基于SolidWorks的鈑金箱體結構逆向設計實現

摘 要：介紹了基于SolidWorks的逆向設計法在鈑金箱體結構設計中的應用。鈑金箱體逆向設計法相比于傳統的結構設計方法具有良好的可視性和裝配性，能夠很好的滿足功能需求，縮短設計周期，提高生產效率。

關鍵詞：SolidWorks 鈑金箱體 逆向設計 干涉檢查

中圖分類號：TG24文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2011）12（b）-0066-01

1 引言

隨著計算機輔助設計技術的不斷發展，CAD/CAM技術已經廣泛地運用于各種機械產品的結構設計。而SolidWorks更是憑借其基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統[1]及其參數化和特征建模技術，形成友好的操作界面與設計環境，被廣泛地應用于各種機械產品的設計生產中。目前，基于SolidWorks的機械產品結構設計的相關報道主要集中在模具[1]、支架[2]、實體零件[3]（實心非閉合）以及機械運動構件[4]上，而針對鈑金箱體結構設計的報道較少。本文針對目前裝備制造業中普遍采用的傳統SolidWorks鈑金箱體結構設計方法之不足，介紹一種新的鈑金箱體結構設計方法，即逆向設計法。

2 傳統鈑金箱體結構設計方法的不足

由于鈑金箱體的閉合特性，不可能由單一實體直接加工成形，而必須由若干鈑金零部件通過一定的連接最終形成。而且，鈑金零件往往是通過折彎、沖裁、拉伸、成形等特有的加工方法獲得的，具有自身的特點。因此，必須合理設計構件箱體的鈑金零件，使其既要滿足裝配及功能需求，還要便于生產制造。

傳統的基于SolidWorks的鈑金箱體設計方法是利用其實體建模或鈑金工具，設計出組成鈑金箱體的各個零件，然后通過SolidWorks裝配功能，對這些零件進行模擬裝配。裝配中發現干涉后再重新修改設計，零件再裝配。這一過程經過反復循環，直到滿足裝配及功能上的需求，最后才能輸出工程圖，進行生產制造。這種設計方法雖比先前的二維CAD設計有了很大的優越性，但是仍然存有不足之處，可概括為以下幾個方面：一直觀性差；二裝配性差； 三可制造性差；四費時費力。

為了克服傳統SolidWorks鈑金箱體結構設計方法的不足之處，可以考慮將鈑金箱體進行逆向設計，即逆向設計法。鈑金箱體的逆向設計過程可歸納為：先利用SolidWorks的實體建模功能，構建出符合設計意愿的整機實體模型；然后，在充分考慮制造精度及裝配間隙的基礎上，將此實體模型拆分成若干適合鈑金加工的實體零件，并對拆分后的零件做適當修改，使其結構合理化；最后，通過SolidWorks將實體零件轉換成鈑金零件，并進行零部件裝配以及干涉檢查，得到最終的鈑金零件模型，并輸出生產加工圖紙。下面以一電氣設備的鈑金箱體設計為例，對該逆向設計法加以闡述。

3 鈑金箱體的逆向設計

3.1 整機實體建模

鈑金箱體的整機實體建模是設計者根據箱體內置裝置的形狀尺寸和安裝環境尺寸要求等諸多因素，設計出鈑金箱體的整體形狀尺寸和大小。再根據設計期望，通過SolidWorks的“拉伸凸臺/基體”、“拉伸切除”等多種特征建模工具，構建出鈑金箱體的整機實體模型。鈑金箱體實體模型應滿足裝配要求和功能性要求，外形符合預期期望。

通過對鈑金箱體的整機實體建模，能夠使設計者對所設計的鈑金箱體有一個整體和直觀地把握，可判斷其能否滿足安裝和使用性的要求，并對其結構合理性做進一步修改，以達到預期設計要求。

3.2 鈑金零件的拆分及轉換

當鈑金箱體的整機實體模型完成后，便可根據便于制造的原則，將整機實體模型拆分為若干實體零件。在將整機實體模型拆分為實體零件的過程中，通常用到以下兩種方法：

1）利用SolidWorks自有的特征工具中的“分割”功能，指定合適的分割面，將整機實體模型分割成若干便于制造的實體零件，然后分別執行“另存為”命令；

2）設計者根據自己對整機實體模型的把握和已有的設計經驗，將整機實體模型拆分后，重新建模，分別構建出組成箱體的若干零件。

3.3 零件的合理修改

拆分后的鈑金零件在結構合理性上可能存在有較多缺陷。這是因為拆分后的各個零件之間還必須滿足一定的裝配關系才能構成鈑金箱體，所以各個零件的連接部位需要進行合理地再修改；其次，在設計鈑金零件時，必須考慮鈑金零件的獨特加工方法，如：折彎、沖裁、拉伸、成形等。這些加工方法對鈑金零件的設計提出了構造要求，如：最小折彎半徑、最小沖裁孔徑等要求[6]；最后，在保證各個零件安裝尺寸的同時，還應兼顧其外形美觀和安全性要求，鈑金零件往往設計有邊線法蘭或者褶邊。

3.4 零件裝配與干涉檢查

上述的各鈑金零件設計完成后，就可以應用SolidWorks軟件進行模擬裝配和干涉檢查。SolidWorks自有的模擬裝配和干涉檢查功能可以很方便的幫助設計人員發現鈑金箱體結構設計中可能存在的干涉和其他裝配問題，以便及時改正，提高生產效率，降低生產成本。

SolidWorks模擬裝配的操作過程為：新建裝配體文件→插入零件→插入新零部件→選擇合適配合方式→總裝配體。在形成總裝配體后，應利用SolidWorks的“評估”工具中的干涉檢查功能對裝配體進行干涉檢查，以便及時發現設計中存在的干涉問題。SolidWorks的干涉檢查有靜態（穩態）干涉檢查和動態干涉檢查兩種檢查方法[7]，由于該鈑金箱體不涉及機構運動，故只需對其進行靜態干涉檢查。在進行干涉檢查發現設計存在干涉時，應對照干涉結果仔細修改結構設計，直至零干涉為止。

當干涉檢查結果為“無干涉”且裝配體無其他裝配問題時，便可以將三維模型輸出為二維工程圖紙開始生產。

4 結語

Solidworks的參數化特征建模功能和便捷的鈑金工具使得它在現代鈑金箱體結構設計中的應用越來越廣泛，同時也出現了多元化的基于SolidWorks的鈑金箱體結構設計方法。本文在分析了傳統的鈑金箱體結構設計方法的不足之后，提出了逆向設計法這一新穎鈑金箱體結構設計方法。逆向設計法的先構建整機實體模型后設計箱體零件的設計思路，能夠更好的保證產品適應裝配性要求、功能性要求和工藝性要求。實踐證明采用逆向設計法能夠減少設計者的勞動強度，縮短設計周期，提高生產效率。

參考文獻

[1]宋春明，張士勇.基于SolidWorks的沖壓模具標準模架庫設計[J].制造技術與機床，2010

[2]黃圣英.Solidworks軟件在液壓支架研制中的應用探討[J].中州煤炭，2010

[3]張秀紅，劉明璽.基于SolidWorks的零件快速設計[J].新技術新工藝，2010

①作者簡介：孫宜華（1970-），湖北宜昌人，副教授，碩導，工學博士，現在三峽大學機械與材料學院從事材料成型與控制工程專業的教學與科研工作。