伴随着我公司“工业4.0”概念的提出，我公司在不断积极提高自身的自动化生产水平，去年开始使用“中新”软件公司开发的EDS参数化数据库，从而改变了以往非标设计的流程，由原来人工修改图纸参数变为系统自动运算产生新的非标图纸，设计部的非标设计周期大大缩短。然而，在设计部的图纸不断增多的同时，生产技术科的编程工作也面临着很大的压力。由于现在的编程流程需要对钣金零件图每个尺寸进行展开计算再绘制DXF图纸。在这个过程中，对于参数较多或结构复杂的零件还需要打印图纸进行仔细核对。这不仅对编程人员专业素质要求较高，且程序的质量也难以保证。此外，还增加了公司纸张耗材的消耗，造成不必要的浪费。
为了解决以上的编程问题，提出运用三维CAD软件的参数化功能对编程流程进行优化，提高编程效率。
参数化与三维设计软件概述
参数化建模的概念
参数化建模是指通过改变模型中已预设的参数值或参数关系便能重新再生成新模型的建模方法。参数化建模的参数不局限于几何参数，还可以包括温度、材料属性等参数。已经预设好参数值的模型可以作为后续系列模型的母本，在其基础上衍生出一系列我们需要的新模型。
参数化建模的特点
(1)参数覆盖面广。参数化建模的参数不局限于几何参数，还可以包括温度、材料属性等参数。
(2)参数之间可以建立关系。参数化建模的参数可以相互建立关系，当其中一个参数发生了修改，相关参数也会跟着改变，从而改变模型的结构。
(3)参数化的模型易于修改。参数化的模型由参数驱动，改变以往需要逐个修改特征的方法，可以很容易对一个模型进行修改。
三维软件的特点
(1)模型良好的可观性。三维软件可以使得三维模型在界面中放大、缩小、旋转、动态修改等，方便设计者观察其结构。
(2)模型良好的可编辑性。三维软件可以对其模型进行动态修改，用户只需修改其中参数即可完成修改工作。
(3)模型与工程图具有良好的相关性。软件自身带有强大的参数化设计模块，用户可以通过修改设定的参数，自动生成目标三维模型；再通过工程图模块，输出二维图纸。由于工程图与三维模型是存在单一数据库，具备“全相关”关系，三维模型一旦改变，相应二维工程图也会改变，使得产品的设计与制造有机结合起来。
主流三维建模软件的比较
SolidWorks软件是第一款基于Windows系统开发的三维建模软件。其具备操作简单、兼容性高的优点。该软件的系统是基于特征建立和参数化实体造型的形式。该软件是采用单一数据库的存储模式，在创建三维实体的同时，也可基于该三维实体创建关联的二维工程图。还可以在三维建模界面对模型进行动态修改，二维工程图也会随着三维特征的改变而改变。在创建三维模型的过程中，可以在模型中加入相关函数或关系式，使得尺寸之间存在关联，可在修改时快速完成模型的修改。SolidWorks软件的钣金模块是后续版本中的一个重要组成部分，由于其操作简单，易学易用，在钣金行业中很受欢迎。同时该软件还支持几乎市面上所有CAD软件创建的模型或工程图。SolidWorks还支持中文格式命名，且其自带的工具库ToolBox带有各种标准紧固件，用户可根据自己的需要进行选取插入。SolidWorks是应用最广泛的中端三维建模软件，制造业领域和机械设计行业里都有应用，在国际上享有较高的声誉，国际通用性比较强，许多大学、企业都在广泛应用。
Creo是美国参数技术公司PTC推出的基于CAD、CAE、CAM的三维CAD软件。该软件具备参数化建模、全尺寸约束、全数据相关、动态尺寸修改的功能。在软件的CAD、CAE、CAM模块中都是读取同一个数据库，在整个设计过程中，可对任意模块进行修改，从而自动扩散到其他模块中去。Creo同时也支持在模型中定义相关参数，并在其中添加关系，从而保证模型尺寸的联动性。Creo的前身是Pro/E软件，从推出至今，在整个制造业和设计行业都占有很重的比例，如今很多大型企业都在使用。其主要缺点是不支持中文命名文件名。
