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[摘 要]本文介绍应用SolidWorks软件进行钣金零件的辅助设计，减少设计缺陷，提高加工能力和效率，使钣金设计人员更关注于设计而非花费大量时间致力于绘图。
[关键词]钣金，辅助设计，SolidWorks
中图分类号：V261.2+8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0076-01
1 前言
随着机械设计水平的不断发展，计算机辅助设计CAD/CAE/CAM一体化软件显示出其高效能的优势，SolidWorks便是其中佼佼者之一。SolidWorks将机械设计与生产的全过程集成在一起，它采用参数化的及面向零件的3D实体模型的设计制造技术，改变了传统的设计理念，为设计者提供了一种更直观、更有效、更快捷的设计工具。在机械制造中，利用SolidWorks软件可以创建实体零件模型及装配实体，它具有运动模拟功能，虚拟装配功能，生成工程图功能，高级数控功能等，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。本文仅就SolidWorks软件的钣金模块在钣金设计与制造中的应用，作初步探讨。
2 钣金概述
钣金件是利用金属的可塑性，针对金属薄板（一般指6mm以下）通过折弯、冲裁、成型等工艺，制造出单个零件，然后通过焊接、铆接等组装成完整的钣金件。其显著的特征是同一零件的厚度一致。由于钣金成形具有材料利用率高、重量轻、设计及操作方便等特点，所以钣金件的应用十分普遍。
钣金零件传统的设计方法是钣金工程师在大脑里构思三维的产品，再通过大脑的几何投影，把产品表现在二维图样上，工程师有一大半的工作量是在三维实体和二维工程图的相互转化和繁琐的查表、计算中，而制造工人又要把二维的图样在大脑中反映出三维的实体然后进行加工—划线（放样展开）、裁料、成形、联接和装配，费时费事，将计算机辅助设计制造（例如SolidWorks）应用到钣金零件制造业中，则可以使钣金零件的设计非常快捷，制造装配效率得以显著提高。
3 SolidWorks钣金的使用过程
3.1 钣金设计
在SolidWorks软件的支持下，能直接以三维概念开始设计，直观、准确地表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论。SolidWorks软件提供了专供钣金设计制造的钣金设计模块，它帮助钣金工程师利用设计与制造相关联的观点来优化设计过程，从板料的生成，各道工序的完成来逐步创建钣金零件，它可以看作是一个加工钣金零件的虚拟环境，工程师可以直接在计算机上进行零件设计和装配，产品的制作過程与真实的产品制造过程几乎没有差别，计算机屏幕上的三维图像就是未来的产品形状。
可以应用SolidWorks的ScanTo3D插件来处理网格或点云等扫描文件，采用逆向工程进行产品设计，快速生成实体模型[1]。而逆向设计法先构建整机实体模型再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[2]。
3.2 钣金展开
在钣金零件设计完成后，为便于加工，都要将其转化为展开图，以确定所需板料大小及板料的形状等。在传统的钣金零件展开时，都通过人工凭经验计算获得。这样有三个缺点：第一，工作量大，展开过程繁琐；第二，效率低，在展开时对于一般工程师而言易产生错误；第三，精度低，大部分展开凭经验获得，造成物料和人工的大量浪费。
SolidWorks钣金模块的自动展开功能，可完成钣金零件的自动展开。创建钣金工程图时，系统会自动创建一个平板形式的配置，该配置可以用于创建零件展开状态的视图。对于展开后板料的形状和大小，均可通过自动计算获得，因此拥有高速、高精度、零错误率以及操作简捷的优点。用折弯半径R和钣金件展开尺寸的修正系数α，生成实用的折弯系数表，SolidWorks软件能够更加快速、准确地自动生成钣金件展开图，及各展开尺寸的精确值[3]。
3.3 加工工艺的输出
SolidWorks可生成完整的、车间认可的详细工程图。工程图是完全相关的，当修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。三维模型可以自动产生工程图，包括视图、钣金展开图、尺寸和标注。使用RapidDraft技术可以将工程图与三维零件和装配体脱离进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。
利用SolidWorks可以方便、快捷、准确地绘制出各种需要的工序图，方便后续工序的制作和检验。利用SolidWorks可以大大提高二维图纸的准确性和出图效率。
3.4 排样
