李大磊，趙玉奇，布向鵬

（鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 450001）

0 引言

鈑金件和鈑金制品在機(jī)械、石油、化工、冶金、輕工等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，其中鈑金展開(kāi)模型的繪制是鈑金件制造和鈑金制品生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。這類(lèi)產(chǎn)品在制作過(guò)程中,一般需要畫(huà)出其表面形狀,即展開(kāi)圖,以便進(jìn)行下料，加工成形。展開(kāi)圖的傳統(tǒng)作法是展開(kāi)計(jì)算法,此方法計(jì)算繁瑣、工作量大。

SolidWorks、Pro/e、UG等三維設(shè)計(jì)分析軟件中的鈑金展開(kāi)功能，可以快速生成簡(jiǎn)單鈑金件的展開(kāi)圖。但是當(dāng)遇到如圖1（a）所示的中有復(fù)雜相貫線褲形鈑金件的零件時(shí)，如在SolidWorks中，按照文獻(xiàn)[1]中的方法，由于下料管1的外表面沒(méi)有完全包括下料管2，則無(wú)法執(zhí)行轉(zhuǎn)換到鈑金步驟中的“分割”功能，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行下上步的工作，在設(shè)計(jì)樹(shù)中無(wú)生成不了鈑金標(biāo)記，進(jìn)而無(wú)法生成展開(kāi)圖。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須在建模的開(kāi)始和過(guò)程中對(duì)實(shí)體零件進(jìn)行一些特殊的操作，再行鈑金件的下料模擬。

1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

具有復(fù)雜相貫線的褲形鈑金件如圖1所示，如圖1(a)，這個(gè)零件通常作為制藥過(guò)程中的一個(gè)分料裝置。此褲形鈑金件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖所示，其支管1、2對(duì)稱，軸線夾角為40°且在同一平面內(nèi)，支管的底部半徑為40mm，拔模斜度為8deg，材料為Cr18Ni9Ti。本文采用SolidWorks進(jìn)行建模，鈑金的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鈑金參數(shù)表

2 具有復(fù)雜相貫線褲形鈑金件的傳統(tǒng)下料方法

對(duì)于具有復(fù)雜相貫線鈑金件的傳統(tǒng)下料方法一般有延長(zhǎng)線展開(kāi)圖畫(huà)法和計(jì)算法，前者的精確度較低，后者雖然有所提高，可是精確度仍受輪廓線上等分點(diǎn)個(gè)數(shù)的限制，這樣會(huì)增加計(jì)算量。

圖1(b)中可看到頂面為不規(guī)則的弧形。如果按照傳統(tǒng)的作圖法，則需要大量的測(cè)量，繪制展開(kāi)圖的準(zhǔn)確度也影響下料的準(zhǔn)確性；若采用計(jì)算法，精確度會(huì)有所提高。根據(jù)公式確定支管素線的長(zhǎng)度ln，求出支管1板料下料的展開(kāi)長(zhǎng)S，如果將支管板料進(jìn)行8等分，由各等分點(diǎn)分別沿母線方向引直線與支管相交，求出各直線的長(zhǎng)度，然后將個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直線的長(zhǎng)度，截取到展開(kāi)圖中，即得出各支管的展開(kāi)圖。等分點(diǎn)越少，精度就會(huì)急劇降低，等分點(diǎn)越多工作量越大。

3 基于SolidWorks具有復(fù)雜相貫線的褲形鈑金件下料方法研究

三維設(shè)計(jì)分析軟件SolidWorks中的鈑金功能，為我們提供了一種新的鈑金件下料途徑。利用鈑金件的特殊特征，對(duì)零件進(jìn)行實(shí)體建模，得到需要尺寸形狀的三維實(shí)體模型，然后運(yùn)用“插入—鈑金—插入折彎”命令，將實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為鈑金件，即可利用鈑金的展開(kāi)命令得到展開(kāi)圖。省時(shí)、計(jì)算量小、同時(shí)準(zhǔn)確度也高。通過(guò)三維軟件的繪制，可以方便、形象的展示零件，生成適合生產(chǎn)的展開(kāi)圖。

