鈑金展開自動計算軟件設計

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

鈑金加工是機械生產(chǎn)的一個重要組成部分，特別是在航空、軌道交通、家電、儀器儀表等行業(yè)，鈑金零件的應用非常廣泛。當前，大多采用的是先利用現(xiàn)有軟件計算展開長度，然后結(jié)合展開長度繪制零配件展開圖。對于形狀較為簡單、折彎次數(shù)相對較少的配件而言，這種方法效率較高，容易實施。而對于形狀較為復雜，折彎次數(shù)較多的零件，仍需要進行手動計算，這種方法效率則較低。

針對上述現(xiàn)象，本文擬對鈑金展開計算軟件進行優(yōu)化，主要研究三、四道折彎內(nèi)的復雜鈑金件展開的計算方法，使之能夠便捷得到多道折彎鈑金件的相關展開尺寸參數(shù)。

1 中性層法計算鈑金件展開長度

目前較常規(guī)的計算方法是以截面中性層來計算展開長度，下面簡單地介紹該種計算方法。

1.1 利用中性層系數(shù)計算展開長度

從理論分析可知，要計算折彎件的展開長度，首先要將折彎件分成若干直線段和圓弧段的基本幾何單元，分別計算出各單元部分的長度，然后求出各部分單元長度的總和，得到折彎件的展開長度。

而在一般情況下，材料在折彎前后，長度在拉伸和壓縮之間，必然存在一個總長度不變中間的一層材料，即中性層。確定鈑金折彎件的展開長度，計算折彎段的中性層長度。中性層離折彎段內(nèi)側(cè)的位置L(見圖1)，一般由折彎半徑r和板料厚度t的比值確定。

圖1 中性層離圓弧內(nèi)側(cè)的距離L

L=xt

式中：t—材料厚度

x—中性層位置系數(shù)

x=(ρ-r)/t

ρ=r+xt

式中：ρ—從半徑r的中心至折彎中性線的距離，即中性線的彎曲半徑。

從上式可知，中性層位置系數(shù)x隨彎曲內(nèi)經(jīng)r與板料厚度t的比值變化而進行變化。一般情況下，從理論計算而言，其值如表1所示。

表1 理論中性層位置系數(shù)x值

雖然在相同材質(zhì)的情況下，中性層位置系數(shù)x主要由r/t所決定。但是由于影響板料彎曲的實際因素很多，例如模具類型，彎曲方式等因素均會影響板料的實際展開長度，因而中性層位置系數(shù)x的值由實驗以及經(jīng)驗進行確定相對來說更加準確。

1.2 鈑金件展開長度的計算公式

由上述可確定鈑金件折彎部分中性層的展開長度l

l=πρα/180°

式中：α—彎曲中心角

設直線部分長度分別為a，b，如圖2所示，則展開長度為：

圖2 展開長度示意圖

L=a+b+l=a+b+πρα/180

=a+b+π(r+xt)α/180°

在工程實際中使用的圖紙，一般只標注零件的外尺寸，采用上式計算需要進行尺寸轉(zhuǎn)換，運用時不方便。故而，本文在綜合國內(nèi)外相關資料的基礎上，采用如下公式：

L=L1+L2+m

式中：

L—展開長度

L1，L2—鈑金件的折彎邊長

m—計算補償值

其值的計算方法見表2所示。

α—折彎角度；t—鈑金件厚度；R—工件內(nèi)折彎半徑；K—中性層系數(shù)，具體值見表1。

使用以上公式計算時，很多因素(如材料性能、模具情況及板厚附加值等)沒有考慮在內(nèi)，因而可能產(chǎn)生較大的誤差。所以只適用于形狀簡單，折彎次數(shù)少和公差等級要求不高的鈑金折彎件。對于形狀復雜，折彎次數(shù)多及精度要求高的鈑金折彎件，應用上述公式進行初步計算，經(jīng)過試壓后才能夠最后確定合適的零件形狀和尺寸。

表2 鈑金件展開長度補償長度表

2 基于Visual Basic的鈑金展開自動計算系統(tǒng)設計

2.1 鈑金展開自動計算系統(tǒng)的總體設計

由于VB語言的易用性和可移植強的特點，本文擬采用Visual Basic語言平臺搭建鈑金展開自動計算軟件，根據(jù)需求分析，鈑金自動展開計算系統(tǒng)有兩大基本功能：計算和繪圖。軟件的總體設計框圖如圖3所示。在進入程序后，分為兩個步驟。

