基于SolidWorks的偏心异径管接头展开放样
基于SolidWorks的偏心异径管接头展开放样
【 １ １ 袁银瑶 ， 卢亚平． “ 探 索者 ” 全 地 形 机 器人 创 新 设 计 ． ｊ 幂索科 学 ，
２ ０ １ ６ ， ３ ４ （ ６ ） ： １ ９ ５ ． 【 ２ 】 卢亚平， 宋 天麟 ． 传 感 器 与 虚拟 仪 器 实验 室 建设 与 教 学 …． 实验 室 研 究与探 索 ， ２ ０ １ ５ （ ９ ） ： ｌ Ｊ ｌ — ｌ １ ４ ．
基 金 项 目： 江苏 省 大学 生 创新 创 业训 练计 划 项 目（ 餐厅 服 务机 器 人， 项 目编 号 ：Ｓ ＫＣ ２ ０ １ ６ｌ ３ ９ ８ ４ ０ ０１ Ｙ）
种 比较 先 进 的放样 方 法 ． ．
科技创新与应用 ｌ ２ ０ １ ７ 年 第４ 期
科 技 创 新
送 餐服 务机器 人研 究及设 计
袁 银 瑶 宋 天麟
Байду номын сангаас
（ 苏 州 大学 应 用技 术 学 院 ， 江苏 苏州 ２ １ ５ ３ ２ ５ ） 摘 要： 研 究 一款 送 餐 服务 机 器人 ， 是 结合 了 电路设 计 、 电子 通 信 、 机 械设 计 、 远 程 控 制等 多方 面技 术领 域 上 的一 个 产物 ． 它采用 模 块 化设 计 ， 运 用 显示模 块 、 超 声 波模 块 、 驱 动模 块 、 巡 线模 块 、 蓝 牙模 块 、 语 音模 块 等模 块搭 建 而成 使其 具备 迎 宾 、 点餐 、 送餐、 娱 乐 等一 系列 的功 能 并使 用蓝 牙无 线 传输技 术 ， 手机 控 制送 餐服 务 机 器人 ， 使 其 具备 良好 的人机 互动 关 键词 ： 送 餐服 务 ； 点／ 送餐 ； 迎宾； 娱乐
器 人发 廿 ｛ ， 模式 ＝ ： 娱 乐 模式 设 计 ， 包括 播 放 音乐 、 动 作 表演 等 。 设计是采用单片机（ Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ｌ Ｒ Ｃ） 为主 要 控 制 电路 ． 配 有 各 式 传感 器 、 执 行 动 、 人 机 交互 、 界 面 示 等模 块 。同 时采 川 蓝 牙模 块
基于SolidWorks的偏心异径管接头展开放样
基于SolidWorks的偏心异径管接头展开放样作者：段彪王赵斌张成来源：《科技创新与应用》2017年第04期摘要：偏心异径管接头在实际生产制造中，展开放样图的精确程度是决定最终成品管接头质量的重要因素之一。
本文对常用的偏心异径接管的展开放样方法进行了对比，介绍了利用SolidWorks中的钣金放样功能对偏心异径管接头进行三维建模，完成偏心异径接管展开放样的过程，并与作图法的展开放样图进行了结果对比分析。
关键词：偏心异径管接头；SolidWorks；放样1 概述偏心异径管接头（俗称偏心大小头）是常见的化工管件之一，广泛应用在石油化工、压力容器等行业。
在管道工程中常用于连接安装在同一基准面的不同直径的管道。
异径管接头可使用棒材、管材、板材、锻件、铸件及型材等多种材料，通过切削加工、挤压、冲压、焊接、铸造或锻造等多种加工方法制作[1]。
接管直径相差较小的异径管接头，通常采用冲压、推制、切削加工成型；而接管直径相差较大的异径管接头，通常采用板材卷焊的制造工艺。
当异径管接头采用卷焊工艺制造时，首先需要做出平面展开图，然后才能进行下料卷制等后续加工。
展开图形的正确与否对管件精确程度与质量起着重要的作用，精确的展开放样方法，不仅能够提高工作效率和产品质量，而且可以节省材料，降低制造成本。
2 偏心异径管接头的放样方法异径管接头的展开放样，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[2]。
