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沖模CAD中非圓凸模和凹模的自動生成

更新時間:2008-9-1 16:04:11 文章來源:互聯(lián)網 點擊:

摘要:介紹了在沖模CAD系統(tǒng)中,采用圓弧多邊形化的方法,對非圓凸模和凹模形狀進行處理,提出了一種根據(jù)俯視圖自動生成主視圖的方法。
關鍵詞:模具;
CAD;圓。欢噙呅

一、引言

在設計
沖壓模具時,若模具的凸模和凹模刃口形狀為圓形或矩形等簡單形狀,凸模和凹模都比較容易設計,而且刃口尺寸的計算也非常簡單。但是,并不是所有沖壓模具的凸模和凹模刃口形狀都是規(guī)則的,也有許多沖壓模具凸模和凹模的刃口形狀是不規(guī)則的,它們是由多段線段組成,或者由多段線段和多段圓弧組成,或者完全由多段圓弧組成,此類凸模和凹模的刃口計算和設計都很麻煩。

由于非圓凸模和非圓凹模形狀復雜,為了便于加工,在設計時均把非圓凸模和非圓凹模的內腔設計成直柱狀,這為使用計算機進行自動設計提供了方便。如果使用計算機實現(xiàn)此類凸模和凹模的自動生成,并且結合
CAM,不僅可減輕設計人員的勞動強度,而且可以大幅度提高模具的設計和加工效率及質量。

二、非圓凸模的自動生成

各種非圓凸模可分為兩種情況:第一種,非圓凸模的俯視圖輪廓完全由線段組成;第二種,非圓凸模的俯視圖輪廓由線段和圓弧或者完全由圓弧組成。對于第二種情況,在生成凸模主視圖之前,必須對俯視圖中的圓弧進行適當處理,也就是根據(jù)圓弧的情況,考慮圓弧在主視圖中的投影效果,用一段或幾段線段取代俯視圖中的圓弧,這種方法稱為“圓弧多邊形化”。

1.圓弧的多邊形化處理

分析各種類型的圓弧,根據(jù)投影原理,圓弧的替代可分為三種情況:(1)若有圓弧段AB,只要圓弧與圓的水平直徑無交點,就可用線段AB替代圓弧AB,如圖1a所示。(2)若有圓弧段AB,只要圓弧與圓的水平直徑存在兩個交點C和D,可用三條線段AC、CD、DB替代圓弧AB,如圖1b所示。(3)若有圓弧段AB,只要圓弧與圓的水平直徑存在一個交點C,則可用兩條線段AC、CB來替代圓弧AB,如圖1c所示。

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圖1圓弧多邊化

2.多邊形點集的處理

若兩個圓弧或圓弧與線段連接點為切點,在主視圖中可能沒有與此切點對應的棱線,為了正確地生成主視圖,在對俯視圖進行“多邊形化”處理后,必須對所有的切點進行判斷,確定哪些切點要刪除以及哪些切點應保留。具體的判斷方法如下:(1)若兩圓弧相切,設圓心分別為O1、O2,半徑分別為R1、R2,切點為P,O1x、O2x、Px分別為兩圓心和切點的X坐標值,當|O1x-O2x|=|R1-R2|時,切點需要保留,否則切點要刪除。(2)若豎直線段與圓弧相切,則切點要保留,其余的線段與圓弧相切時,切點要刪除。包含圓弧段的非圓凸模俯視圖在進行“多邊形化”處理后,便轉化為非圓凸模俯視圖完全由線段組成的情況,因而以后處理第一種情況和第二種情況的方法是相同的。

圖2是某沖壓件的零件圖,若要自動生成此零件的沖裁凸模,首先要根據(jù)零件的要求及板料的厚度對零件圖進行適當?shù)钠,然后再對偏移后的圖形進行“多邊形化”處理,并且計算各個圓弧的圓心,算出圓弧與水平直徑的各個交點。根據(jù)上述的三種情況,將圖中的各段圓弧用適當?shù)木段替代,替代后的多邊形如圖3b所示。

