做和冲模CAD中非圆凸模和凹模的自动生成

冲模CAD中非圆凸模和凹模的自动生成

摘要：介绍了在冲模CAD系统中，采用圆弧多边形化的方法，对非圆凸模和凹模形状进行处理，提出了一种根据俯视图自动生成主视图的方法。

关键词：模具；CAD；圆弧；多边形

一、引言

在设计冲压模具时，若模具的凸模和凹模刃口形状为圆形或矩形等简单形状，凸模和凹模都比较容易设计，而且刃口尺寸的计算也非常简单。但是，并不是所有冲压模具的凸模和凹模刃口形状都是规则的，也有许多冲压模具凸模和凹模的刃口形状是不规则的，它们是由多段线段组成，或者由多段线段和多段圆弧组成，或者完全由多段圆弧组成，此类凸模和凹模的刃口计算和设计都很麻烦。

由于非圆凸模和非圆凹模形状复杂，为了便于加工，在设计时均把非圆凸模和非圆凹模的内腔设计成直柱状，这为使用计算机进行自动设计提供了方便。如果使用计算机实现此类凸模和凹模的自动生成，并且结合CAM，不仅可减轻设计人员的劳动强度，而且可以大幅度提高模具的设计和加工效率及质量。

二、非圆凸模的自动生成

各种非圆凸模可分为两种情况：第一种，非圆凸模的俯视图轮廓完全由线段组成；第二种，非圆凸模的俯视图轮廓由线段和圆弧或者完全由圆弧组成。对于第二种情况，在生成凸模主视图之前，必须对俯视图中的圆弧进行适当处理，也就是根据圆弧的情况，考虑圆弧在主视图中的投影效果，用一段或几段线段取代俯视图中他说：“使人兴奋的是的圆弧，这种方法称为“圆弧多边形化”。

1.圆弧的多边形化处理

分析各种类型的圆弧，根据投影原理，圆弧的替代可分为三种情况：(1)若有圆弧段AB，只要圆弧与圆的水平直径无交点，就可用线段AB替代圆弧AB，如图1a所示。(2)若有圆弧段AB，只要圆弧与圆的水平直径存在两个交点C和D，可用三条线段AC、CD、DB替代圆弧AB，如图1b所示。(3)若有圆弧段AB，只要圆弧与圆的水平直径存在一个交点C，则可用两条线段AC、CB来替代圆弧AB，如图1c所示。

图1圆弧多边化

2.多边形点集的处理

若两个圆弧或圆弧与线段连接点为切点，在主视图中可能没有与此切点对应的棱线，为了正确地生成主视图，在对俯视图进行“多边形化”处理后，必须对所有的切点进行判断，确定哪些切点要删除以及哪些切点应保留。具体的判断方法如下：(1)若两圆弧相切，设圆心分别为O1、O2，半径分别为R1、R2，切点为P，O1x、O2x、Px分别为两圆心和切点的X坐标值，当｜O1x-O2x｜＝｜R1-R2｜时，切点需要保留，否则切点要删除。(2)若竖直线段与圆弧相切，则切点要保留，其余的线段与圆弧相切时，切点要删除。包含圆弧段的非圆凸模俯视图在进行“多边形化”处理后，便转化为非圆凸模俯视图完全由线段组成的情况，因而以后处理第一种情况和第二种情况的方法是相同的。

图2是某冲压件的零件图，若要自动生成此零件的冲裁凸模，首先要根据零件的要求及板料的厚度对零件图进行适当的偏移，然后再对偏移后的被称作“发泡成型”的注塑成型生产技术在1个复杂的形状上得到实现图形进行“多边形化”处理，并且计算各个圆弧的圆心，算出圆弧与水平直径的各个交点。根据上述的三种情况，将图中的各段圆弧用适当的线段替代，替代后的多边形如图3b所示。

图2冲压件的零件图

图3生成凸模的示意图

图3b是由多段线段组成的多边形轮廓，其顶点集为V：｛A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M，N，O，P｝，V中的许多顶点属于原来的切点集U：｛B，C，D，E，F，G，J，K，M，N｝。在生成主视图时，U中的切点有的要产生棱线，如：E、F、K等，有的不产生棱线，如：B、C、D等，因而要从U中去除产生棱线的切点，处理后的点集为U1：｛B，C，D，G，J，M，N｝，再将V与U1求差(即V1＝V-U1)得到新的点集V1：｛A、E、F、H、I、K、L、O、P｝。在生成图3b所对应的主视图时，多边形顶点集V1中的每个顶点在主视图中都对应着一条棱线(可见或被隐藏)，棱线的位置由对应顶点的X坐标确定，棱线的可见与隐藏由对应顶点的Y坐标及此顶点与投影面的关系决定。

3.凸模的生成

要想生成非圆凸模的主视图，只需对顶点集V1进行处理。在V1中任取一点，根据此点的X坐标确定一条过此点且平行于Y轴的直线，求此直线与图3b中所有线段的交点，并根据交点的数目及交点与点集中相应点的关系，确定棱线的可见与不可见性。例如，对于点集V1中的P点，过P点且平行于Y轴的直线L1与图3b中各线段的交点只有P点，在投影生成图3a时，没有投影面会阻挡此棱线，因而，此棱线在图3a中是实线；对于点集V1中的L点，过L点且平行于Y轴的直线L2与图3b中各线段的交点有J1、K、L、J2点，在此情况下，若要确定棱线是可见还是隐藏，必须比较J2、K、J2三个交点与L点的关系，即比较这四点的Y坐标值的大小，若L点的Y坐标值不小于其它三个交点的Y坐标值(即YL≤YJ1) and (YL≤YK) and (YL≤YJ2)，则这条棱线在图3a中应为实线(可见的)；只要其它三个交点中有一个点的Y值坐标值不小于L点的Y坐标值，如图3中：YL≥YJ1，YL≥YK，YJ2≥YL，则此棱线在图3a中应为虚线(不可见的)。采用相同的方法，依次对点集V1中的各点进行计算和比较，并给定凸模的高度尺寸，即可得到图2中零件的冲裁凸模，如图3a所示。在生成凸模后，将用于生成凸模的多边形图3b删除，把根据零件图偏移后的图形调入，再用尺寸标注命令即可得到各图素的精确尺寸。用计算机自动处理此过程的流程图如图4所示。

图4凸模生成的流程图

三、凹模的自动生成

对于非圆凹模，首先需要确定凹模的外围尺寸，在确定了凹模的大小后，其内腔的生成方法与非圆凸模基本相同，只是在生成前需选定一剖切线，求出剖切线与各实体的交点，重新生成封闭线，然后再用与生成非圆凸模相同的方法，即可生成非圆凹模。

四、结论

针对设计非圆凸模和非圆凹模的复杂性，利用“圆弧多边形化”方法，对圆弧进行离散，并找到了一种利用计算机生成非圆凸模和非传感器与控制柜电气连接圆凹模的方法，实现了非圆凸模和非圆凹模的自动设计，提高了设计效率和设计质量。

作者单位：栾贻国山东工业大学(250061)

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参考文献

1孙胜.计算机在金属塑性成形中的应用技术.广州：广东科技出版社.

2李志刚.模具CAD/CAM.北京：机械工业出版，1994.

3于沪平.冲裁模CAD中凹模外形的自动生成.金属成形工艺，1997，(2).(end)