传统的放样方法，适用于简单的、精度要求不高的管件。
传统的放样展开图绘制时计算量大、步骤繁琐，且制成的管件精确度难以保证。
随着计算机辅助设计技术的快速发展，专业的制图、钣金放样软件在实际生产中得到了越来越多的应用。
SolidWorks软件是一款基于Windows系统开发的机械设计三维软件。
SolidWorks能够为工程师提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误并提高产品质量[3]。
在精度要求高、结构复杂的钣金放样中SolidWroks等软件得到了广泛的应用。
圆管弯头Solidworks放样法
管弯头Solidworks放样法介绍一种圆管弯头展开放样新方法，即利用i维CADSolidworks系统软件进行圆管弯头展开放样。
该方法主要利用三维CAD软件1：1快速生成弯头的反向排列立体线架图。
然后由计算机快速测量出各节的母线实长j进而进行平面展开图绘制。
0引言圆管弯头是指由多节网管节组成、有弯曲半径的旋转体弯头。
圆管节包括“端节”和“中间节”，端节为单面斜截圆管制成，中间节为双面斜截圆管制成。
圆管弯头的展开放样在钣金展开放样领域占有很重要的地位。
依据有关规范，如果圆管弯头端节的夹角为中间节夹角的一半，此类弯头称为“标准节角度弯头”。
此弯头的展开放样用传统的“计算法”或“作图法”很容易完成，只要完成一个简单的端节平面展开图，就可绘制出其他节的平面展开图，这里不讨论。
在实际工作中，还有一种叫做“任意节角度弯头”，即端节的夹角和中间节的夹角是任意的，弯头由数个各不相同的端节和中间节组成，如图1所示。
由于每节的形状不同。
因此，弯头的平面展开放样就要求出每一节的相关尺寸，此类弯头用传统的“作图法”或“计算法”进行放样，比较繁杂。
多年来，人们在此类弯头的展开放样方面往往花费很大的功夫。
随着三维CAD技术的不断发展，CAD系统软件的广泛使用，利用三维CAD技术解决复杂钣金件的展开放样问题，是该领域的发展趋势。
笔者结合自身CAD/CAM教学实际以及工程设计经验，在三维CAD用于钣金展开放样方面进行了积极探索。
实践证明利用三维CAD进行钣金件的展开放样，步骤简单、清晰，所求得的数据准确可靠，是优于传统放样模式的一种新的、高效的展开放样方法。
笔者以较为复杂的任意节角度90°圆管弯头为例，采用三维CAD软件Solidworks阐述了其展开放样过程，步骤简单清晰，读者参照其过程，可完成实际工作中各种尺寸、各种角度的圆管弯头的展开放样。
1任意节角度90°圆管弯头图1为任意节角度90°圆管弯头的立体图和投影视图。
管道弯头展开放样图作法资料
管道弯头展开放样图作法在管道安装工程中，经常遇到转弯、分支和变径所需的管配件，这些管配件中的相当一部分要在安装过程中根据实际情况现场制作，而制作这类管件必须先进行展开放样，因此，展开放样是管道工必须掌握的技能之一。
一、弯头的放样弯头又称马蹄弯，根据角度的不同，可以分为直角马蹄弯和任意角度马蹄弯两类，它们均可以采用投影法进行展开放样。
图3-1直角马蹄弯图3-2 任意角度马蹄弯1．任意角度马蹄弯的展开方法与步骤（己知尺寸a、b、D和角度）。
（1）按已知尺寸画出立面图，如图3-3所示。
（2）以D/2为半径画圆，然后将断面图中的半圆6等分，等分点的顺序设为1、2、3、4、5、6、7。
（3）由各等分点作侧管中心线的平行线，与投影接合线相交，得交点为1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇。
（4）作一水平线段，长为πD，并将其12等分，得各等分点1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1。