在運(yùn)用SolidWorks對(duì)具有復(fù)雜相貫線的鈑金件下料進(jìn)行分析時(shí)，常常用到“分割”命令將一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為多個(gè)實(shí)體。由于支管1的分割面沒(méi)有完全把支管2的端面包括，所以此鈑金件無(wú)法直接運(yùn)用“切割”命令，因此為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行一步特殊的操作，建立模型的方法如下：

3.1 建立模型

如圖2（a）采用SolidWorks的基本操作建立基本零件模型；圖2（b）執(zhí)行拉伸切除命令，得到需要的零件模型——軸測(cè)圖；

3.2 對(duì)所建立的模型進(jìn)行處理。此步為本研究的主要步驟

將“拉伸切除”特征“壓縮”，即可得到符合分割條件的實(shí)體模型。如圖2（a）所示。

3.3 對(duì)實(shí)體模型分割

選擇圖2（a）長(zhǎng)管的外表面為剪裁曲面，選擇整個(gè)實(shí)體為分割實(shí)體，這時(shí)可以生成兩個(gè)實(shí)體，然后分別保存實(shí)體1、實(shí)體2。如圖3所示。

3.4 轉(zhuǎn)換為鈑金件并生成展開(kāi)圖

由于支管1、2對(duì)稱，所以只得到一個(gè)支管的展開(kāi)圖即可。得到分割后保存實(shí)體1。如圖4所示。

執(zhí)行SolidWorks中的“插入折彎”命令轉(zhuǎn)換為鈑金件。實(shí)體1的上端面為不均勻厚度的薄壁，而展開(kāi)后為均勻的邊界，這是由于鈑金零件通常均為精確度不高的零件，所以當(dāng)實(shí)體轉(zhuǎn)換為鈑金件后得到的邊界尖角忽略。展開(kāi)得到下料模型。如圖5所示。

至此，零件展開(kāi)圖生成。

4 結(jié)論

得到展開(kāi)下料模型后，可以根據(jù)實(shí)體零件的特征進(jìn)行下料。如果為小件零件，可以出工程圖，然后對(duì)毛坯板料進(jìn)行描點(diǎn)后切割；如果為大件零件，可直接將展開(kāi)圖調(diào)入masterCAM中自動(dòng)編程，然后傳給數(shù)控切割機(jī)進(jìn)行下料；如果為較復(fù)雜的零件展開(kāi)圖，可以按照文獻(xiàn)[2]的辦法，先轉(zhuǎn)換為CAD工程圖，然后導(dǎo)入CAPP中，生成零件的特征編碼,通過(guò)分級(jí)推理自動(dòng)生成零件的工藝規(guī)程,再進(jìn)行下料。

在對(duì)鈑金件實(shí)體模型進(jìn)行特殊處理后，即可得到生產(chǎn)需要的展開(kāi)下料模型，運(yùn)用SolidWorks對(duì)具有復(fù)雜相貫線的鈑金件進(jìn)行下料與傳統(tǒng)下料方法比較即可看出，前者具有工作量小、時(shí)間短、精確度高以及可以與數(shù)控機(jī)床連接等優(yōu)點(diǎn)。這為我們提供了一種新的快速下料途徑，同時(shí)有效地提高了生產(chǎn)效率。

[1] 張偉, 馮靜, 李鵬. 基于SolidWorks的復(fù)雜相關(guān)圓錐體鈑金下料方法[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化. 2010.

[2] 袁關(guān)章, 陳文亮, 楊鴻, 丁秋林. 鈑金件的工藝過(guò)程自動(dòng)生成系統(tǒng)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化. 1996.

[3] 董慶華. 鈑金展開(kāi)計(jì)算法及應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社.