UG是Siemens PLM Software公司出品的全球最早的三维CAD软件之一。该软件具备CAD、CAE、CAM模块，特征建立过程是以参数驱动的形式进行。UG还带有其他一些功能模块，如制定菜单Open Menu Script模块；二次开发的Open GRIP、Open API、Open++模块；质量工程应用模块、数据交换模块、快速成型模块。其二次开发工具相比其他两款软件都强大，这是UG的主要优势所在。但作为行业中的高端CAD软件，易用性相比前面两款软件都要差，难以深入掌握。UG主要在汽车行业、模具行业、发动机行业中应用较为广泛。
下面对三款主流的三维CAD软件进行比较，如表1所示。对比可知，SolidWorks软件具备较好的优势，且其操作界面和支持中文格式命名的功能更适合我们的日常操作，故选择SolidWorks软件作为钣金编程优化平台。
表1 三款主流CAD软件对比
钣金编程影响因素分析
优化前编程流程
公司内对钣金零件的钣金编程流程，如图1所示。由此看出，倘若需要完成一个新程序的编写，耗时约15min。
分析方法
(1)鱼骨图介绍。
鱼骨图由于形状像鱼骨，故被称为“鱼骨图”。这是一种发现问题“根本原因”的方法，又称为“因果图”。其具备简捷实用，深入直观的特点。通过在后果（鱼头）的前端衍生出鱼骨（主要因素）、鱼刺（次要因素）来分析问题的原因。
(2)鱼骨图的应用。
基于现时编程的流程，考虑所有影响因素后，
画出鱼骨图，如图2所示。
图1 优化前钣金编程流程
图2 鱼骨图
策略建议
优化方法
根据以上分析，拟实现以下目的：(1)减少数据核对时间。(2)减少计算展开尺寸和绘图步骤。(3)以上步骤利用计算机实现。
鉴于需要实现以上目的，现提出利用三维软件进行参数化建模，并建立参考模型库的思路。
SolidWorks系列零件设计表功能
EDS数据库是以一个参考图形作为基准，通过设定参数衍生出一系列不同尺寸的设计图纸。SolidWorks软件系列零件设计表便有类似的功能。它可以从一个单独的零件建立出一个零件系列。其表格与Excel电子表格兼容，可直接把在Excel电子表格设定好的参数输入到SolidWorks软件中，从而再衍生出零件系列。
建立流程图
根据构想好的思路建立流程图，如图3所示。根据预想的流程，完成一个新程序的编写，耗时约6.5min。效率提高56%，且更能保证编程质量。
图3 优化后钣金编程流程
实例验证
下面是参考模型的建立操作：(1)模型建立（图4）。(2)定义参数，定义特征中的参数名称（图5所示）。(3)在系列零件参数表中定义参数（图6）。(4)创建二维图纸（图7），选择从“零件/装配体制作工程图”。得到工程图如图8所示，文件可另存为DXF格式，随后可使用编程软件进行直接编程。
图4 插入零件设计表
图5 定义参数名称
图6 定义参数值
图7 从零件中新建工程图
图8 输出钣金展开图
结束语
本文对钣金编程流程做了合理性分析，并根据鱼骨图找出影响钣金编程的因素。借助三维设计软件SolidWorks对钣金编程流程进行了优化。并利用SolidWorks软件进行参数化建模得到钣金展开图。相比原来通过人工计算展开尺寸再进行绘图的方法更能保证钣金展开图的质量，且效率更高。当然三维建模软件还具备其他强大的功能，不论是在设计还是制造都有很高的利用价值。
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本文标题：三维CAD对钣金编程的优化
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