1 引言
修邊工序是指：將為保證拉伸成形而在沖壓制件的周圍增加的工藝補(bǔ)充部分和沖壓件內(nèi)部增加的工藝補(bǔ)充部分沖裁剪切掉的沖壓工序，是保證汽車覆蓋件制件尺寸的重要工序，確定影響模具修邊的因素是該工序的關(guān)鍵。
覆蓋件修邊模是特殊的沖裁模，按類型主要分為垂直修邊模、斜鍥修邊模、垂直斜鍥修邊模，覆蓋件修邊模工作部件造型設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要集中在：
(1)所要修邊的沖壓件形狀復(fù)雜，模具分離刃口所在的位置可能是任意的空間曲面。
(2)工作部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度要求高。
(3)同時(shí)存在垂直、斜鍥修邊，情況復(fù)雜，修邊的高度差變化大。
已知工作部件按結(jié)構(gòu)形式主要有兩種，整體式結(jié)構(gòu)和鑲塊式。為解決這一系列問(wèn)題，汽車行業(yè)修邊鑲塊普遍采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，即沿工序制件的輪廓線分布的一系列相互鄰接的鑲塊。這些鑲塊大小不一，形狀各異，如果一塊一塊的造型，會(huì)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)不小的麻煩。而本文提出的參數(shù)化造型方法，能有效地縮短設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)效率。
2 修邊鑲塊的分類
不同的修邊鑲塊有不同的結(jié)構(gòu)形狀，根據(jù)具體模具情況可以分為以下幾類，如圖1所示。
圖1 修邊鑲塊的分類
修邊鑲塊在模具中的分布如圖2所示。
圖2 修邊鑲塊的分布
雖然鑲塊的類型不同，結(jié)構(gòu)也不同，但是通過(guò)分析和拆解，這些鑲塊的造型主要由刀口、波浪刃口、法蘭、廢料刀、加強(qiáng)筋、靠山、螺釘銷釘組成，而每一種鑲塊的組成部分如表1所示。
表1 修邊鑲塊的組成
其中，刀口、波浪刃口、法蘭和廢料刀是修邊鑲塊的主體部分，加強(qiáng)筋、靠山和螺釘銷釘是修邊鑲塊的輔助部分。圖中“√”的部分是鑲塊必須有的，空白的部分是鑲塊沒(méi)有的，“？”的部分是根據(jù)要求選擇性添加的。
3 修邊鑲塊參數(shù)化設(shè)計(jì)思想
由表1和圖3可以看出，雖然不同類型的修邊鑲塊形狀有很大的不同，但是通過(guò)分析和拆解后，它們有著幾乎相同的組成部分，給予了我很大的啟發(fā)。
一般來(lái)說(shuō)，CAD造型的主要方法有兩種，串行造型法和并行造型法。
3.1 串行法
串行造型法像串聯(lián)電路，從起點(diǎn)到終點(diǎn)只有一條主線，串行法的優(yōu)點(diǎn)是：①步驟簡(jiǎn)單易懂；②整體關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。但是它也有缺點(diǎn)：①造型的順序很重要，越靠近起點(diǎn)的部分，對(duì)結(jié)果的影響越大；②由于關(guān)聯(lián)性太強(qiáng)，在復(fù)雜體中做出修改以后，出錯(cuò)的幾率較大。
在修邊鑲塊設(shè)計(jì)中，總體設(shè)計(jì)思想采用串行法的部分，主要是基于基準(zhǔn)-線-面-體的設(shè)計(jì)方法。在確定幾何輸入信息以后，根據(jù)條件依次確定基準(zhǔn)平面及基準(zhǔn)軸、空間曲線組及平面曲線組、直紋面及片體、主幾何體，最后通過(guò)修剪和布爾運(yùn)算得到所需幾何體，如圖3所示。這樣的設(shè)計(jì)方法，保證了鑲塊有完整的骨架結(jié)構(gòu)以及關(guān)聯(lián)性。
圖3 串行的主線造型思想
3.2 并行法
并行造型法像是并聯(lián)電路，從起點(diǎn)到終點(diǎn)有不同的支路，并行法的優(yōu)點(diǎn)是：①各個(gè)支路相對(duì)獨(dú)立互不影響，提升了容錯(cuò)率；②將整個(gè)復(fù)雜體分解成多個(gè)簡(jiǎn)單體求和，降低了造型難度；③方便查找及修改錯(cuò)誤。當(dāng)然，并行法的不足是：①?gòu)?fù)雜體的分解需要經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)做支持，分解方法決定了造型的難度，并不簡(jiǎn)單易懂；②由于分解后的簡(jiǎn)單體相對(duì)獨(dú)立，一般通過(guò)布爾運(yùn)算連接，會(huì)在連接處產(chǎn)生一定的瑕疵，所以對(duì)于精度高的復(fù)雜體需要進(jìn)行后期人工的修正。
在修邊鑲塊總框架搭好之后，對(duì)于不同的鑲塊主要采用并行的造型方法，將鑲塊大體上分解為刀口、波浪刃口、法蘭、廢料刀、加強(qiáng)筋、靠山、螺釘銷釘7個(gè)部分，最后通過(guò)布爾運(yùn)算關(guān)聯(lián)起來(lái)，如圖4所示。
圖4 并行的支線造型思想
