Solidworks中文版产品造型与钣金设计典型范例第一章.docx
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Solidworks中文版产品造型与钣金设计典型范例第一章
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
第1章SolidWorks2011产品与钣金设计基础
主要内容
●产品造型基础知识
●SolidWorks2011的功能与模块
●钣金设计基础
●基于SolidWorks2011的钣金
1.1产品造型基础
产品造型基础以设计领域中造型形态为中心展开，综合研究结构、材料、工艺、色彩、肌理等因素与造型形态的有机联系。
造型设计基础以造型为主要目的，注重培养学习者的艺术审美能力、创造性思维能力及实践动手能力，从而在此基础上培养新型的造型设计人才。
1.1.1产品的含义
产品是活动和过程的结果，可以是有形的、无形的，也可以是它们的组合。
产品分为以下4种通用的类别。
硬件：
如零件、部件、组件等。
软件：
如计算机程序、工作程序、信息、数据、记录等。
流程型材料：
如原材料、液体、气体、板材、线材等。
服务：
如保险、金融、运输等。
1.1.2产品设计方法
产品设计是一个将人的某种目的或需要转换为一个具体的物理形式或工具的过程，是把一种计划、规划设想、问题解决的方法，通过具体的载体，以美好的形式表达出来的一种创造性活动过程。
产品设计的方法一般有以下3种。
1．组合设计
组合设计（又称模块化设计）是将产品统一功能的单元，设计成具有不同用途或不同性能的可以互换选用的模块式组件，以便更好地满足用户需要的一种设计方法。
如图1-1所示的手机产品和剃须刀产品，都是组合设计的应用典范。
当前，模块式组件已广泛应用于各种产品设计中，并从制造相同类型的产品发展到制造不同类型的产品。
组合设计的核心是要设计一系列的模块式组件。
为此，要从功能单元设计，即研究几个模块式组件应包含多少零件、组件和部件，以及在组合设计时每种模块式组件需要多少等。
图1-1产品的组合设计
2．计算机辅助设计
计算机辅助设计是运用计算机的能力来完成产品和工序的设计。
其主要职能是设计计算和制图。
设计计算是利用计算机进行机械设计等基于工程和科学规律的计算，以及在设计产品的内部结构时，为使某些性能参数或目标达到最优而应用优化技术所进行的计算。
计算机制图则是通过图形处理系统来完成的，在这一系统中，操作人员只需把所需图形的形状、尺寸和位置的命令输入计算机，计算机就可以自动完成图形设计。
如图1-2所示为利用安装在计算机中的SolidWorks软件而进行辅助设计的机械产品。
图1-2计算机辅助设计
3．面向可制造与可装配的设计
面向可制造与可装配的设计是在产品设计阶段设计师与制造工程师进行协商探讨，利用这种团队工作，避免传统的设计过程中由“我设计，你制造”的方式而引起的各种生产和装配问题，以及因此产生额外费用的增加和最终产品交付使用的延误。
一项成功的设计，应满足多方面的要求。
这些要求有社会发展方面的，有产品功能、质量、效益方面的，也有使用要求或制造工艺要求。
一些人认为产品应该实用，因此，设计产品首先是功能，其次才是形状；而另一些人认为，设计应是丰富多采的、异想天开的和使人感到有趣的。
1.1.3产品设计准则
产品的好坏如同麦兜说的一样是以“销量”来衡量的。
但是这个词包括的范畴很广，要来细化审核交互设计局部的优缺点就要有一套产品设计准则去参考和衡量。
有很多公司以用户使用量、PV量、页面乐成率等衡量产品设计，但是这些往往都是涉及其他环节的影响，并且参考和测试的时间周期也比较长，所以在此给出一个产品设计准则——信息负荷度准则。
信息负荷度是产品对信息承载能力的一个衡量准则。
信息负荷度主要影响了产品的舒适度、可用性和易用性等方面。
它不仅体现产品设计的优劣，而且更多的是预估产品的舒适度。
这个准则要量化就一定要有数值的体现，体现这个准则的参数有很多，在此简单地介绍3个参数。
马赛克切割（MosaicIncision，MI）是利用人眼对焦映像原理，将页面使用马赛克晶体化技术进行切割，形成若干个相同的小正方形，每个小正方形的色调是取原界面正方形中心点的色调，最后形成一张低辨别的视觉导图，并且将界面处理成为可拆分的小面积众体。
色彩强度（ColorStrength）是指将MI的产品进行分化提取，剖析出近似色块的组合方法，并凭据色彩浓度将组合色块进行层级排序。
层级排序是凭据色彩浓度品级的坎坷进行排列的，层级越少、坎坷间浓度差别越大，色彩强度就越大，信息负荷度就越低；层级越多、坎坷间浓度差别越少，色彩强度就越小，信息负荷度就越高。
结构密度（DistributionDensity）是将色彩强度中的组合色块还原成原始界面结构，并凭据组合色块的内容特性和组合面积分成主块、次块和尾块三大块。
所有块的总量越多，密度越高，信息负荷度就越大。
1.2基于SolidWorks2011的产品设计
SolidWorks为达索系统（DassaultSystemesS.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。
