基于SolidWorks的钣金件立体展开放样

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钣金件的展开放样，传统的方法有作图法、计算法以及在计算法基础上产生的系数法。本文利用SolidWorks软件对钣金件进行辅助放样，具有放样准确，成形后零件精度高等优点。SolidWorks软件是第一个基于Windows开发的三维CAD尺寸驱动式机械设计系统，易学、易用且功能强大，近几年在工程设计领域得到广泛使用。它的主要功能是零件三维造型设计、装配设计、图样生成。在钣金件展开放样领域利用SolidWorks软件，是其功能的一项拓展，该软件提供了利用3D草图命令直接绘制3D草图的功能，在友好的用户界面下，象绘制线架图一样，在空间直接画草图，这一功能是该软件的一项特色，在主流实体造型领域内是独一无二的，笔者充分利用这一命令同时借助其他命令，如2D草图、添加"几何关系"、"参数几何体"等，按照零件的实际尺寸，很容易绘制出零件的空间线框图。在此基础上利用软件尺寸驱动功能，对零件的几何构成线段进行"智能标注"计算，直接准确计算出各线段的长度。为钣金件的展开放样提供了准确的数值。相对传统的作图法、计算法等，该方法准确、快捷，可节省大量的时间。尤其在对复杂钣金件展开放样方面，其优势更为明显。本文以较为复杂的方圆连接管、方矩锥管为例，详细介绍该类钣金件立体放样过程。
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1天圆地方管件的展开放样
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天圆地方是常用的工程管件，可以用作方管和圆管之间的连接。按照方管和圆管之间相对位置，有正心方圆连接管、双偏心方圆连接管等，如图1所示为工程实际中较为复杂的圆斜顶矩形底双偏心连接管。圆顶和底面有一定的夹角。上顶圆的圆心和矩形中心不同心。如果采用传统的计算法，就要对该类型的管件查找相对应的公式，计算出立体几何线段的长度，然后进行平面放样。天圆地方的形式不一样，计算公式也不一样。利用SolidWorks软件对钣金件进行辅助放样方法，可适用各种形式的天圆地方管件。

以图1所示圆斜顶矩形底双偏心连接管为例，说明其立体放样过程，其他方圆连接管均可按照此方法进行放样。
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) P+ h/ t/ k5 d0 F8 i, i9 Z5 @2 {+ ~
5 t& V9 T6 Y: w8 ^" j4 y2 m从图2中可以看出，圆斜顶中心与矩形中心偏移的坐标为x=200mm,y=150mm，圆顶与矩形底的夹角为30°。圆的直径为娜20mm,矩形长x宽为1800mm*1400mm。


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7 N# S0 h% U7 t从图3中看出只要求出h尺寸和L1~L16中的12个尺寸，就可以进行平面展开放样，其中L4和L5,L8和L9,L12和L13,L1和L16四对尺寸中，只要求其中四个即可，如4,L8,L12,L1。

: h3 V3 F0 E6 I7 o" }* ^下面以上述尺寸方圆管为例，详述基于SolidWorks的L1~L16和h尺寸求解过程。

8 @! c8 M) v& a# P% c3 i0 c1.1在上视图基准面绘制1800mm*1400mm矩形2D草图
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1)选择上视图基准面绘制草图，选择矩形命令，绘制任意尺寸矩形。
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6 i6 L0 G% T7 C! L$ V+ V2)选择"智能尺寸"命令，标注如图4所示的尺寸，以矩形任意相对称的两个边的中点绘制中心线。

3)选择"添加几何关系"命令，选择中心线和坐标原点，选择中点，使矩形中心位于坐标原点0(见图4)。


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1.2绘制圆斜顶中心点位置

! }8 W: b: L( ~1)选择"草图绘制"、"3D草图"、"中心线"命令，以坐标原点为起点，按住"Tab"键，在X,Y,Z方向切换，分别绘制空间线段，如图5所示。