通过与SolidWorks无缝集成的CAMWorks Nesting，可直接调用SolidWorks下所设计的零件或装配体，当零件或装配更新后，相关的CAMWorks Nesting的部分都会即时刷新。可以轻松的把SolidWorks的3D模型和SolidWorks的三维装配体零件当作钣金零件来进行套料排样。可在一块毛坯料上对若干品种的零件进行多种优化排样。只需提供零件的种类，每种零件的数量以及所用板料的规格，系统即可进行“自动排样”，并对不同的组合布局进行择优选择。该模块还能优化冲压工序，减少刀具更换，使冲压零件时板材重定位最少，还可以在交互式图形方式下直接在板材上进行排样。
3.5 数控加工程序的编制与输出
CAMWorks是一款基于直观的实体模型的CAM软件，为公众认可的SolidWorks设计软件提供了先进的加工功能。CAMWorks在自动可加工特征识别（AFR） 以及交互特征识别 （IFR）方面处于国际领先地位。CAMWorks提供了真正跟随SolidWorks设计模型变化的加工自动关联，消除了设计更新后重新进行编程上的时间浪费。CAMWorks提供了完备的编程手段供编程人员选用。编程人员可以根据需要进行数控编程。利用CAMWorks的加工仿真模块可以对编制的程序进行加工仿真，若加工效果不理想，可以及时修正，从而获得最理想的加工效果。
3.6 钣金的数控加工
利用相应的后置处理文件，把刀位文件转化成机床能够识别的NC代码程序，通过串行接口输入到相应的数控机床，进行钣金零件的数控加工。
3.7 钣金加工检验
SolidWorks Inspection 是一款用于首件产品检查 （FAI） 和过程中检查的软件，该软件让带零件序号的检查工程图和检查报告的创建过程得到了极大简化并实现了高度自动化。它包括独立的应用程序和 SolidWorks 插件，它们让用户能够充分利用其旧制数据，无论这些旧制数据是 SolidWorks 文件、PDF 还是 TIFF。SolidWorks Inspection Professional 提供了多种向检查项目中直接输入测量值的方式，从而扩展了 SolidWorks Inspection 的功能。用户可以通过手动键入、使用数显卡尺或导入 CMM 结果来输入每个特性的值。
4 结束语
利用SolidWorks软件进行钣金零件的辅助设计，可彻底地将工程师从零件图和展开图绘制的繁琐过程中解脱出来而更关注于设计，与传统的的设计过程相比更直观、更高效，利用相关插件进行分析，最大限度地减少了设计缺陷，提高了加工能力和效率。总之，SolidWorks钣金模块的应用可以极大提高钣金设计工作效率，减少材料浪费，优化结构设计和加工工艺设计，减少错误。
参考文献
[1] 詹迪维主编.SolidWorks高级应用教程（2012中文版）[M].北京：机械工业出版社，2012.
[关键词]钣金，辅助设计，SolidWorks
中图分类号：V261.2+8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0076-01
1 前言
随着机械设计水平的不断发展，计算机辅助设计CAD/CAE/CAM一体化软件显示出其高效能的优势，SolidWorks便是其中佼佼者之一。SolidWorks将机械设计与生产的全过程集成在一起，它采用参数化的及面向零件的3D实体模型的设计制造技术，改变了传统的设计理念，为设计者提供了一种更直观、更有效、更快捷的设计工具。在机械制造中，利用SolidWorks软件可以创建实体零件模型及装配实体，它具有运动模拟功能，虚拟装配功能，生成工程图功能，高级数控功能等，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。本文仅就SolidWorks软件的钣金模块在钣金设计与制造中的应用，作初步探讨。
2 钣金概述
钣金件是利用金属的可塑性，针对金属薄板（一般指6mm以下）通过折弯、冲裁、成型等工艺，制造出单个零件，然后通过焊接、铆接等组装成完整的钣金件。其显著的特征是同一零件的厚度一致。由于钣金成形具有材料利用率高、重量轻、设计及操作方便等特点，所以钣金件的应用十分普遍。
钣金零件传统的设计方法是钣金工程师在大脑里构思三维的产品，再通过大脑的几何投影，把产品表现在二维图样上，工程师有一大半的工作量是在三维实体和二维工程图的相互转化和繁琐的查表、计算中，而制造工人又要把二维的图样在大脑中反映出三维的实体然后进行加工—划线（放样展开）、裁料、成形、联接和装配，费时费事，将计算机辅助设计制造（例如SolidWorks）应用到钣金零件制造业中，则可以使钣金零件的设计非常快捷，制造装配效率得以显著提高。
3 SolidWorks钣金的使用过程
3.1 钣金设计
在SolidWorks软件的支持下，能直接以三维概念开始设计，直观、准确地表达出设计构思的全部几何参数，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论。SolidWorks软件提供了专供钣金设计制造的钣金设计模块，它帮助钣金工程师利用设计与制造相关联的观点来优化设计过程，从板料的生成，各道工序的完成来逐步创建钣金零件，它可以看作是一个加工钣金零件的虚拟环境，工程师可以直接在计算机上进行零件设计和装配，产品的制作過程与真实的产品制造过程几乎没有差别，计算机屏幕上的三维图像就是未来的产品形状。
