0 引言

大型覆蓋件成型模具的圓角對(duì)沖壓件的最終質(zhì)量、合模率影響很大，減小凹圓角半徑是模具企業(yè)常用的方法，是不可缺少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法主要由鉗工手工研磨模具的凹圓角，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低且質(zhì)量難以保證。目前已經(jīng)普遍采用CAD軟件，在數(shù)控加工前預(yù)先減小型面中凹圓角半徑，主要有以下兩種方法：（1）選擇所有的凹圓角，沿著負(fù)Z方向落下一定距離；（2）應(yīng)用曲面變形功能減小凹圓角，凸圓角保持不變，使上下貼合存在縫隙，產(chǎn)品靠凸模成型。在當(dāng)前設(shè)計(jì)方法中，只能逐個(gè)處理圓角，導(dǎo)致操作繁瑣、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，無(wú)法處理側(cè)部圓角，導(dǎo)致后續(xù)增加研磨工作量，同時(shí)生成圓角面的質(zhì)量較差。

目前提供圓角解決方案的軟件很少，僅有Tebis、NX兩款國(guó)外軟件，提供逐個(gè)圓角的處理方法，設(shè)計(jì)效率低，而且價(jià)格非常昂貴。因此，為了提高大型覆蓋件成型模的設(shè)計(jì)制造效率和圓角質(zhì)量，基于國(guó)產(chǎn)三維CAD系統(tǒng)研發(fā)高效、靈活的圓角處理功能是非常必要的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在模具型面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要將上游企業(yè)提供的模具型面數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CAD軟件中，后續(xù)工作流程如圖1所示。首先是準(zhǔn)備工作，需要先打散整個(gè)模面，使其分解為單個(gè)面，由于第三方數(shù)據(jù)的原因，會(huì)產(chǎn)生多余的頂點(diǎn)，為了便于后續(xù)的圓角調(diào)整，需要?jiǎng)h除這些頂點(diǎn)；然后，最關(guān)鍵的是圓角檢索和調(diào)整處理，用戶需要批量減小圓角，來(lái)提高圓角的處理效率，此階段是整個(gè)解決方案的重中之重；再次，針對(duì)一些無(wú)法自動(dòng)處理的圓角，需手工輔助進(jìn)行調(diào)整或刪除；最后，保存文件，并導(dǎo)出數(shù)據(jù)。在整個(gè)工作流程中，保證處理圓角的成功率是最重要的，也是解決用戶最實(shí)際的問題。

圖1 用戶工作流程

通過上述業(yè)務(wù)需求的分析，結(jié)合實(shí)際工作流程，可以將凹R角預(yù)處理功能分解為三部分，功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。模面預(yù)處理部分是圓角處理的基礎(chǔ)，有利于提高自動(dòng)處理圓角的成功率；自動(dòng)調(diào)整圓角部分是核心功能，實(shí)現(xiàn)批量圓角的檢索、分割和減小處理；手工調(diào)整圓角部分起到輔助作用，針對(duì)一些特殊無(wú)法自動(dòng)處理的圓角面，需要通過手工方式來(lái)修補(bǔ)圓角面。在整個(gè)凹R角預(yù)處理功能中，三部分相輔相成，缺一不可。

圖2 凹R角預(yù)處理功能結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 模面預(yù)處理

由于模具用戶的模面數(shù)據(jù)大部分都是來(lái)源于CATIA、NX等軟件，中間數(shù)據(jù)交換格式文件都是以IGES為主，當(dāng)讀入IGES數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)自動(dòng)把片體打散為單個(gè)面[10]，面法向可能存在不一致。但有些數(shù)據(jù)可能來(lái)自STEP文件，由于STEP文件不會(huì)自動(dòng)打散片體。因此，需要將這些曲面先打散，保持所有面法向一致。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在模面預(yù)處理部分需提供以下兩個(gè)命令：