（5）过各等分点，作水平线段的垂直引上线，使其与投影接合线上的各点1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇引来的水平线相交。
（6）用圆滑的曲线将相交所得点连结起来，即得任意角度马蹄弯展开图。
图3-3 任意角度马蹄弯的展开放样图2、直角马蹄弯的展开放样（己知直径D）由于直角马蹄弯的侧管与立管垂直，因此，可以不画立面图和断面图，以D/2为半径画圆，然后将半圆6等分，其余与任意角度马蹄弯的展开放样方法相似。
图3-4 直角弯展开图二、虾壳弯的展开放样虾壳弯由若干个带斜截面的直管段组成，有两个端节及若干个中节组成，端节为中节的一半，根据中节数的多少，虾壳弯分为单节、两节、三节等；节数越多，弯头的外观越圆滑，对介质的阻力越小，但制作越困难。
1、90°单节虾壳弯展开方法、步骤：（1）作∠AOB＝90°，以O为圆心，以半径R为弯曲半径，画出虾壳弯的中心线。
（2）将∠AOB平分成两个45°，即图中∠AOC、∠COB，再将∠AOC、∠COB各平分成两个22.5°的角，即∠AOK、∠KOC、∠COD与∠DOE。
管道弯头展开放样图作法
管道弯头展开放样图作法在管道安装工程中，经常遇到转弯、分支和变径所需的管配件，这些管配件中的相当一部分要在安装过程中根据实际情况现场制作，而制作这类管件必须先进行展开放样，因此，展开放样是管道工必须掌握的技能之一。
一、弯头的放样弯头又称马蹄弯，根据角度的不同，可以分为直角马蹄弯和任意角度马蹄弯两类，它们均可以采用投影法进行展开放样。
图3-1直角马蹄弯图3-2 任意角度马蹄弯1．任意角度马蹄弯的展开方法与步骤（己知尺寸a、b、D和角度）。
（1）按已知尺寸画出立面图，如图3-3所示。
（2）以D/2为半径画圆，然后将断面图中的半圆6等分，等分点的顺序设为1、2、3、4、5、6、7。
（3）由各等分点作侧管中心线的平行线，与投影接合线相交，得交点为1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇。
（4）作一水平线段，长为πD，并将其12等分，得各等分点1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1。
（5）过各等分点，作水平线段的垂直引上线，使其与投影接合线上的各点1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇引来的水平线相交。
（6）用圆滑的曲线将相交所得点连结起来，即得任意角度马蹄弯展开图。
图3-3 任意角度马蹄弯的展开放样图2、直角马蹄弯的展开放样（己知直径D）由于直角马蹄弯的侧管与立管垂直，因此，可以不画立面图和断面图，以D/2为半径画圆，然后将半圆6等分，其余与任意角度马蹄弯的展开放样方法相似。
图3-4 直角弯展开图二、虾壳弯的展开放样虾壳弯由若干个带斜截面的直管段组成，有两个端节及若干个中节组成，端节为中节的一半，根据中节数的多少，虾壳弯分为单节、两节、三节等；节数越多，弯头的外观越圆滑，对介质的阻力越小，但制作越困难。
1、90°单节虾壳弯展开方法、步骤：（1）作∠AOB＝90°，以O为圆心，以半径R为弯曲半径，画出虾壳弯的中心线。
（2）将∠AOB平分成两个45°，即图中∠AOC、∠COB，再将∠AOC、∠COB各平分成两个22.5°的角，即∠AOK、∠KOC、∠COD与∠DOE。
管道弯头展开放样图作法资料
管道弯头展开放样图作法在管道安装工程中，经常遇到转弯、分支和变径所需的管配件，这些管配件中的相当一部分要在安装过程中根据实际情况现场制作，而制作这类管件必须先进行展开放样，因此，展开放样是管道工必须掌握的技能之一。
