NX7 CAD技術(shù)在輪胎模具三維造型中的應(yīng)用

張 凱,李 舒

(1.沈陽機(jī)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(gè)集CAD/CAE/CAM功能于一體的三維設(shè)計(jì)軟件,是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件之一,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、造船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。其建模技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)建模和參數(shù)化建模的優(yōu)點(diǎn),采用尺寸驅(qū)動技術(shù),具有全相關(guān)的參數(shù)化功能,且有很強(qiáng)的曲面和實(shí)體造型功能。由于輪胎模具的花紋及曲面非常復(fù)雜,因此選擇NX 7軟件進(jìn)行輪胎模具花紋的三維造型。應(yīng)用NX 7可在計(jì)算機(jī)上生成所設(shè)計(jì)輪胎模具花紋的直觀可視的數(shù)字化虛擬產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想的直觀描述。本文主要闡述運(yùn)用NX7的CAD功能實(shí)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(fù)合建模工具,它提供了多種建模方法。在建立零件模型時(shí),既可用基本體素建立簡單的實(shí)體,也可通過對曲線、草圖的拉伸、旋轉(zhuǎn)建立各種掃描實(shí)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(shí),要考慮模型的可編輯性,方便修改,應(yīng)根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),先建立一個(gè)基本體素,再創(chuàng)建相關(guān)的參考特征。在此,構(gòu)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(gè)圓周花紋由幾個(gè)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(jìn)行各單節(jié)距的花紋造型,再根據(jù)節(jié)距排列生成單個(gè)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(diǎn)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(guān)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(shè)計(jì),就是把實(shí)體上所有和幾何相關(guān)的尺寸存為可調(diào)參數(shù),將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮,通過尺寸約束來實(shí)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(guān)的型腔基礎(chǔ)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(zhuǎn)體(Revolved Body)功能,將型腔基礎(chǔ)曲線按輪胎回轉(zhuǎn)半徑旋轉(zhuǎn)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(shí),只需調(diào)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(dá)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(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動。這樣大大縮短了造型時(shí)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(jìn)行分類編號,形成種子文件數(shù)據(jù)庫,以供隨時(shí)調(diào)用,對于新出現(xiàn)的曲線類型及時(shí)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(zhuǎn)換

圖3 輪胎平面展開圖

把以上胎頂曲面作為基本特征,運(yùn)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(jìn)行不同的層設(shè)置,把幾個(gè)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(shí)注意U、V軸的一一映射關(guān)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(gòu)造花紋筋三維造型的基礎(chǔ)。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(jìn)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?yàn)樗鼈兛蓸?gòu)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(fù)雜曲面構(gòu)成的實(shí)體特征操作,并滿足特征間的參數(shù)化關(guān)聯(lián)。但對于胎肩區(qū)域,則需運(yùn)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(yùn)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(gè)花紋圈通常分成8～10個(gè)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(zhuǎn)復(fù)制得到其中一塊花紋塊的花紋筋造型排列,再通過布爾運(yùn)算命令把各個(gè)排列好的單節(jié)距造型進(jìn)行布爾加運(yùn)算形成一個(gè)實(shí)體,然后按此塊花紋塊角度裁剪,與花紋塊后背實(shí)體進(jìn)行布爾加運(yùn)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(jié)束語

運(yùn)用NX7軟件的CAD技術(shù)手段進(jìn)行輪胎模具設(shè)計(jì)造型,可建立精確的高質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型。NX7的參數(shù)化性能保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)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(chǔ)。

[1] 余強(qiáng),魏青周,周京平.NX7零件設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.