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充部分和沖壓件內(nèi)部增加的工藝補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)計的難點主要集中在：

    (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，會給設(shè)計人員帶來不小的麻煩。而本文提出的參數(shù)化造型方法，能有效地縮短設(shè)計周期，提升設(shè)計效率。

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)。

    一般來說，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，從起點到終點只有一條主線，串行法的優(yōu)點是：①步驟簡單易懂；②整體關(guān)聯(lián)性較強。但是它也有缺點：①造型的順序很重要，越靠近起點的部分，對結(jié)果的影響越大；②由于關(guān)聯(lián)性太強，在復(fù)雜體中做出修改以后，出錯的幾率較大。

    在修邊鑲塊設(shè)計中，總體設(shè)計思想采用串行法的部分，主要是基于基準-線-面-體的設(shè)計方法。在確定幾何輸入信息以后，根據(jù)條件依次確定基準平面及基準軸、空間曲線組及平面曲線組、直紋面及片體、主幾何體，最后通過修剪和布爾運算得到所需幾何體，如圖3所示。這樣的設(shè)計方法，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，從起點到終點有不同的支路，并行法的優(yōu)點是：①各個支路相對獨立互不影響，提升了容錯率；②將整個復(fù)雜體分解成多個簡單體求和，降低了造型難度；③方便查找及修改錯誤。當然，并行法的不足是：①復(fù)雜體的分解需要經(jīng)驗和技術(shù)做支持，分解方法決定了造型的難度，并不簡單易懂；②由于分解后的簡單體相對獨立，一般通過布爾運算連接，會在連接處產(chǎn)生一定的瑕疵，所以對于精度高的復(fù)雜體需要進行后期人工的修正。

    在修邊鑲塊總框架搭好之后，對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、加強筋、靠山、螺釘銷釘7個部分，最后通過布爾運算關(guān)聯(lián)起來，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)計與生成實例

    為了方便理解各個部分，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)計實例，在給定輸入條件的基礎(chǔ)上進行修邊鑲塊的參數(shù)化設(shè)計。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、加強筋、靠山和螺釘銷釘部分組成，那么運用串行與并行的方法進行參數(shù)化設(shè)計如下：

    (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

    參數(shù)化設(shè)計是利用尺寸表達式約束以及尺寸之間的關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)的，在建模的過程中，用戶可以自定義尺寸表達式，生成所需尺寸的模型，而在尺寸修改與調(diào)節(jié)過程中，通過尺寸關(guān)聯(lián)，可以達到模型牽一發(fā)而動全身的效果，方便快捷。

    5.2 鑲塊自動識別技術(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識別的算法，用以減少用戶的工作量。圖11是自動識別的基本算法。

圖11 鑲塊自動識別技術(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判斷具體類型。

    (3)然后判斷起點與終點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。

    在實際生產(chǎn)過程中，最常見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)計過程中的主要關(guān)鍵點和難點，修邊線通常是空間曲線，形狀復(fù)雜且不能改動，如果直接對修邊線進行偏置、拉伸或者直紋，可能會出現(xiàn)自相交、不連續(xù)等無法進行接下去的造型，為了解決這樣的難題，第一個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)的自相交問題，第二個方法則是對曲線進行光順，具體的思路是將樣條曲線根據(jù)精確度離散成各個點，再通過這些點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)品開發(fā)的重要因素，在實際的設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要有豐富的經(jīng)驗，并通過反復(fù)嘗試，只有這樣才能設(shè)計出既符合要求、又節(jié)約成本的模具。在模具設(shè)計過程中，在造型過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)品分解成簡單體的求和，才能大大減少人工重復(fù)操作，提高設(shè)計的效率。

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本文標題：基于NX的修邊鑲塊參數(shù)化設(shè)計方法

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