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                        基于NX平臺的汽車覆蓋件模具干涉檢查系統開發

                        添加時間:2019/06/14 來源:華中科技大學 作者:陳蔚
                        本文在深入模具企業進行實際調研,與一線的模具設計人員一起探討后,將干涉檢查轉換為三角形面片的位置計算,并引入空間格算法,完成了針對汽車覆蓋件模具進行干涉檢查的系統的開發。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          近年來隨著三維造型軟件如 UG、CATIA 等越來越多的應用到汽車覆蓋件模具的設計中,解決了傳統的二維設計圖中尺寸多,對復雜模具的形狀表達不直觀,對工人識圖要求較高等問題。但是模具三維設計又會帶來新的問題,如很多隱性干涉不容易被發現。再加上鑄造過程中存在鑄造偏差,使鑄造出的模具尺寸與設計的尺寸存在一定的偏差,這也會導致干涉問題。而現有 NX 上的靜態干涉檢查模塊計算時間很長,計算結果不直觀。因此,研究可以考慮鑄造偏差的靜態干涉檢查算法,解決汽車覆蓋件模具設計過程中存在的干涉問題是十分必要的。

                          本文結合國家重大科技專項“C 級轎車覆蓋件整體側圍、翼子板和新型環保材料內飾件沖壓成形模具”(2009ZX04013-031),并深入模具設計企業進行研究,了解當前設計人員對汽車覆蓋件模具干涉檢查軟件的需求與 NX 平臺上干涉檢查功能的使用現狀,在此基礎上完成了基于 NX 平臺的汽車覆蓋件模具干涉檢查系統的開發。

                          論文重點研究了基于空間格和三角形面片的干涉檢查方法,提出了三角形相交計算坐標轉換算法。算法的基本思想是采用三角形單元面片對干涉檢查實體進行網格單元的劃分,將傳統的實體與實體間的干涉檢查轉換為三角形單元面片空間位置關系的計算,并將空間格算法引入計算過程,再配以多種方式減少計算過程中的冗余計算,極大的提高了干涉檢查的計算效率。

                          本文基于該算法開發的靜干涉檢查系統包含三個模塊,其中干涉檢查模塊用于對模具整體進行干涉分析,硬干涉檢查模塊用于快速分析模具中存在的硬干渉,軟干涉模塊用于快速分析實體間是否存在軟干涉。

                          干涉檢查模塊進行模具整體的靜干涉檢查后,計算結果采用顏色分布圖的形式,將硬干渉區、軟干涉區、接觸干涉區以及安全區標上不同的顏色,使用戶能夠直觀地了解模具中存在的干涉情況。硬干涉檢查模塊采用 WAVE 功能將需要進行干涉檢查的實體關聯到新建的 NX 部件中進行干涉分析,能夠快速地找到其中存在的硬干渉并生成結果列表供用戶查看。用戶能夠根據生成的干涉實體的大小及位置來判斷實體間的干涉情況以及干涉的程度。

                          本文通過在汽車覆蓋件模具實例中應用開發的系統進行干涉檢查分析,驗證了系統的高效性和可靠性。

                          關鍵詞:干涉檢查, NX 二次開發, 汽車覆蓋件模具, 空間格, 三角形單元面片

                        Abstract

                          Recent years, 3D modeling softwares, such as UG and CATIA, are more and more used in auto cover mold design. It solved the problems existed in traditional 2D design, for example dimensions are disorder, workload for design is heavy, it requires high for workers to analyze drawing because of the complex mold structure and so on. But it brings new trouble such as some hiden interferences are difficult to be found. At the same time, due to the casting deviation, the mold size is not the same as it is designed. Currently the interference checking module on NX platform have some shortcomings, the computing time is long and the result is not intuitive. So it is meaningful to develop a system to solve the interference during mold design which taken casting deviation into consideration.

                          The research of this paper was supported by Major national science and technology projects(2009ZX04013-031). After in-depth study in mold design enterprises, this paper grasps the requirements of what mold designers need about auto mold interference checking. On basis of all of these, a interference checking system named Auto Mold Interference Checking was developed on NX platform.

                          The paper focus on research about interference checking method based on Spatial Grid and Triangle Facet. The basic idea of the algorithm is shelling the solids into triangle facets and converting traditional interference checking between solid and solid to compute the spatial positional relationship of triangular facets. It brings spatial grid algorithm into calculation process, also with some other methods to reduce the redundant computation, greatly improves the computational efficiency.

                          The system based on research method contains three sub-modules. Interference checking module is used to analyze the entire mold; the hard interference checking module is used to rapidly analyze if there exists hard interference between the mold solids;the soft interference checking module is used to rapidly analyze if there exists soft interference between the solids.

                          The result of Interference checking module uses color maps by marking hard interference zone, soft interference zone, touching interference zone and safe zone with different color, s that the user can intuitively notice the interference during the mold.Hard interference checking module uses WAVE function to associate checking solids to the new NX part which used to interference checking. This module can quickly find the hard interference during the mold and generate result list. User can notice not only if there exists hard interference but also the extent of interference.After using this system in auto mold interference checking, it is proved to be efficient and reliable.

