模具型面设计中曲面快速延拓技术研究.pdf

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1、2014年4月机械设计与制造工程Apr．2014第43卷第4期MachineDesignandManufacturingEngineeringVol_43No．4DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．04．007模具型面设计中曲面快速延拓技术研究王远峰，卫炜，孙建华，安鲁陵(1．南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)(2．江苏苏美达五金工具有限公司，江苏南京210061)摘要：针对飞机零部件模具设计过程中遇到的曲面延拓困难问题，提出了以B样条双向蒙皮造型技术对曲面进

2、行重构，进而实现曲面快速延拓的新方法，并基于CATIA开发了钣金模具型面辅助设计工具，实现了复杂曲面的快速延拓，可提高航空钣金件模具的设计效率。关键词：曲面快速延拓；曲面重构；双向蒙皮曲面；B样条曲线重构；二次开发中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)04—0025—07在航空制造业中往往会遇到较多具有自由曲所普遍采用的生成曲面的方法，其主要思路为拟合面的零件，主要为钣金件或曲面类复合材料零件，一张曲面，使其能够通过一组有序的空间曲线j。这些类型零件常采用模具成型的方

3、法进行加工，其双向蒙皮造型技术则是由定义在曲面两个参数方模具型面的设计是整个模具设计的核心。一般情向上的两族相交曲线拟合生成自由曲面的技术，其况下，模具的型面要求与零件表面贴合，范围大于原理为分别以两族曲线作为截面线各自生成单向零件表面，边界较为规整并具有良好的光顺性。企蒙皮曲面，再以两族曲线的交点为型值点插值生成业工装设计人员通常采用基于产品模型的设计方张量积曲面，对3张曲面做曲面的布尔和运算以生法，利用CAD曲面建模技术对零件数模上提取的成新曲面。这一技术目前已经受到研究人员的关原始曲面进行修补、延拓

4、、裁剪等处理以生成模具注，并作出了相应的理论与应用可行性方面的研型面，其中曲面延拓是主要的处理手段之一，一些究J。本文即采用B样条双向蒙皮曲面来构造延研究人员对此已做了相关的研究并开发出了实用拓面。的曲面延拓方法¨I2J。但日前仍有一部分曲面的B样条方法是CAD领域中描述曲面曲线的重延拓处理较为困难，特别是具有复杂边界的自由曲要方法，国际标准组织(ISO)颁布的工业产品数据面，其延拓操作往往非常繁琐，有些甚至无法进行交换STEP国际标准中，定义工业产品几何形状的符合模具设计要求的延拓。本文针对此类模具型数

5、学方法NURBS(非均匀有理B样条)即为B样面设计中的曲面延拓问题，提出一种基于双向蒙皮条方法的推广。对于不能用初等解析曲面表达的造型技术的曲面快速延拓方法，以重构曲面的方式自由曲线曲面而言，B样条成功地解决了其形状描生成符合要求的延拓面，并依据这一方法，利用述问题，能够满足模具型面的构造要求。B样条曲面由一组控制顶点定义，其方程可写为：CATIA二次开发技术开发了钣金模具型面辅助设nm计工具，经过曲面重构所得到的具有规则边界的延s(“，)=，，N(“)，()拓面，经过简单处理即可作为满足要求的模具型式中

6、：di为B样条曲面的控制顶点，以矢量表示；()与,j面。Ⅳ()分别为定义在U，V两个参数方．¨向上的规范B样条基函数，次数分别为k，。1基于双向蒙皮造型技术的曲面快速延拓B样条双向蒙皮造型理论具体可描述如下：方法设两个参数方向(U向与向)上分别有(s+1．1B样条曲面的双向蒙皮造型理论1)条和(r+1)条截面曲线，各自的最高阶次分别蒙面法传统上称为放样，是早期航空制造工业为P与q，统一节点矢量操作后，设U向截面线节收稿日期：2014—03—06作者简介：王远峰(1985一)，男，江苏扬州人，南京航空航天大

7、学硕士研究生，主要研究方向为数字化设计与制造。·25·2014年第43卷机械设计与制造工程点矢量为Ul={0，⋯，0，川，⋯，“，1，⋯，1}，向曲面双向蒙皮造型技术，通过对原曲面的重构生成—了—满足延拓要求的新曲面。这一方法的核心思想可截面线节点矢量为'，2={p，⋯，0，+，⋯，，—描述为：首先利用原曲面上截取的截面线进行曲线1，⋯，1}，分别做单向蒙皮操作可得相应的两个蒙延伸操作，再将延伸后的曲线作为延拓面的截面皮曲面S，．s，表达式如下：线，通过双向蒙皮技术拟合出新曲面，所得到的新H+q一1曲面是

8、一张边界规则且满足延拓要求的完整曲面，S=，Ⅳ(“)，()(1)，直接进行裁剪、延伸等简单处理即成为满足延拓要r+D一1msz=。磊dzⅣ(u)，()(2)求的模具型面。这一方法需要为新曲面定义向式(1)为向蒙皮曲面，在向反求曲面顶点与向，以及用于参考的基准平面，基准平面必须时取次数为q，估算节点矢量为V；式(2)为向能够反映原始曲面的外轮廓特征。本文采用在原蒙皮曲面，在向反求曲面顶点时取次数为P，估始曲面边界上取一组均匀分布