一、弯头的放样弯头又称马蹄弯，根据角度的不同，可以分为直角马蹄弯和任意角度马蹄弯两类，它们均可以采用投影法进行展开放样。
图3-1直角马蹄弯图3-2 任意角度马蹄弯1．任意角度马蹄弯的展开方法与步骤（己知尺寸a、b、D和角度）。
（1）按已知尺寸画出立面图，如图3-3所示。
（2）以D/2为半径画圆，然后将断面图中的半圆6等分，等分点的顺序设为1、2、3、4、5、6、7。
（3）由各等分点作侧管中心线的平行线，与投影接合线相交，得交点为1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇。
（4）作一水平线段，长为πD，并将其12等分，得各等分点1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1。
（5）过各等分点，作水平线段的垂直引上线，使其与投影接合线上的各点1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇引来的水平线相交。
（6）用圆滑的曲线将相交所得点连结起来，即得任意角度马蹄弯展开图。
图3-3 任意角度马蹄弯的展开放样图2、直角马蹄弯的展开放样（己知直径D）由于直角马蹄弯的侧管与立管垂直，因此，可以不画立面图和断面图，以D/2为半径画圆，然后将半圆6等分，其余与任意角度马蹄弯的展开放样方法相似。
图3-4 直角弯展开图二、虾壳弯的展开放样虾壳弯由若干个带斜截面的直管段组成，有两个端节及若干个中节组成，端节为中节的一半，根据中节数的多少，虾壳弯分为单节、两节、三节等；节数越多，弯头的外观越圆滑，对介质的阻力越小，但制作越困难。
1、90°单节虾壳弯展开方法、步骤：（1）作∠AOB＝90°，以O为圆心，以半径R为弯曲半径，画出虾壳弯的中心线。
（2）将∠AOB平分成两个45°，即图中∠AOC、∠COB，再将∠AOC、∠COB各平分成两个22.5°的角，即∠AOK、∠KOC、∠COD与∠DOE。
偏心变径(大小头)手工放样展开步骤详解
偏心变径(人小头)手工放样展开步骤详解b见图h席变径的主视图和俯视图画出来(L1),俯视图大.小圆进行U等分〈等分长度分别为t和,如尺寸太大,可按一定比例缩小匾图2、如图2,将主视图两边母线向上延伸，相交于一点O,见图2虚线部分, 垂直向下和俯视图中心线相交于O点』连接各个两圆对应的等分点3、如图3,等分点连线的延长线应相交干O点的。
按图标上等分点序号I .94、如图乩下一步要求出0 0“ 06 OT、0J > ............................ OJU O'11的实际长度〈各条母线的实际长度）』为放样展开中常用方法，请牢记下面以求解0W. 04实际长度为例，详细说明此方法a）如下图，画】条互相垂宜的直线b）在竖直线上截取长度为图4主视图中H和h的丄点在水平线上戡取长度为图4俯视图中0J和04的】点连接对应的点，就得到CH车的实际长度（:蓝线〉和的实际长度（红线）e＞其虑理如下立体图，三角形0Q4是宜角三角形，0 0=h , 0J皋俯视图的投影，0T就是母线的突际长度（求0寸用上面的小直角三角形）图5天圆地方也是这样求解每条母统的实际长度的，还有很多的放样展幵，所以此方法是学习放样展幵必须掌握的方法灵下一步开始画展开图F如图■烙变径从0V处剖幵a）画一条水平直线，左端点为◎,截取长度00〔己在第4步求出）』标记『点：截取长度0P〔己在第4步求出）,标记0点（见图6〉b）以c为圆心，以cn （己在第4步求出?为半径iffi弧线，以o点为圆心’ 以t为半径画弧线.两弧线相交点即为点1 （见图力图7匚）以CT为圆心，以OP （己在第4步求出）为半径画弧线；以1点为圆心, 以t为半径画弧线‘两弧线相交点即为点2 （见图小图81）以cr为圆心，以0口〔已在第」步求出〉为半径画弧线；以2点为圆心, 以t为半径画弧线，两弧线相交点即为点3 （见图9）o501a以此类推，再求出卜11点。
