冲模CAD中凹模和非圆凸模的自动生成

1、图 1 圆 弧 多 边 化冲模 cad 中凹模和非圆凸模的自动生成苏海常（天 津 工 业 大 学 机 电 学 院 ， 天 津300160）摘 要 ： 介绍了在冲模 cad 系统中， 作者在设计时改变了非圆凸模和非圆凹模的内腔 形 状 ， 为使用计算机进 行自动设计提供了方便 ， 使在计算机实现此类凸模和凹模的自动生成过 程中结合 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 。 总体上采用圆弧多边形 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；

2、 圆 弧 ； 多 边 形中 图 分 类 号 ： tp391.7文 献 标 识 码 ： adoi:10.3969 / j .issn.1002-6673.2010.03.049die in die cad and non-circular punch automatic generationsu hai-chang（school of mechanical and electronic ， tianjin polytechnic university, tianjin 300160 ， china）abstract: this paper describes the die cad system

3、, the author changed the design of non-circular punch and die of non-circular shape of the cavity for the use of computer automated design provides a convenient, so that to achieve such a punch in the computer and die with the process of automatic generation of cam, not only would the designers of t

4、he labor intensity, but also can greatly improve the mold design and processing efficiency and quality. overall use of arc polygon-oriented method, the non-circular shape of the punch and die processing, presents a vertical view automatically generated according to the main view approach.key words:

5、mold； cad； arc； polygon俯 视图轮廓完全由线段 组 成 ； 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 的 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 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 ： 若 有 圆 弧 段 ab，

6、 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 1 （a） 所 示 ； 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 1 （b） 所 示 ； 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 1 （c） 所示。（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

7、可 能 没 有 与 此0 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

8、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 。1 非圆凸模的自动生成各 种 非 圆 凸 模 大 致 可 分 为 两 种 情 况 ： 非 圆 凸 模 的收 稿 日 期 ： 20100404作 者 简 介 ： 苏 海 常 ， 男 ， 福 建 泉 州 人 。p2o2h2 k2

9、 f2yp1o1h1 （a） k1 f1l1a b cpl2o n mj2 dl e i jkfhg j1（b）ox图 3 生 成 凸 模 的 示 意 图切 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 ： 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

10、值 ， 当o1x-o2xr1-r2时 ， 切 点 需 要 保 留 ， 否 则 切 点 要 删 除 ； 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， 因而以后处理和的方法是相同的。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 后再对偏移后的图形 进 行 “多 边

11、 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 3（b）所 示 。图 3（b）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，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 3（b）中 各

12、线段的交点 只 有 p 点 ， 在 投 影 生 成 图 3 （a） 时 ， 没有 投影面会阻挡此棱线 ， 因 而 ， 此 棱 线 在 图 3（a）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 3（b）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

13、 三 个 交 点 的 y 坐 标 值 （ 即 yl yj1） and （ylyk） and （ylyj2） ， 则这条棱线在图 3 （a）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 ：ylyj1， ylyk， yj2yl， 则 此 棱 线 在 图 3 （a）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

14、 ， 如 图 3（a）所 示 。 在 生 成 凸 模 后 ， 将 用 于 生 成 凸 模 的 多 边 形 图 3 （b） 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 。在 生 成 主 视 图k，m，n。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 ，2 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

15、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 。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 v1v-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

16、 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3 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 。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 。

17、要 想 生 成 非 圆 凸 模 的 主 视 图 ， 只参 考 文 献 ：1 孙 胜.计算机在金属塑性成形中 的 应 用 技 术 m.广 州 ：广 东 科 技 出 版 社.2 李 志 刚.模 具 cad/camm.北 京 ：机 械 工 业 出 版 ，1994.3 于沪平.冲裁模 cad 中凹模形的自动生成j.金属成形工艺，1997，2.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 3 （b）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 123fil