。SolidWorks自有的模拟装配和干涉检查功能可以很方便的帮助设计人员发现钣金箱体结构设计中可能存在的干涉和其他装配问题，以便及时改正，提高生产效率，降低生产成本。 SolidWorks模拟装配的操作过程为：新建装配体文件→插入零件→插入新零部件→选择合适配合方式→总装配体。在形成总装配体后，应利用SolidWorks的“评估”工具中的干涉检查功能对装配体进行干涉检查，以便及时发现设计中存在的干涉问题。SolidWorks的干涉检查有静态（稳态）干涉检查和动态干涉检查两种检查方法[7]，由于该钣金箱体不涉及机构运动，故只需对其进行静态干涉检查。在进行干涉检查发现设计存在干涉时，应对照干涉结果仔细修改结构设计，直至零干涉为止。
当干涉检查结果为“无干涉”且装配体无其他装配问题时，便可以将三维模型输出为二维工程图纸开始生产。 4 结语
Solidworks的参数化特征建模功能和便捷的钣金工具使得它在现代钣金箱体结构设计中的应用越来越广泛，同时也出现了多元化的基于SolidWorks的钣金箱体结构设计方法。本文在分析了传统的钣金箱体结构设计方法的不足之后，提出了逆向设计法这一新颖钣金箱体结构设计方法。逆向设计法的先构建整机实体模型后设计箱体零件的设计思路，能够更好的保证产品适应装配性要求、功能性要求和工艺性要求。实践证明采用逆向设计法能够减少设计者的劳动强度，缩短设计周期，提高生产效率。 参考文献
[1] 宋春明,张士勇.基于SolidWorks的冲压模具标准模架库设计[J].制造技术与机床,2010 [2] 黄圣英.Solidworks软件在液压支架研制中的应用探讨[J].中州煤炭,2010 [3] 张秀红,刘明玺.基于SolidWorks的零件快速设计[J].新技术新工艺,2010
①作者简介：孙宜华（1970-），湖北宜昌人，副教授，硕导，工学博士，现在三峡大学机械与材料学院从事材料成型与控制工程专业的教学与科研工作。