（1）分離：實(shí)現(xiàn)打散一整張片體，分解成分散的單個(gè)面。

（2）面反轉(zhuǎn)：調(diào)整面法向，保持一致。

分離命令中從指定面中分離出所有面的關(guān)鍵算法代碼如下：

CMD_MNG.GotVlNum (APID, SRFINP2, &valNum );

if ( valNum == 0 ) {

m_button4.StFcus();

break; }

2.2 自動(dòng)調(diào)整圓角

目前CAD軟件在處理圓角過程中，只能逐個(gè)選擇圓角，操作復(fù)雜繁瑣，為了方便用戶操作，增強(qiáng)功能的易用性，需要軟件能夠按照?qǐng)A角尺寸、凹凸性等條件自動(dòng)檢索識(shí)別出來(lái)，同時(shí)為了方便管理圓角面，需歸類識(shí)別出所有圓角面，最大化滿足用戶的使用要求。

此外，由于型面數(shù)據(jù)的精度問題，不能完全保證識(shí)別出所有的圓角面，還需要對(duì)不能自動(dòng)識(shí)別的圓角進(jìn)行分割處理，如圖3所示，使其大部分面變成規(guī)則圓角面，便于后續(xù)提高圓角調(diào)整的成功率。通過自動(dòng)批量處理的方法，實(shí)現(xiàn)快速的調(diào)整圓角，提高圓角的處理效率，同時(shí)也要提供多種應(yīng)用方法來(lái)滿足不同場(chǎng)景的圓角。

圖3 圓角分割示意圖

因此，在自動(dòng)調(diào)整圓角部分需提供以下三個(gè)命令：

（1）圓角檢索

把曲面中符合條件的圓角面檢索出來(lái)，圓角檢索流程如圖4所示，根據(jù)面的UV方向計(jì)算距離是否在允許公差范圍內(nèi)，判斷識(shí)別是否是圓角面。從需求實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

檢索對(duì)象：把指定面作為檢索對(duì)象，檢索出面中所有的圓角面。

檢索設(shè)置：檢索一定半徑范圍內(nèi)的所有凸或凹圓角面。

顏色和圖層設(shè)置：檢索出的圓角面指定顏色和分配圖層。

圖4 檢索圓角面流程

圓角檢索命令中檢索曲面上所有單個(gè)面的關(guān)鍵算法代碼如下：

stat=TiInqComFac(&idCom1,&numfac1,&faceidP);

if (stat != 0){

goto rtn;}

stat=TiInqComFac(&idCom2,&numfac2,&faceidP);

if (stat != 0){

goto rtn;}

（2）圓角分割

把曲面中不規(guī)則的圓角面分割為規(guī)則和不規(guī)則的圓角面，不規(guī)則的圓角面將不能再被分割，主要實(shí)現(xiàn)功能：根據(jù)面的幾何拓?fù)潢P(guān)系，自動(dòng)分割圓角面。

圓角分割命令中的面分割關(guān)鍵算法部分代碼如下：

if (m_SetDivSEve != ITEM_SEVE_VALUE) {

m_cmbSetDiv.SetCurSel(m_SetDivSEve);}

{return m_cmbSetDiv.GetCurSel();}

if (nDivide == 1) {

DivideFillet(&tmpFltInf,divComFlt,divFacFlt); }

（3）圓角減小

參照?qǐng)A角周圍面的延長(zhǎng)面，根據(jù)減小的圓角半徑值，重新創(chuàng)建圓角面，實(shí)現(xiàn)圓角的減小處理，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

調(diào)整方式：提供按比例縮小、指定半徑值、指定減小值三種調(diào)整方式，可自定義相關(guān)參數(shù)。

顏色和圖層設(shè)置：減小的圓角面指定顏色和分配圖層。

圓角分割：針對(duì)不規(guī)則的圓角，增加自動(dòng)分割圓角處理功能。

圓角減小命令中逐個(gè)圓角循環(huán)處理的關(guān)鍵算法代碼如下：

while (pos != NULL) {

if (!UpdateProgress(++nLoop)) {

break; }

if (nMode == D4OPT2 || fltRadInf.FltType == FIXEDRAD) {

bRet = ReduceGradualRadius(&fltInf, nMode, dValue, nDivide, newFltidAry);