达索公司负责系统性的软件供应并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。
该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。
SolidWorks采用了参数化和特征造型技术，能方便地创建任何复杂的实体、快捷地组成装配体、灵活地生成工程图，并可以进行装配体干涉检查、碰撞检查、钣金设计、生成爆炸图；利用SolidWorks插件还可以进行管道设计、工程分析、高级渲染、数控加工等。
可见，SolidWorks不只是一个简单的三维建模工具，而且是一套高度集成的CAD／CAE／CAM一体化软件，是一个产品级的设计和制造系统，为工程师提供了一个功能强大的模拟工作平台。
其软件新包装如图1-3所示。
图1-3SolidWorks软件包装
1.2.1SolidWorks2011的新功能
SolidWorks2011相对SolidWorks2009版本新增改进功能超300项，主要包括如下方面：
草图与特征。
边焊缝及高级梁壳模型。
装配体与配置。
SolidWorksEnterprisePDM2011新增功能。
Motion。
3DVIAComposer2011新功能。
工程图。
1．继续改善设计功能
SolidWorks2011大幅改善了工程图绘制功能，尺寸标注的操作将更为简洁。
这包括对多段文字可通过拖曳进行合并、多尺寸标注自动实现等间距布局、零件明细表和公差尺寸标注的灵活编辑等。
在装配图中，新版本提供了零部件详细信息的可视化功能，重量、材质、是否外购件、价格等参数还可直接导入Excel进行输出。
3D建模工具中增加了盆腔中段平面和相切平面的草图绘制功能，简化了高复杂度模型设计。
装配环境下允许进行零部件的精确镜面复制、运动干涉检查和参数化应力分析。
随上一版本推出的SpeedPak技术也得到进一步增强，该功能可在保持图形完整细节与关联性的同时降低计算机内存使用率，从而无须调用大量内存便可高效地创建和使用大型装配体及工程图。
此外，对直接导入的实体模型进行编辑是一个非常重要的新特性，这将大幅减少调用原有设计时的工作量。
用户界面使用了Instant3D技术的标尺，直接拖曳即可修改。
编辑工具将修改产生的新特征记录于特征树中，因此能轻而易举地将导入模型恢复成原始状态。
2．全新环保评估工具
不同于针对CAD的增强功能，在SolidWorks2011中还新增了一个用于评估设计对环境影响的工具，这是同类软件所没有的。
该工具的研发代号为Sage，以PEInternational公司的一款环境影响量化工具GaBi为基础。
GaBi用于量化材料、工艺、产品和基础结构的环境性能，包含十万多种影响模式，它能从温室气体、能源、最显著的环境影响、生命周期成本和社会影响等多个不同角度评估可持续性。
Sage以一个仪表板的形式出现在用户界面底部。
出于降低不良环境影响的考虑，设计师和工程师可在“Sage”中创建“基准”设计，然后将每个新设计与其相比较。
当设计师选择不同的材料、工艺或设计方法时，仪表板上反映出的影响会随之改变。
例如，设计目标碳排放量为100吨，分析结果可能显示50%源于选材，40%源于制造工艺，10%源于报废后的处理。
如果采用影响较小的材料，就可以减少碳排放量。
Sage软件还可生成各种报告，供深入分析使用。
就像设计验证工具Simulation一样，深度集成的Sage将帮助工程师在设计过程中对环保指标做出考量，这能大幅减少因环保不达标而导致的返工。
1.2.2SolidWorks的主要模块
下面将对SolidWorks的主要模块进行简要介绍。
1．零件建模
SolidWorks提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。
通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列及打孔等操作来实现产品的设计。
通过对特征和草图的动态修改，用拖曳的方式实现实时的设计修改。
三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。
2．曲面建模
通过带控制线的扫描、放样、填充及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。
可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。
3．钣金设计
SolidWorks提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。
可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理及边线切口等钣金操作将变得非常容易。
4．用户化
SolidWorks的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。
开发工具包括MicrosoftVisualBasicforApplications（VBA）、VisualC++，以及其他支持OLE的开发程序。
5．产品数据管理