异径偏心斜交三通CAD展开放样新方法
现代制造工程２００８年第５期ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ异径偏心斜交三通ＣＡＤ展开放样新方法刘萍华（北方民族大学，银川７５００２１）摘要：介绍一种利用三维ＣＡＤｓ０１ｉｄｗｏｒｌ婚系统软件进行钣金展开放样的技术手段。
该手段主要是利用三维ＣＡＤ软件ｌ：ｌ快速生成三通管件的立体图，然后由计算机快速测量出展开放样所需的各母线实长，最后进行平面展开图的绘制。
该方法突破了传统的“作图法”、“计算法”放样模式，提高了钣金放样的质量和效率，具有实际使用价值。
关键词：２Ｄ草图；３Ｄ草图；实体造型；智能标注；三通中图分类号：ＴＨｌ６；ＴＰ３９１．７文献标识码：Ｂ文章编号：１６７ｌ＿３１３３（２００８）０５—００４６—０３三通管件的展开放样是工程实际中一项经常开展的工作，在各种管道施工中，三通管件的制作量很大，特别是对于压力管道施工中的三通展开放样，为了保证焊接质量，其放样下料精度要求很高，因此，三通的展开放样在实际工程中占有很重要的位置。
三通管件是指由圆形管子相交形成的三个端口均为圆的构件，根据三端口的尺寸及相对位置，有等径（异径）同心直交三通、等径（异径）同心斜交三通、异径偏心斜交三通等，其中，异径偏心斜交三通相对前两种管件，其展开放样过程相对较复杂，因此，以此为例可较全面说明其展开放样过程。
传统三通放样方法有“作图法”、“计算法”。
“作图法”就是通过绘制管件的投影视图，求出管件展开所需的各母线实长，依据母线实长绘制其平面展开图。
“计算法”则是通过计算公式，求出管件展开所需的各母线实长，依据母线长度绘制其平面展开图。
上述两种方法，是多年来人们一贯使用的传统放样方法，随着三维ＣＡＤ技术的不断发展，尤其是近几年来，ＣＡＤ系统软件在工程设计领域等到了广泛应用，日益显示其优越性。
三维ＣＡＤ应用于钣金展开放样领域，目前还没有相关资料介绍，作者结合ＣＡＤ／ｃＡＭ教学实际以及工程设计经验，在该方面进行了积极探索和探讨，实践证明利用三维ＣＡＤ进行钣金件的展开放样，步骤简单、清晰，所求得的钣金展开数据准确可靠，是优于传统放样模式的一种新的、高效的钣金展开放样方法。
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基于SolidWorks的偏心异径管接头展开放样
偏心异径管接头在实际生产制造中，展开放样图的精确程度是决定最终成品管接头质量的重要因素之一。
本文对常用的偏心异径接管的展开放样方法进行了对比，介绍了利用SolidWorks中的钣金放样功能对偏心异径管接头进行三维建模，完成偏心异径接管展开放样的过程，并与作图法的展开放样图进行了结果对比分析。
标签：偏心异径管接头；SolidWorks；放样
1 概述
偏心异径管接头（俗称偏心大小头）是常见的化工管件之一，广泛应用在石油化工、压力容器等行业。
在管道工程中常用于连接安装在同一基准面的不同直径的管道。
异径管接头可使用棒材、管材、板材、锻件、铸件及型材等多种材料，通过切削加工、挤压、冲压、焊接、铸造或锻造等多种加工方法制作[1]。
接管直径相差较小的异径管接头，通常采用冲压、推制、切削加工成型；而接管直径相差较大的异径管接头，通常采用板材卷焊的制造工艺。
当异径管接头采用卷焊工艺制造时，首先需要做出平面展开图，然后才能进行下料卷制等后续加工。