} else{

continue; }}

2.3 手工調(diào)整圓角

在自動(dòng)處理圓角時(shí)，有些圓角存在質(zhì)量差和精度低等問題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理，此類型的圓角就需要手工調(diào)整功能進(jìn)行處理。通過分析此類圓角的類型，凹R角預(yù)處理功能中提供六個(gè)功能進(jìn)行手工調(diào)整圓角，包括邊線附加、頂點(diǎn)附加、邊線刪除、面修剪、N邊填充和精確整體變形。其中前三個(gè)功能主要實(shí)現(xiàn)面上頂點(diǎn)附加、邊線附加和刪除，在保證面的質(zhì)量前提下，通過改變面的拓?fù)鋷缀侮P(guān)系方法，正確的處理一些不規(guī)則的三角形、多邊形等曲面；后三個(gè)功能主要實(shí)現(xiàn)面的修剪、填充變形處理，解決在面面交匯位置出現(xiàn)空洞、錯(cuò)位等問題。通過應(yīng)用手工調(diào)整的方式，盡量修補(bǔ)完善更多的面，來(lái)提高型面的整體質(zhì)量。上述六個(gè)功能屬于軟件中已具備的命令，在此不再做詳細(xì)介紹。

3 應(yīng)用實(shí)例

凹R角預(yù)處理功能已經(jīng)在國(guó)產(chǎn)三維CAD系統(tǒng)SINOVATION中實(shí)現(xiàn)，并已經(jīng)應(yīng)用到六家大型沖壓模具設(shè)計(jì)制造企業(yè)。以調(diào)整變形車門模面上的圓角為例，首先根據(jù)設(shè)置的參數(shù)，如圖5所示，檢索車門模面中的所有凹圓角面；隨后，如圖6所示，圓角半徑按比例縮小20%，自動(dòng)批量減小所有的圓角面。通過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試和驗(yàn)證，用戶給出了高度的評(píng)價(jià)，非常認(rèn)可凹R角預(yù)處理功能的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。從整個(gè)設(shè)計(jì)過程分析，減少了用戶修改圓角工作量的80%左右。

圖5 圓角檢索處理

圖6 圓角減小處理

通過凹R角預(yù)處理功能，可以清晰查看到圓角減小后的變化效果。圖7展示了把圓角R10減小到R8的前后對(duì)比效果。

圖7 圓角減小前后對(duì)比效果

通過內(nèi)部測(cè)試和用戶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試凹R角預(yù)處理功能，分析出凹R角預(yù)處理功能可以處理的所有圓角類型，如表1所示。其中，可以自動(dòng)減小R角的類型有平直R角、圓弧R角、單邊漸變R角、雙邊漸變R角，需要手工調(diào)整R角的類型有合流部位R角。

表1 所有圓角類型

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過分析沖壓模具用戶的實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)需求，在國(guó)產(chǎn)三維CAD系統(tǒng)SINOVATION中實(shí)現(xiàn)了凹R角預(yù)處理功能的研發(fā)，基于傳統(tǒng)的手工調(diào)整圓角方法，增加了自動(dòng)批量處理圓角的方法和特殊圓角面的分割處理，為模具型面的設(shè)計(jì)提供了一套完整的圓角預(yù)處理功能，使用戶能夠在軟件中預(yù)先減小各種類型的圓角面，省去了后期繁瑣的手工研磨過程，提高了型面的設(shè)計(jì)效率。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)用戶驗(yàn)證，相比傳統(tǒng)方法，修改圓角工作量減少了80%左右，得到了用戶的高度評(píng)價(jià)。