SolidWorks包含完全集成的产品数据管理（PDM）解决方案，可以增强交流并简化工作流程。
这些解决方案提供诸如产品数据安全入库及详细过程审核等功能，以便降低工程成本并缩短产品交付时间。
PDMWorksWorkgroup是非常适合个人或工作组管理SolidWorks产品数据的易于设置和使用的产品数据管理（PDM）解决方案——可以更安全和高效地控制文件版本和管理项目数据。
PDMWorksEnterprise是一个企业产品数据管理（PDM）解决方案，它的部署时间只是其他企业PDM系统所需时间的一小部分。
它可以帮助企业更有效地管理和共享产品数据，以便在更短时间内设计出更好的产品。
6．分析模块
SolidWorks有很强大的分析功能。
通过在制造原型之前分析设计的操作和物理特性，SIMULATION应用程序可以降低测试成本、提高质量并加快产品上市速度。
具体的SIMULATION产品包括以下几种。
SIMULATIONWorks：
一款用于对零件和装配体进行虚拟测试的分析应用程序，它能够像展示实物一样向工程师展示它们设计的行为，并能够测试材料应力和热传导之类的因素。
SIMULATIONWorks向工程师提供了易于使用的高端分析工具，而且价格要比同类应用程序更低。
SIMULATIONMotion：
一种模拟设计机械操作的虚拟原型机仿真应用程序，它可以帮助工程师解决各种问题，例如确定引擎的尺寸是否适合于设计，在操作过程中像齿轮和连动装置这样的运动零件是否相互干扰等。
SIMULATIONFloWorks：
一种帮助设计人员在缺乏有关流动模拟方面专门技术的情况下执行流体分析的应用程序。
它有助于提高涉及气体流动、液体流动或热传递的产品设计的可靠性。
7．数据转换
SolidWorks提供了当今市场上几乎所有CAD软件的输入/输出格式转换器，有些格式还提供了不同版本的转换。
8．PhotoWorks高级渲染
与SolidWorks完全集成的高级渲染软件。
9．图形输出
输出到窗口：
将图形输出到SolidWorks窗口，或采用交互方式高效地预览渲染模型。
输出到文件：
将渲染图形输出到用户定义的图形文件格式，包括24位的PostScript、JPEG、TARGA、TIFF或BMP格式。
输出到打印机：
可直接从SolidWorks窗口中打印渲染图形，在保证长宽比的同时可以改变图形比例来覆盖整个打印区域。
10．FeatureWorks特征识别
与SolidWorks完全集成的特征识别软件。
1.2.3SolidWorks2011操作界面
下面我们就来学习一下SolidWorks2011界面。
中文版SolidWorks2011的工作界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、绘图区、状态栏、命令管理器、任务窗格等元素组成。
如图1-4所示为一个典型的SolidWorks2011操作界面窗口。
图1-4SolidWorks2011操作界面
自SolidWorks2011起，SolidWorks的操作界面与之前的传统界面有了很大的变化。
主要变化是SolidWorks将一些常用的工具分类集成到命令管理器中，从而使用户的图形操作区域得以最大化的显示，使用户可以观察到更多模型的细节内容。
命令管理器如图1-5所示。
图1-5命令管理器
1．标题栏
标题栏位于程序窗口的最上方，用于显示当前正在运行的程序名及当前所操作图形文件的名称。
与一般的Windows应用程序类似，用户可以通过标题栏最右边的程序控制按钮来控制程序的最大化、最小化和关闭操作。
2．设计管理区
在默认情况下，设计管理区由4个面板组成，即特征管理器、属性管理器、配置管理器和尺寸专家管理器。
3．FeatureManager设计树
SolidWorks窗口左边的FeatureManager设计树提供激活零件、装配体或工程图的大纲视图。
这将使观阅模型或装配体建造及检查工程图中的各个图纸和视图更容易。
用户可以通过该设计树方便地设计产品和管理产品，FeatureManager设计树里面还记录产品设计的每一个过程。
FeatureManager设计树和图形区域为动态链接。
用户根据需要单击设计树中间靠右侧的按钮即可实现隐藏和显示FeatureManager设计树，如图1-6所示。
用户可使用FeatureManager退回控制棒或快捷菜单来临时退回到早期状态或特征，如图1-7所示往前推进，向前退回到FeatureManager设计树的尾部。
退回控制棒
单击可以隐藏设计树
图1-6设计树图1-7退回控制棒
当然，用户可以在退回控制棒位于任何地方时保存模型。
当模型处于退回控制状态时，可以增加新的特征或编辑已有的特征。
当控制棒移回时，FeatureManager设计树的图标颜色变成灰色且不可使用。
对于任何一个空白的文件，在特征设计树里面都包含几个常用的选项。
注解：
该选项的主要作用是控制模型中的尺寸和注解的显示和隐藏。
材质：
该选项的作用是为特征或者零件选择材质。
FeatureManager设计树使用以下规则：
项目图标左边的符号表示该项目包含关联项，如草图。
单击以展开该项目并显示其内容。
草图前面有“+”：
表示过定义；“–”：
表示欠定义；“?
