SolidWorks钣金模块在机器人防护罩设计中的应用

摘 要：该文将以SolidWorks钣金模块为设计平台，通过对码垛机器人防护罩设计，简要介绍了利用该钣金模块进行钣金件设计的基本方法和步骤。

关键词：SolidWorks 钣金零件 机器人防护外壳 展开

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0075-02

钣金件是机械工业尤其是轻工业的主要零件类型之一[1]，指厚度均一的金属薄板（通常在6 mm以下）利用金属的可塑性通过冲压、折弯、成形等工艺，先生产制造出单个零件，然后在经过焊接、拉铆等形式组装成完整的机械构件[2]。具有质量轻便、材料利用率高、互换性好等特点，能够满足常规性工业生产的装配及使用要求，因此在机械设备的外壳防护设计时，钣金件的结构形式被普遍采用。

随着机械设计自动化水平的不断进步，三维设计已广泛应用到钣金设计领域[3]， SolidWorks中的钣金设计模块，为我们提供了强大的、全相关的钣金设计能力，可以直观快捷地建立钣金件的三维模型，能够简洁高效的对其完成模拟装配及折弯、展开，能够准确生成数控设备识别的二维图，完成三维设计与钣金加工之间的数据转换。

该文首先介绍了SolidWorks钣金模块的相关知识，接下来以机器人防护外壳钣金件为例，详细介绍SolidWorks软件在钣金设计中的应用过程和方法。

1 SolidWorks钣金模块简介

SolidWorks软件是一款基于Windows操作平台的三维CAD系统，具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD大型工程技术软件[4]。

其中的钣金模块为用户提供了一款基于三维模型环境下的钣金设计工具，能够模拟完成诸如折弯、成型、切割和冲孔等常用钣金特征的设计，还能提供钣金展开，建立止裂槽等一系列各具特色的造型手段[5]，用户能够方便地在该模块下进行钣金件的三维设计。

2 机器人防护外壳的分析与设计

因为钣金件通常都是当做安装或保护其他关键部件而使用的。为了能够实现两者的精密配合，在设计时需要参照该关键部件的外形和大小来进行设计相关的钣金件设计，如图1所示，是一款码垛机器人的本体结构，我们的任务是为其设计钣金形式的防护外壳。在图中黄色的部分是机器人的四连杆机构，该机构能够在伺服电机的带动下在水平和竖直方向上运动，因此，在防护罩设计时要注意在其运动轨迹上要避让开，蓝色部分为主架体，是安装四连杆及防护罩的载体，同时要考虑到安装时轻灵与便捷性、产品的外形美观与成品造价，综合以上因素，经过反复筛选，确定使用0.8 mm的冷轧钢板，将该防护罩设计成左右两部分，通过螺钉的连接的方式以便于安装与维护，在折弯上采用直角配合大圆角过度的形式以增强产品的外形美观度，具体设计步骤如下文所述。

2.1 零件的三维建模及模拟装配

在SolidWorks钣金模块中我们可以应用相应的钣金特征命令直接生成钣金零件，在这样需要注意的是，要根据机器人主机体尺寸及四连杆运动轨迹为基础，合理的设计出防护罩的左右两部分，为此，我们基于这种方式，使用基体法兰、边线法兰、折弯等钣金特征完成码垛机器人防护外壳的三维建模，如图2所示。为了能够方便的与主机进行连接以便于机器人的维护保养，防护罩设计成左、右两部分，在每一部分中都是由侧板和大圆拱经折弯后焊接而成。同时在在左右侧的大圆拱件中各设计了7个R40的折弯圆角过渡，避免了直角折弯的呆板，增强了防护罩的美观程度。

在防护罩左右两部分装配完成后，为了能够实现与机器人本体的密切配合，还需要对这两部分进行模拟装配，以进行模型分析及干涉检查，要与码垛机器人进行模拟装配以进行干涉检查，来判断设计是否合理。如图3所示。

通过检查我们得知，两者配合良好，左右两部分中的避让槽有效避开了四连杆的运动，没有干涉现象，质量轻盈、外形美观、经济实用，设计达到了设计要求。可以进行钣金展开与出图了。

2.2 钣金件展开图

当钣金零件设计完成之后，需要对其进行展开，以确定所需板料的大小尺寸及形状等数据以便于生产加工[6]，Solidworks钣金模块提供了强大的钣金展开命令，让这项在传统生产中非常棘手的工艺变得非常简单。首先进入单个零件模式下，再单击工具栏中的“展开”命令，软件就会自动为我们生成该零件的三维展开图了。按照这种方式，对左、右侧大圆拱进行展开，如图4所示，其余的零件都可参照这种方式进行。

3 数据交换

利用Solidworks钣金模块强大的二维图绘制功能可以方便、快捷、准确地制作出各种需要的工程图，以方便钣金的冲压、折弯、焊接机产品检验[1]。为了能方便地与数控设备进行图形文件的数据交换，软件也能以DXF、DWG、IGES等多种图形文件格式输出，达到钣金零件格式转换后能直接用于编程的目的。

4 结语

SolidWorks钣金模块提供了强大的钣金设计能力，使我们能够非常快捷准确的完成三维模型及装配的设计，在此基础上能方便高效地进行钣金件的展开，同时也能够生成数控设备识别的二维图，完成三维设计与钣金加工之间的数据转换。接下来以码垛机器人防护罩的设计为例可以看出，利用SolidWorks钣金模块进行钣金件的造型、装配及展开摆脱了传统工艺的诸多弊病，能够非常方便地完成钣金件的设计，缩短了设计周期，提高了生产效率，这种设计方式必将在钣金设计领域得到更加广泛的应用。

参考文献

[1] 符莎，等.基于SolidWorks的复杂钣金折弯动画生成方法[J].机电产品开发与创新，2010（4）.

[2] 詹迪维.SolidWorks钣金件与焊件教程（2012中文版）[M].机械工业出版社，2012.

[3] 靳长泉，等.SolidWorks在钣金件设计中的应用[J].机电产品开发与创新 2007（4）.

[4] 于婷.机械虚拟实验教学平台的研究与实现[D].华中科技大学，2011.

[5] 郑涵文，等.基于Pro/E钣金件的四岔管分析设计[J].机电工程，2010（5）.

[6] 程礼波，等.UG钣金设计与制造综述[J].中国科技纵横，2010（7）.

[7] 邢启恩.SolidWorks钣金和焊接实战精解[M].机械工业出版社，2011.