1)計算，根據(jù)設計折彎鈑金件的尺寸參數(shù)，計算出展開長度和折彎線位置的尺寸，并填入到輸出界面中。

2)繪圖，根據(jù)計算結(jié)果，對AutoCAD進行二次開發(fā)，繪制鈑金件的簡單的二維圖，包括展開長度和折彎線位置。

2.2 鈑金自動展開計算系統(tǒng)的登錄界面設計

在進入主界面之前，軟件設置了一個歡迎登錄界面，如圖4所示。歡迎界面主要由兩個標簽框、一個組合列表框、兩個按鈕組成，軟件在鈑金件不同的折彎次數(shù)的展開計算都建立了不同窗體，操作者通過下拉選擇組合列表框?qū)倪x項，并單擊確定按鈕后，軟件可以進入對應次數(shù)的展開計算界面。操作者單擊退出按鈕，便可以直接退出本軟件。歡迎登錄界面的主要代碼如下所示。

圖3 鈑金自動展開計算軟件總體設計框圖

圖4 鈑金自動展開計算系統(tǒng)的歡迎界面

Private Sub Command1_Click()

If (Combo1.ListIndex=0) Then

Form1.Hide

Form2.Show

End If

If (Combo1.ListIndex=1) Then

Form1.Hide

Form3.Show

End If

If(Combo1.ListIndex=2) Then

Form1.Hide

Form4.Show

End If

If (Combo1.ListIndex=3) Then

Form1.Hide

Form5.Show

End If

End Sub

Private Sub Command2_Click()

Unload Form1

End Sub

Private Sub Form_Load()

Combo1.AddItem "1次折彎"

Combo1.AddItem "2次折彎"

Combo1.AddItem "3次折彎"

Combo1.AddItem "4次折彎"

End Sub

2.3 鈑金展開自動計算系統(tǒng)的主界面設計

當操作者進入軟件的主界面后，可以看到對應折彎次數(shù)的計算界面，本文以鈑金三道折彎展開界面為例，如圖5、圖6所示。在主界面系統(tǒng)里，用戶需要按照圖片提示輸入折彎邊長Li、板厚t、折彎角度α、β、γ、折彎半徑Ri等參數(shù)，系統(tǒng)可以自動地計算得出各折彎線的位置尺寸、展開長度。以鈑金三道折彎展開計算為例，軟件的計算方法是將鈑金件分割成3個1次折彎的小部分，折彎邊長分別為LA和LB/2、LB/2和LC/2、LC/2和LD，利用第二節(jié)介紹的中性層系數(shù)法計算各小部分的展開長度和補償長度，各部分展開長度相加便是所求的展開長度，對于折彎線位置，距離兩端的折彎線尺寸與1次折彎計算方法相同，中間的折彎線位置尺寸等于LA和LB/2段的展開長度與中間段折彎線距LB/2端的尺寸之和。

此外，軟件對AutoCAD進行二次開發(fā)，當輸出這些尺寸參數(shù)后并單擊繪圖按鈕，系統(tǒng)調(diào)用AutoCAD軟件對鈑金件進行簡單的展開圖和折彎線的繪制。

此外，當操作者在輸入?yún)?shù)時，出現(xiàn)某項參數(shù)為空、某段折彎邊長Li為負數(shù)或者折彎半徑Ri

If(Text1.Text=""Or Text2.Text=""Or Text3.Text=""Or Text4.Text=""Or Text5.Text=""Or Text10.Text=""Or Text11.Text=""Or Text12.Text=""Or Text12.Text=""Or Text13.Text="") Then

Dim m As String

m=MsgBox("輸入?yún)?shù)不能為空!"，vbOKCancel，"提示")

Text7.Text=""

Text8.Text=""

Text9.Text=""

ElseIf (LA<=0 Or LB<=0 Or LC<=0 Or LD<=0 Or t<=0 Or R1<=0 Or R2<=0 Or R3<=0 Or R1

Dim v As String

v=MsgBox("您輸入的參數(shù)不正確! "，vbOKCancel，"提示")

Text7.Text=""

Text8.Text=""

Text9.Text=""

End else

圖7 鈑金三道折彎展開自動計算容錯界面

通過1.1的介紹，可以看出鈑金件的展開長度與中性層位置系數(shù)有著很大的關系。在表1中，每一個折彎半徑與板厚的比值r/t都對應著特定的中性層系數(shù)x的值。而這些對應的數(shù)值只是一些離散的點，需要用連續(xù)的曲線近似地刻畫或擬合離散點組所表示的坐標之間的函數(shù)關系，本軟件采用線性擬合的方法對連續(xù)前后的R/t值和x值構(gòu)建函數(shù)關系。即假定前后的R/t和x兩個變量之間的關系是一次函數(shù)關系的——圖象是直線，兩個變量之間存在著“線性關系”。如圖8所示，建立R/t值和x值的關系曲線，軟件具體確定中性層系數(shù)的代碼如下所示。