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圖2沖壓件的零件圖

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圖3生成凸模的示意圖

圖3b是由多段線段組成的多邊形輪廓,其頂點集為V:{A,B,C,D,E,F(xiàn),G,H,I,J,K,L,M,N,O,P},V中的許多頂點屬于原來的切點集U:{B,C,D,E,F(xiàn),G,J,K,M,N}。在生成主視圖時,U中的切點有的要產生棱線,如:E、F、K等,有的不產生棱線,如:B、C、D等,因而要從U中去除產生棱線的切點,處理后的點集為U1:{B,C,D,G,J,M,N},再將V與U1求差(即V1=V-U1)得到新的點集V1:{A、E、F、H、I、K、L、O、P}。在生成圖3b所對應的主視圖時,多邊形頂點集V1中的每個頂點在主視圖中都對應著一條棱線(可見或被隱藏),棱線的位置由對應頂點的X坐標確定,棱線的可見與隱藏由對應頂點的Y坐標及此頂點與投影面的關系決定。

3.凸模的生成

要想生成非圓凸模的主視圖,只需對頂點集V1進行處理。在V1中任取一點,根據(jù)此點的X坐標確定一條過此點且平行于Y軸的直線,求此直線與圖3b中所有線段的交點,并根據(jù)交點的數(shù)目及交點與點集中相應點的關系,確定棱線的可見與不可見性。例如,對于點集V1中的P點,過P點且平行于Y軸的直線L1與圖3b中各線段的交點只有P點,在投影生成圖3a時,沒有投影面會阻擋此棱線,因而,此棱線在圖3a中是實線;對于點集V1中的L點,過L點且平行于Y軸的直線L2與圖3b中各線段的交點有J1、K、L、J2點,在此情況下,若要確定棱線是可見還是隱藏,必須比較J2、K、J2三個交點與L點的關系,即比較這四點的Y坐標值的大小,若L點的Y坐標值不小于其它三個交點的Y坐標值(即YL≤YJ1) and (YL≤YK) and (YL≤YJ2),則這條棱線在圖3a中應為實線(可見的);只要其它三個交點中有一個點的Y值坐標值不小于L點的Y坐標值,如圖3中:YL≥YJ1,YL≥YK,YJ2≥YL,則此棱線在圖3a中應為虛線(不可見的)。采用相同的方法,依次對點集V1中的各點進行計算和比較,并給定凸模的高度尺寸,即可得到圖2中零件的沖裁凸模,如圖3a所示。在生成凸模后,將用于生成凸模的多邊形圖3b刪除,把根據(jù)零件圖偏移后的圖形調入,再用尺寸標注命令即可得到各圖素的精確尺寸。用計算機自動處理此過程的流程圖如圖4所示。

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圖4凸模生成的流程圖

三、凹模的自動生成

對于非圓凹模,首先需要確定凹模的外圍尺寸,在確定了凹模的大小后,其內腔的生成方法與非圓凸;鞠嗤,只是在生成前需選定一剖切線,求出剖切線與各實體的交點,重新生成封閉線,然后再用與生成非圓凸模相同的方法,即可生成非圓凹模。

四、結論

針對設計非圓凸模和非圓凹模的復雜性,利用“圓弧多邊形化”方法,對圓弧進行離散,并找到了一種利用計算機生成非圓凸模和非圓凹模的方法,實現(xiàn)了非圓凸模和非圓凹模的自動設計,提高了設計效率和設計質量。

作者單位:欒貽國山東工業(yè)大學(250061)
賀連芳李輝平魯?shù)秘愜嚐艄?

參考文獻
1孫勝.計算機在金屬塑性成形中的應用技術.廣州:廣東科技出版社.
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3于滬平.沖裁模CAD中凹模外形的自動生成.金屬成形工藝,1997,(2).




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