”：
表示无法解出的草图；无前缀：
表示完全定义。
错误和警告在零件、特征或草图图标旁边显示，并在工具提示（在指针停留在项目上时）及“什么错？
”中说明。
：
表示模型有错；：
表示特征有错；：
表示节点下有警告；表示特征有警告。
装配体零部件的位置由下列符号表示，“+”：
表示过定义；“–”：
表示欠定义；“?
”：
表示无解；“f”：
表示固定（锁定到位）。
在装配体中，每一个零部件实例后有一个位于尖括号中的数，此数随每个实例递增。
装配配合之前有“+”：
表示涉及过定义装配体中零部件的位置；“?
”：
表示无解。
4．PropertyManager设计树
PropertyManager设计树即属性设计树。
该设计树出现在图形区域左侧窗格中的PropertyManager标签上。
当选择在PropertyManager中所定义的实体或命令时打开。
在这里用户可以选择它是否在工具、选项、系统选项的其他情形中打开，如图1-8所示。
图1-8属性管理器
：
表示确定。
主要用于接受选择、执行命令及关闭PropertyManager。
：
表示取消。
主要用于忽略任何选择并关闭PropertyManager。
：
表示预览。
主要用于显示特征的预览。
：
表示帮助。
主要用于打开相应的帮助主题。
：
表示保持可见。
主要用途是将PropertyManager设为打开状态。
5．ConfigurationManager设计树
SolidWorks窗口左边的是ConfigurationManager设计树，即配置设计树，如图1-9所示。
该设计树的主要作用是为用户在文档中生成、选择和查看零件和装配体多个配置。
用户可以将ConfigurationManager设计树分割并显示为两个ConfigurationManager实例，如图1-10所示；或将ConfigurationManager设计树同FeatureManager设计树、PropertyManager设计树或使用窗格的第三方应用程序相组合，如图1-11所示。
图1-9配置管理器
图1-10分割设计树
图1-11同时显示设计树与配置管理器
1.2.4应用于产品设计的功能模块
在SolidWorks软件中有很多功能模块，每个模块都有不同的功能，在使用SolidWorks软件的时候可以根据不同的需要选择不同的功能模块。
SolidWorks软件中应用于产品设计的功能模块有草图功能模块、特征功能模块、钣金功能模块、焊件功能模块、装配体功能模块和工程图功能模块。
下面介绍各个设计功能模块的功能。
草图功能模块：
草图是一个平面轮廓，用于定义特征的截面形状、尺寸和位置。
通常，SolidWorks的模型创建都是从绘制二维草图开始的，然后生成基体特征，并在模型上添加更多的特征。
所以，熟练地使用草图功能模块来实现草图绘制非常重要。
特征功能模块：
绘制好2D草图后，使用特征功能中的工具可以生成3D几何体。
生成3D几何体后，使用特征中的工具可以对3D几何体进行编辑。
钣金功能模块：
可以使用钣金功能模块中的工具从头生成钣金零件。
此外还可以生成实体形状，将其作为起点，然后使用高级功能（如“将实体转换到钣金零件”功能）来生成可制造的钣金零件。
焊件功能模块：
使用焊件模块中的工具可以将绘制好的框架布局草图，沿焊接轮廓自动生成3D焊件。
装配体功能模块：
使用装配体模块中的工具，通过选择各个曲面、边线曲线和顶点来配合零部件，生成零部件之间的机械关系，还可进行干涉、碰撞和孔对齐检查。
工程图功能模块：
工程图模块可以直接生成用于生产的工程图，能自动引用3D零件，以便每次修改零件或装配体设计时，都会更新工程视图和材料明细表。
1.2.5常用工作命令
在SolidWorks中，有一些我们在设计工作中最基本最常用到的命令，下面我们来介绍一下这些命令。
1．打开SolidWorks文件
打开SolidWorks文件的方法有以下3种。
在文件夹中用鼠标左键双击文件图标即可直接打开。
先打开SolidWorks软件，然后选择“打开”文件命令或使用快捷键“Ctrl+O”，浏览找到需要打开的文件，如图1-12所示。
图1-12打开文件
先打开SolidWorks软件，然后在文件夹中选中需要打开的文件，拖动至SolidWorks窗口中即可打开该文件。
