張 凱,李 舒

(1.沈陽機床股份有限公司,遼寧沈陽 110142;2.沈陽子午線輪胎模具有限公司,遼寧沈陽 110034)

NX7是一個集CAD/CAE/CAM功能于一體的三維設計軟件,是當今世界最先進的計算機輔助設計軟件之一,廣泛應用于航空航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業(yè)領域。其建模技術結合了傳統(tǒng)建模和參數(shù)化建模的優(yōu)點,采用尺寸驅動技術,具有全相關的參數(shù)化功能,且有很強的曲面和實體造型功能。由于輪胎模具的花紋及曲面非常復雜,因此選擇NX 7軟件進行輪胎模具花紋的三維造型。應用NX 7可在計算機上生成所設計輪胎模具花紋的直觀可視的數(shù)字化虛擬產(chǎn)品,實現(xiàn)設計思想的直觀描述。本文主要闡述運用NX7的CAD功能實現(xiàn)輪胎模具花紋三維造型的過程。

1 輪胎模具花紋三維造型過程流程圖

NX 7是一種復合建模工具,它提供了多種建模方法。在建立零件模型時,既可用基本體素建立簡單的實體,也可通過對曲線、草圖的拉伸、旋轉建立各種掃描實體,還可用系統(tǒng)提供的特征創(chuàng)建各種特征體。建立模型時,要考慮模型的可編輯性,方便修改,應根據(jù)零部件的結構特點,先建立一個基本體素,再創(chuàng)建相關的參考特征。在此,構成輪胎模具花紋的基本形狀有型腔斷面曲線、花紋剖面、節(jié)距排列等。由于輪胎的整個圓周花紋由幾個節(jié)距按一定順序排列形成,因此,可先建立胎頂、胎底曲面作為基本體素,在此曲面特征上進行各單節(jié)距的花紋造型,再根據(jù)節(jié)距排列生成單個花紋塊的三維造型。輪胎模具花紋三維建模的CAD過程,在NX7中因其胎頂花紋和胎肩花紋的建模方法不同主要分為兩大部分:胎頂花紋部分的造型及胎肩花紋部分的造型。根據(jù)NX 7軟件的特點及輪胎花紋排布規(guī)律,制定輪胎模具花紋三維造型過程流程(圖1)。

2 輪胎模具花紋塊三維建模

2.1 全相關參數(shù)化胎頂曲面三維模型

圖1 輪胎模具三維造型過程流程圖

所謂產(chǎn)品的參數(shù)化設計,就是把實體上所有和幾何相關的尺寸存為可調參數(shù),將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮,通過尺寸約束來實現(xiàn)對幾何形狀的控制。首先,將輪胎型腔曲線按其形狀加以分類;然后,利用NX 7中的草圖(Sketch)功能建立全相關的型腔基礎曲線,并施加尺寸約束條件及幾何約束條件;再利用掃描特征中的回轉體(Revolved Body)功能,將型腔基礎曲線按輪胎回轉半徑旋轉成所需花紋塊角度如圖2所示的胎頂曲面,然后將模型存成種子文件。以后再遇到同類型腔曲線時,只需調用該類型的種子文件,另存成所需圖形;再通過編輯草圖中的尺寸數(shù)值,即可達到輪胎型腔曲線的改變,花紋塊的角度也可通過編輯特征實現(xiàn)參數(shù)化驅動。這樣大大縮短了造型時間。輪胎截面的曲線形狀因輪胎類型及客戶的不同而不同,可按曲線類型進行分類編號,形成種子文件數(shù)據(jù)庫,以供隨時調用,對于新出現(xiàn)的曲線類型及時添加到庫中。

圖2 胎頂曲面

2.2 花紋平面展開圖到胎面的空間轉換

圖3 輪胎平面展開圖

把以上胎頂曲面作為基本特征,運用投射(Project)命令,將圖3所示的各單節(jié)距花紋平面展開圖卷曲到圖2所示的胎頂曲面上,得到花紋空間曲線形狀(圖4)。具體操作如下:選取不同的單節(jié)距展開圖,進行不同的層設置,把幾個單節(jié)距平面展開圖分別用投射(Project)命令按 X、Y等弧長方式投射到胎頂曲面上,投射時注意U、V軸的一一映射關系。

圖4 花紋空間曲線

2.3 單節(jié)距花紋三維造型

花紋的空間曲線是構造花紋筋三維造型的基礎。有了如圖4所示的花紋空間曲線以及客戶圖紙中的花紋筋剖面圖,就可進行花紋筋的造型。輪胎花紋溝的截面形狀各異,有等寬等深等角度型、等寬變深等角度型、變寬變深變角度型、變寬等深等角度型等,建模方法要根據(jù)具體情況確定哪一種是最快捷的方法。一般情況下,胎頂區(qū)域花紋筋的建模采用通用腔或通用凸臺功能,因為它們可構造任意凸特征和凹特征,對特征放置面無特殊要求,特別適合復雜曲面構成的實體特征操作,并滿足特征間的參數(shù)化關聯(lián)。但對于胎肩區(qū)域,則需運用自由形式特征中的延伸片命令(Extension Sheet)或掃描命令(Swep t),再配以橋接(Bridge)、裁剪片體(Trim Sheet)、縫合(Sew)、裁剪(T rim)、倒圓角(Blend)命令生成胎肩部位的花紋形狀。由以上操作及布爾運算得到各單節(jié)距的花紋筋三維造型(圖5)。

圖5 單節(jié)距三維造型圖

2.4 花紋塊造型

一個花紋圈通常分成8～10個不同的花紋塊(圖6)。根據(jù)圖6所示的節(jié)距排列順序及花紋塊分瓣角度,將以上各單節(jié)距的三維造型通過NX7中的T ransform命令、按各單節(jié)距角度旋轉復制得到其中一塊花紋塊的花紋筋造型排列,再通過布爾運算命令把各個排列好的單節(jié)距造型進行布爾加運算形成一個實體,然后按此塊花紋塊角度裁剪,與花紋塊后背實體進行布爾加運算,則得到單塊花紋塊的三維造型如(圖7)。

圖6 節(jié)距排列圖

圖7 單塊花紋塊造型圖

3 結束語

運用NX7軟件的CAD技術手段進行輪胎模具設計造型,可建立精確的高質量的數(shù)學模型。NX7的參數(shù)化性能保證了產(chǎn)品設計的相關性以及模型能高效正確的可變更性,也為下一步的CAM奠定了良好的基礎。

[1] 余強,魏青周,周京平.NX7零件設計技術與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.