展开图形的正确与否对管件精确程度与质量起着重要的作用，精确的展开放样方法，不仅能够提高工作效率和产品质量，而且可以节省材料，降低制造成本。
2 偏心异径管接头的放样方法
异径管接头的展开放样，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[2]。
传统的放样方法，适用于简单的、精度要求不高的管件。
传统的放样展开图绘制时计算量大、步骤繁琐，且制成的管件精确度难以保证。
随着计算机辅助设计技术的快速发展，专业的制图、钣金放样软件在实际生产中得到了越来越多的应用。
SolidWorks软件是一款基于Windows系统开发的机械设计三维软件。
SolidWorks能够为工程师提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误并提高产品质量[3]。
在精度要求高、结构复杂的钣金放样中SolidWroks等软件得到了广泛的应用。
借助SolidWorks软件中的钣金功能，能够方便快速对精度要求高、结构复杂的管件进行展开放样。
3 放样实例
本文以实际生产的DN350×150Ⅰ-12.0WR（EC）偏心异径管接头为例（见图1，根据经验直边段长度取值40mm，弧度取值R80mm，两端各留10mm后续加工余量。
模压变径前的偏心椎体如图2所示。
），利用SolidWorks软件完成偏
心锥体的展开放样流程如下：
（1）在上视基准面绘制偏心椎体大端外圆Ф393.06mm；大端外圆最低点与原点重合，在最低点裁剪焊缝缺口2mm。
（2）创建偏心椎体小端所在基准面（该基准面与上视基准面的距离就是偏心锥体的高度），在该基准面上绘制偏心锥体小端外圆Ф130.84mm；小端外圆最低点与所在平面的原点重合，在最低点裁剪焊缝缺口2mm（图3）。
（3）选择钣金工具中的放样折弯工具，在轮廓中选择之前绘制的绘制偏心锥体的大端外圆草图与小端外圆草图，输入厚度12mm，厚度方向反向设置，偏心锥体建模完成（图4）。
（4）在左侧设计树中点击平板型后解除压缩，完成偏心椎体的放样（图5）。
4 放样结果的对比及差异分析
将SolidWorks放样图（细黑线）与传统作图法的放样图（粗红线）进行对比，两者的差异如局部视图所示：
由局部视图可见，SolidWorks放样图在展长方向比作图法要长1.8mm，在宽度方向比作图法窄0.678mm。
这些尺寸偏差产生的主要原因来于SolidWorks放样与作图法放样的模型构建上的不同（图8、图9）。
由图8、图9可见SolidWorks模型在錐体斜边上的厚度方向与锥体表面是垂直的（更符合实际情况），而作图法放样模型在锥体斜边上的厚度方向与锥体表面不垂直，SolidWorks锥体模型小端比作图法理论模型小端中性层直径大，周长更长，长度方向也比作图法窄。
所以SolidWorks展开图与作图法展开图存在一定差异，而SolidWorks展开图更符合实际情况。
5 结束语
由上述放样过程可见，相对传统的放样方法，SolidWorks展开放样快捷、简单、高效、准确。
尤其在结构复杂的管件展开放样方面，SolidWorks优势更为明显。
且与专业的钣金放样软件相比，SolidWorks展开放样可输出为多种格式，便于后续数控切割下料，是一种比较先进的放样方法。
参考文献
[1]左传付，王志宏，叶萧然.薄壁异径接头管件扩径成形方法[J].金属加工（热加工），2008，11：50-52.
[2]刘萍华.基于SOLIDWORKS的钣金件立体展开放样[J].现代制造工程，2007，NO.32510：61-64.
[3]史川山.SOLIDWORKS钣金放样在实际工作中的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2013，NO.22109：50-53.。