                          Keywords: Interference Checking, NX Application Development, Auto Mold, Spatial Grid, Triangle facet

                         基于NX平臺的汽車覆蓋件模具干涉檢查系統開發:

                         空間三角形異面相交描述
                        空間三角形異面相交描述

                        NX干涉檢查模塊
                        NX干涉檢查模塊

                        注塑模干涉檢查模塊
                        注塑模干涉檢查模塊

                        干涉檢查模塊界面
                        干涉檢查模塊界面

                        三角形劃分示意圖
                        三角形劃分示意圖

                        空間格劃分原理示意圖
                        空間格劃分原理示意圖

                          本課題來源于國家重大科技專項“C 級轎車覆蓋件整體側圍、翼子板和新型環保材料內飾件沖壓成形模具”(2009ZX04013-031),以三維 CAD 設計軟件 NX 為平臺,利用 NX 二次開發技術,設計并開發出車身覆蓋件模具干涉檢查軟件,通過基于空間格算法的內置求解器進行求解計算,實現模具干涉情況的快速檢查并提供對應的干涉區域分布圖。

                          汽車覆蓋件主要是指構成駕駛室和車身的表面零件,也包括覆蓋發動機和底盤的某些表面零件,其在汽車制造過程中有著重要的地位。隨著中國汽車行業的快速發展,各廠家為了盡可能早的搶占市場,對汽車模具的生產周期要求越來越短,精度要求越來越高,這就對模具設計以及制造等各個環節提出了更高的要求[1~3]。隨著CAD/CAM 技術的深入應用,二維設計逐漸顯現出越來越多的劣勢,三維設計也就自然而然的成為國內汽車模具設計人員必須掌握的設計手段[4]。

                          三維實體設計還是存在其缺點的,例如很多隱性干涉不容易被發現。如果這些干涉遺留到了模具制造階段,就會造成尺寸不達標而返工,甚至會造成模具的報廢。

                          在汽車覆蓋件模具中,實體主要包括鑄件實體以及標準件。在鑄件的生產過程中,由于鑄造偏差的存在,使得實際生產出來的模具實體的尺寸與設計的尺寸存在一定的偏差,因此為了使模具尺寸與設計尺寸一致,需要對重要的表面,如基準面等進行后續的 NC 加工,這就需要在設計時就在這些表面上留出一定的加工余量。而且由于鑄造工藝的限制,鑄造體各表面之間的距離不能小于一定的值。這就使得實際的模具尺寸與理論上的模具尺寸存在偏差,即使在 NX 平臺上設計時沒有干涉,但是實際生產中依然可能會產生干涉。

                          因此,設計一套能在進行干涉檢查時考慮鑄造面與鑄造面、鑄造面與 NC 加工型面、NC 加工型面與 NC 加工型面之間的加工余量,并提供直觀的干涉檢查分析圖的軟件,對解決汽車車身模具之間的干涉檢查問題,提高模具的設計效率和準確性,具有重要意義。

                          目前存在多種算法能夠計算三維空間中兩個三角形是否相交,其中最原始的方法是brute-force方法,也叫蠻力法。其基本原理是通過檢測一個三角形上的每一條邊與另一三角形的每一條邊是否相交,如果檢測出有兩條邊相交,則這兩個三角形相交。而且應用蠻力法來檢測實體間的干涉時,需要對大量的三角形對進行相交計算,而且該算法在求解過程中會求解一系列的方程,使得計算的效率很低。很多學者對其進行了改進研究,使用層次數據結構以減少需要計算的三角形對的數量,主要的改進算法有兩種,即標量判別法與矢量判別法。

                          NX本身為用戶提供了用于干涉檢查的模塊,如圖1.5所示,主要采用以下三種模式進形分析:Facet Based利用小平面進行分析,其特點是速度快。如果檢查出相交,系統就建立許多交線和交點以表示干涉體積;Use Solids Where Available為模塊默認方式,其特點是首先用小平面進行預處理,再用實體方式完成分析,再根據用戶需要建立并保存干涉實體;Use Solids模式利用實體幾何體計算精確的結果,這種方式精確但是慢。NX提供的干涉檢查工具有其弊端,如需要用戶自行選擇目標實體;在設置間隙時需要實體間兩兩設置,繁瑣而且容易出錯;每組干涉檢查只能針對2個組件間進行;干涉檢查結果中采用點、線來表示接觸干涉、實體線框來表示硬干涉,這些與原模具實體放在同一個界面中顯示,使得干涉結果很不直觀。如果使用NX的干涉檢查模塊對整套模具進行干涉檢查,不僅在參數設置時耗費時間長,而且求解計算過程的時間也很長,而且在計算的過程中,用戶不能對NX進行其他的操作,影響了用戶的工作效率。

                        目錄

                          摘 要
                          Abstract
                          1 緒論
                            1.1 課題來源
                            1.2 課題目的和意義
                            1.3 國內外研究現狀及發展趨勢
                          2 基于 NX 的干涉檢查系統的開發
                            2.1 引言
                            2.2 系統設計思想
                            2.3 系統開發工具
                            2.4 系統的設計與實現
                            2.5 本章小結
                          3 干涉檢查算法及關鍵技術
                            3.1 三角形單元面片的劃分
                            3.2 空間格算法
                            3.3 空間三角形單元面片之間的位置關系判斷算法
                            3.4 計算過程的優化
                            3.5 計算結果顯示處理
                            3.6 WAVE 技術
                            3.7 本章小結
                          4 干涉檢查系統實例應用
                            4.1 干涉檢查模塊的應用
                            4.2 硬干渉檢查模塊的應用
                          5 全文總結與展望
                            5.1 全文總結
                            5.2 課題展望
                          致 謝
                          參考文獻

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