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+ u4 T/ C! y/ K% ]2)选择"智能尺寸"命令，标注尺寸x=200mm,y=150mm,z=1040mm,150mm线段的终点为圆斜顶中心点位置，如图5所示。
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& u% p+ D& M' Q& t4 m% u1.3创建通过圆斜顶的"基准面1"
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选择"退出草图"命令，选择"参考几何体"，创建基准面命令;选择通过直线，选择15Omm直线;选择角度，输人倾角30°;选择上视基准面，建立通过圆斜顶的"基准面1"。如图6所示。
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1.4在"基准面1"上绘制圆斜顶Φ820mm2D草图
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  E! Q8 u6 j! l1)在"基准面1"上绘制2D草图Φ820mm
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2)退出"草图绘制"状态，选择"参考几何体"，选择"点"，选择均匀分布，填写数量12，选择Φ820mm出现如图7所示的分布点。

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: x8 B8 g( I% _# V6 I. O1.5从Φ820mm圆上的12个特征点向1800mm*1400。矩形四个角点作3D连接

1)点击"草图绘制"、"3D草图"、"直线"命令，分别从12个特征点向矩形四个角点作3D连线。

2)选择"中心线"命令，从点12向矩形边1400引垂线如图8所示。
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1.6"智能标注"计算各线段的长

选择"智能标注"命令，分别选择各线段，计算出各线段长度。

! S' c- m  u! K* J& O# Q1 j  m其中，标注L4后，再标注L5，计算机会出现提示"过定义"，说明L5尺寸，是"从动"尺寸，可以不计算。L9，L13，L16。同样如此。为了说明问题，本文全部计算出来，如图9所示。


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"智能标注"计算结果如表1所示。
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$ i% Z  F" c; F3 a: u- J% B依据上述尺寸，即可对管件进行平面放样下料。
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; c5 Q! M' s1 E/ u- V3 [2方矩锥管的展开放样
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方矩锥管是由正四棱锥台演变的各种形式的六面体。如图10所示为两端口相交30°双偏心方矩锥管，在生产实际中还有各种各样锥管，如:正方形锥管，两端口(上、下底)为正方形，两端口平行且同心方矩锥管，两端口平行双偏心方矩锥管，两端口垂直且双偏心方矩锥管等，本文以图10方矩锥管为例，进行放样计算。
2 O7 x! L9 K- Q0 ^9 H1 c如图11所示，上端口尺寸，长*宽=630mm*300mm，下端口尺寸长*宽=472mm*350mm，下端口平面和水平面的倾斜角度为300，下端口最低点和上端口的距离为394mm，上端口和下端口在X和Y方向的中心偏移距离分别为265mm和200mm。下端口中心至上端口在Z方向的距离为h=306.5mm.
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; Z0 X. {* P. B9 h图l2所示为方矩锥管的平面展开示意图，从图12中可以看出，只要求出L1、L2、L3、L4、L5、L6六个尺寸，就可以对方矩锥管进行平面展开放样。
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& _; s) ]9 M! i5 K! [图12中各尺寸名称如下1、L3为左板棱线长;L2为左板对角线长;L4为前板对角线长;L5为右板中线长(或右板高);L6为后板对角线长。


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基于SolidWorks上述尺寸的求解过程(略)与天圆地方管件相似，过程中还省略了等分点的确定，对零件进行空间线框造型后，再进行"标注计算"，如图13所示。
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) P9 g* x: V( E- @7 u0 X' i( O0 K"智能标注"计算结果如表2所示。

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综上所述，可以看出，利用SolidWorks软件对天圆地方、方矩锥管类零件进行立体放样简单快捷，只要熟悉掌握软件的几个相关命令，对零件进行1:1的空间线框造型，然后进行"智能标注"就准确地计算出零件的特征线段长度，对于上述两类零件，不管其尺寸大小、复杂程度如何，只要参照上述步骤进行，均能快速地计算出结果，为进行平面放祥下料提供了可靠依据。相对于传统的放样方法，该方法不仅提高了效率，而且准确度大大提高。在计算机辅助设计应用越来越广泛的今天，是值得推广的一种新的立体放样方