圖8 x值與r/t的關系曲線

Public Function MyFunc(x As Double，y As Double) As Double

Dim a As Double

a=x/y

Select Case a

Case 0.1 To 0.3

MyFunc=0.2+0.1×a

Case 0.3 To 0.4

MyFunc=0.23

Case 0.4 To 0.5

MyFunc=0.15+0.2×a

Case 0.5 To 0.6

MyFunc=0.2+0.1×a

Case 0.6 To 0.7

MyFunc=0.16+0.2×a

Case 0.7 To 0.8

MyFunc=0.14+0.2×a

Case 0.8 To 1

MyFunc=0.22+0.1×a

Case 1 To 1.2

MyFunc=0.27+0.05×a

Case 1.2 To 1.5

MyFunc=0.21+0.1×a

Case 1.5 To 2

MyFunc=0.3+0.04×a

Case 2 To 8

MyFunc=0.34+0.02×a

Case 8 To 100000

MyFunc=0.5

End Select

End Function

2.4 基于AutoCAD二次開發(fā)的鈑金簡單展開圖的繪制

通過前面的程序?qū)φ蹚濃k金的展開長度和折彎線位置尺寸進行計算，下面軟件將對Auto CAD進行二次開發(fā)，實現(xiàn)計算鈑金折彎件的展開圖的繪制。本模塊的實現(xiàn)方法是首先與Auto CAD 軟件建立相關接口的連接，用戶輸入基準點的坐標指定圖元中其中一個p1點的坐標，然后根據(jù)輸入的鈑金寬度、軟件輸出參數(shù)(各折彎線位置尺寸、鈑金件的展開長度)確定圖元其他點的坐標，同時利用程序建立三種圖幅的圖層，分別為：粗實線層、細實線層、中心線層，最后程序利用不同線型實現(xiàn)不同點的相互之間連接。下面是軟件對Auto CAD進行二次開發(fā)的主要代碼。

'線型的添加

Dim entry As AcadLineType:Dim found As Boolean: Dim ltName(0 To 2) As String

Dim j As Integer

found=False

'準備添加的3種線型

ltName(0)="BORDER"

ltName(1)="CENTER"

ltName(2)="DASHDOT"

For j=0 To 2

'搜尋要添加的線型在線型集合中是否已存在

For Each entry In ThisDrawing.Linetypes

If StrComp(entry.Name，ltName(j)，1)=0 Then

found=True

Exit For

End If

Next

'如果不存在則將其從線型文件acadiso.lin中加載

If Not (found) Then

ThisDrawing.Linetypes.Load ltName(j)，"acadiso.lin"

End If

Next

'創(chuàng)建圖層

Dim objLayer As AcadLayer

'粗實線

Set objLayer=ThisDrawing.Layers.Add("粗實線")

objLayer.color=acWhite

objLayer.Linetype="Continuous"

objLayer.Lineweight=acLnWt035

ThisDrawing.ActiveLayer=objLayer

p1(1)=10:p1(2)=30:p1(2)=0

p2(0)=p1(0):p2(1)=p1(1) + Val(TextBox45.Text):p2(2)=0

p3(0)=p1(0)+Val(TextBox33.Text):p3(1)=p1(1):p3(2)=0

p4(0)=p1(0)+Val(TextBox33.Text):p4(1)=p1(1)+Val(TextBox45.Text):p4(2)=0

p5(0)=p1(0)+Val(TextBox34.Text):p5(1)=p1(1):p5(2)=0

p6(0)=p1(0)+Val(TextBox34.Text):p6(1)=p1(1)+Val(TextBox45.Text):p6(2)=0

p7(0)=p1(0)+Val(TextBox35.Text):p7(1)=p1(1):p7(2)=0

p8(0)=p1(0)+Val(TextBox35.Text):p8(1)=p1(1)+Val(TextBox45.Text):p8(2)=0

p9(0)=p1(0)+Val(TextBox36.Text):p9(1)=p1(1):p9(2)=0

p10(0)=p1(0)+Val(TextBox36.Text):p10(1)=p1(1)+Val(TextBox45.Text):p10(2)=0

p11(0)=p1(0)+Val(TextBox37.Text):p11(1)=p1(1):p11(2)=0

p12(0)=p1(0)+Val(TextBox37.Text):p12(1)=p1(1)+Val(TextBox45.Text): p12(2)=0

如圖9所示，這是程序運行時生成的一個三次折彎鈑金件的展開圖，其中鈑金展開的輪廓用粗實線表示，各個折彎線用細實線表示。

圖9 程序生成的一個三次折彎鈑金件的展開圖

3 結(jié)語

本軟件以Visual Basic為開發(fā)工具，實現(xiàn)了鈑金件展開長度、折彎線尺寸的自動便攜計算，通過對CAD的二次開發(fā)對展開圖的簡單繪制，在一定程度上提高了辦公效率和圖紙尺寸的正確性。