4 修邊鑲塊參數(shù)化設(shè)計(jì)與生成實(shí)例
為了方便理解各個(gè)部分，修邊鑲塊三維結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。
圖5 修邊鑲塊三維結(jié)構(gòu)示意圖
本文以汽車備胎槽為設(shè)計(jì)實(shí)例，在給定輸入條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行修邊鑲塊的參數(shù)化設(shè)計(jì)。在第三節(jié)中，描述了鑲塊分為了刃口、波浪刃口、法蘭、廢料刀、加強(qiáng)筋、靠山和螺釘銷釘部分組成，那么運(yùn)用串行與并行的方法進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)如下：
(1)鑲塊刃口的生成，如圖6所示。
圖6 鑲塊刃口部分
(2)鑲塊法蘭的生成，如圖7所示。
圖7 鑲塊法蘭部分
(3)鑲塊廢料刀的生成如圖8所示。
圖8 鑲塊廢料刀部分
(4)鑲塊主體部分布爾求和以后，如圖9所示。
圖9 鑲塊主體部分
(5)鑲塊主體加上輔助部分以后，最終如圖10所示。
圖10 修邊鑲塊完成圖
5 關(guān)鍵技術(shù)
5.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)
參數(shù)化設(shè)計(jì)是利用尺寸表達(dá)式約束以及尺寸之間的關(guān)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在建模的過(guò)程中，用戶可以自定義尺寸表達(dá)式，生成所需尺寸的模型，而在尺寸修改與調(diào)節(jié)過(guò)程中，通過(guò)尺寸關(guān)聯(lián)，可以達(dá)到模型牽一發(fā)而動(dòng)全身的效果，方便快捷。
5.2 鑲塊自動(dòng)識(shí)別技術(shù)
在第二節(jié)中，可以知道修邊鑲塊主要有6類，在傳統(tǒng)的提供用戶選擇鑲塊類型的基礎(chǔ)上，特意在程序中加入了鑲塊自動(dòng)識(shí)別的算法，用以減少用戶的工作量。圖11是自動(dòng)識(shí)別的基本算法。
圖11 鑲塊自動(dòng)識(shí)別技術(shù)
(1)選擇修邊線以后，判斷修邊線的條數(shù)，如果是兩條，則是雙邊式鑲塊。
(2)接著判斷修邊線是否封閉，如果是封閉的，則是周圍式鑲塊或者法蘭式鑲塊，再根據(jù)修邊線投影后所得的平面封閉曲線所圍面積的大小來(lái)判斷具體類型。
(3)然后判斷起點(diǎn)與終點(diǎn)的切矢夾角是否為鈍角，如果為鈍角，則是三邊式鑲塊。
(4)接著判斷是否帶廢料刀，如果有廢料刀，則是帶廢料刀的外圍式鑲塊，否則，是不帶廢料刀的外圍式鑲塊，即一般外圍式鑲塊。
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，最常見(jiàn)的是一般外圍式和帶廢料刀的外圍式鑲塊，其次是周圍式鑲塊，法蘭式鑲塊，再次是雙邊式鑲塊和三邊式鑲塊。
5.3 曲線優(yōu)化
曲線優(yōu)化是參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，修邊線通常是空間曲線，形狀復(fù)雜且不能改動(dòng)，如果直接對(duì)修邊線進(jìn)行偏置、拉伸或者直紋，可能會(huì)出現(xiàn)自相交、不連續(xù)等無(wú)法進(jìn)行接下去的造型，為了解決這樣的難題，第一個(gè)可行的方法是大致偏置，大致偏置有效解決了平面曲線可能出現(xiàn)的自相交問(wèn)題，第二個(gè)方法則是對(duì)曲線進(jìn)行光順，具體的思路是將樣條曲線根據(jù)精確度離散成各個(gè)點(diǎn)，再通過(guò)這些點(diǎn)重新擬合成一條新的曲線，曲線的光順有效解決可能出現(xiàn)的不連續(xù)的問(wèn)題。
6 結(jié)論
汽車覆蓋件模具的參數(shù)化造型方法是汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重要因素，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)反復(fù)嘗試，只有這樣才能設(shè)計(jì)出既符合要求、又節(jié)約成本的模具。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，在造型過(guò)程中只有采用了合適的參數(shù)化造型方法，才能將復(fù)雜的產(chǎn)品分解成簡(jiǎn)單體的求和，才能大大減少人工重復(fù)操作，提高設(shè)計(jì)的效率。
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本文標(biāo)題：基于NX的修邊鑲塊參數(shù)化設(shè)計(jì)方法
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