可以应用SolidWorks的ScanTo3D插件来处理网格或点云等扫描文件，采用逆向工程进行产品设计，快速生成实体模型[1]。而逆向设计法先构建整机实体模型再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[2]。
3.2 钣金展开
在钣金零件设计完成后，为便于加工，都要将其转化为展开图，以确定所需板料大小及板料的形状等。在传统的钣金零件展开时，都通过人工凭经验计算获得。这样有三个缺点：第一，工作量大，展开过程繁琐；第二，效率低，在展开时对于一般工程师而言易产生错误；第三，精度低，大部分展开凭经验获得，造成物料和人工的大量浪费。
SolidWorks钣金模块的自动展开功能，可完成钣金零件的自动展开。创建钣金工程图时，系统会自动创建一个平板形式的配置，该配置可以用于创建零件展开状态的视图。对于展开后板料的形状和大小，均可通过自动计算获得，因此拥有高速、高精度、零错误率以及操作简捷的优点。用折弯半径R和钣金件展开尺寸的修正系数α，生成实用的折弯系数表，SolidWorks软件能够更加快速、准确地自动生成钣金件展开图，及各展开尺寸的精确值[3]。
3.3 加工工艺的输出
SolidWorks可生成完整的、车间认可的详细工程图。工程图是完全相关的，当修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。三维模型可以自动产生工程图，包括视图、钣金展开图、尺寸和标注。使用RapidDraft技术可以将工程图与三维零件和装配体脱离进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。
利用SolidWorks可以方便、快捷、准确地绘制出各种需要的工序图，方便后续工序的制作和检验。利用SolidWorks可以大大提高二维图纸的准确性和出图效率。
3.4 排样
通过与SolidWorks无缝集成的CAMWorks Nesting，可直接调用SolidWorks下所设计的零件或装配体，当零件或装配更新后，相关的CAMWorks Nesting的部分都会即时刷新。可以轻松的把SolidWorks的3D模型和SolidWorks的三维装配体零件当作钣金零件来进行套料排样。可在一块毛坯料上对若干品种的零件进行多种优化排样。只需提供零件的种类，每种零件的数量以及所用板料的规格，系统即可进行“自动排样”，并对不同的组合布局进行择优选择。该模块还能优化冲压工序，减少刀具更换，使冲压零件时板材重定位最少，还可以在交互式图形方式下直接在板材上进行排样。
3.5 数控加工程序的编制与输出
CAMWorks是一款基于直观的实体模型的CAM软件，为公众认可的SolidWorks设计软件提供了先进的加工功能。CAMWorks在自动可加工特征识别（AFR） 以及交互特征识别 （IFR）方面处于国际领先地位。CAMWorks提供了真正跟随SolidWorks设计模型变化的加工自动关联，消除了设计更新后重新进行编程上的时间浪费。CAMWorks提供了完备的编程手段供编程人员选用。编程人员可以根据需要进行数控编程。利用CAMWorks的加工仿真模块可以对编制的程序进行加工仿真，若加工效果不理想，可以及时修正，从而获得最理想的加工效果。
3.6 钣金的数控加工
利用相应的后置处理文件，把刀位文件转化成机床能够识别的NC代码程序，通过串行接口输入到相应的数控机床，进行钣金零件的数控加工。
3.7 钣金加工检验
SolidWorks Inspection 是一款用于首件产品检查 （FAI） 和过程中检查的软件，该软件让带零件序号的检查工程图和检查报告的创建过程得到了极大简化并实现了高度自动化。它包括独立的应用程序和 SolidWorks 插件，它们让用户能够充分利用其旧制数据，无论这些旧制数据是 SolidWorks 文件、PDF 还是 TIFF。SolidWorks Inspection Professional 提供了多种向检查项目中直接输入测量值的方式，从而扩展了 SolidWorks Inspection 的功能。用户可以通过手动键入、使用数显卡尺或导入 CMM 结果来输入每个特性的值。
4 结束语
利用SolidWorks软件进行钣金零件的辅助设计，可彻底地将工程师从零件图和展开图绘制的繁琐过程中解脱出来而更关注于设计，与传统的的设计过程相比更直观、更高效，利用相关插件进行分析，最大限度地减少了设计缺陷，提高了加工能力和效率。总之，SolidWorks钣金模块的应用可以极大提高钣金设计工作效率，减少材料浪费，优化结构设计和加工工艺设计，减少错误。
参考文献
[1] 詹迪维主编.SolidWorks高级应用教程（2012中文版）[M].北京：机械工业出版社，2012.