2．打开大装配体的处理方法
我们在做整机或成套设备的设计时，经常会遇到大装配体问题，即装配体模型包含的零件过多，达到几千甚至上万件，以致在打开模型的时候会非常慢。
SolidWorks在打开大型装配体的时候，提供了以下几种方式。
使用上面提到的第二种方法打开大型装配体，在浏览至需要打开的文件的时候，会出现如图1-13所示的对话框，观察图片中标识出的几个选项，其意义如下。
图1-13打开文件对话框
快速查看/选择性打开：
打开工程图的简化显示。
对于多纸工程图，可以在快速查看中打开一张或多张图纸。
轻化：
打开带轻化零件的工程图和装配体文档。
使用SpeedPak：
使用SpeedPak模型打开文件。
高级（配置选项）：
打开配置文档对话框（仅限装配体）。
若用户只想查看文件的外形，可以使用快速查看或者轻化工具；若是想修改整个模型中的一部分，可以使用选择性打开工具；若想观察该模型的不同配置，可以使用高级选项下的配置选项；若想对整个模型进行处理，可以使用SpeedPak工具。
3．保存SolidWorks文件
可使用保存命令或使用快捷键“Ctrl+S”来保存当前操作的文件。
4．鼠标
在使用SolidWorks软件进行设计时，离不开鼠标的操作。
熟练地使用鼠标上各个功能键，能大大提高绘图效率。
左键（单击）：
鼠标指针指向目标，单击鼠标左键，其作用是选择或者放弃对象。
如几何体、菜单按钮和FeatureManager设计树中的内容。
在鼠标左键单击模型中的一个元素后，SolidWorks会弹出一常用命令选择框，用户可以在此命令选择框中选择下一步的操作，如图1-14所示。
左键（双击）：
鼠标指针指向目标，连续两次单击鼠标左键，可以激活目标。
如在草图中双击草图尺寸，可以打开“修改”对话框，如图1-15所示。
图1-14弹出命令菜单图1-15“修改”对话框
右键：
右键用于激活快捷菜单。
快捷菜单的内容取决于光标所处的位置，其中也包括常用命令菜单。
在SolidWorks2010之后的版本，增加了鼠标笔势的功能，即按住鼠标右键滑动的时候，可以弹出常用命令的选择框。
在不同的操作状态下，滑动鼠标右键弹出的命令选择框是不同的，如图1-16所示。
图1-16鼠标笔势
中键：
中键的主要作用是用于动态地旋转、缩放和平移零件或者装配体。
图1-17鼠标笔势的设置界面
1.2.6产品设计流程
产品分类很多，不同的产品设计难易程度将不同，但其设计的流程都是一样的。
产品设计流程如图1-18所示。
图1-18产品设计流程图
1.3钣金设计技术入门
钣金行业是20世纪90年代初期才发展起来的，是将厚度均匀的金属薄板通过合适的造型设计后，将其压制变形而成为零件或成品。
钣金件是薄且平整的工件。
它是金属制造中所采用的基本形式之一，可切割和折弯成各种形状。
1.3.1钣金工艺
钣金件的加工工艺过程也是冲压成形过程。
冲压成形，也称冷冲压或板料冲压，是借助于常规或专用设备的动力，使板料在模具里直接得到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的成形技术。
根据工序不同，冲压分为分离和成形两类。
1．分离工序
分离工序是指坯料在模具工作零件刃口的冲压力作用下，变形部分的应力达到强度极限以后，坯料沿一定的轮廓线发生断裂产生分离而获得冲件的加工方法。
分离工序主要有冲孔、落料、切断、切边等，如图1-19所示。
图1-19分离工序
2．成形工序
成形工序是指坯料在模具压力冲压力作用下，变形部分的应力达到屈服极限，但未达到强度极限，使坯料产生塑性变形，且不产生分离而获得具有一定形状和尺寸精度的冲件的加工方法。
成形工序主要有弯曲（压弯、卷边和扭曲）、拉伸、翻孔、翻边、胀形、扩口、缩口、起伏、较平和整形等，如图1-20所示。
图1-20成形工序
1.3.2钣金基本术语
术语（terminology）是在特定学科领域用来表示概念称谓的集合，是通过语音或文字来表达或限定科学概念的约定性语言符号，是思想和认识交流的工具。
在钣金设计中也有基本术语，
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