CN110385601B - 一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法 - Google Patents

一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法。该方法先在设计模型上生成数控加工刀轨，并通过刀轨文件获取刀具中心点及刀触点的坐标。然后通过冲压仿真计算获得成形后零件的厚度分布和各节点的厚度值，计算出刀具中心点与刀触点的连线与成形后零件网格模型的交点，再根据交点所在单元的各节点坐标和厚度值插值计算出交点的厚度，移动刀具中心点和刀触点形成新的数控加工刀轨。本方法可以有效地提高了模具型面的研合率，提高模具制造效率，降低模具制造成本。

Description

一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法
技术领域
本发明涉及汽车覆盖件研配型面加工领域，具体涉及一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法。
技术背景
板料在拉延成形过程中由于塑性变形会出现减薄或增厚的现象，而且这种厚度的变化在成形后的零件各个区域分布并不均匀。冲压时为了提高成形质量，同时减小模具型面局部应力，需要根据实际的拉延成形件的厚度变化情况反复修正模具型面，直到模具型面在合模时能与零件成形后的表面完全贴合，这种贴合程度在拉延成形过程中称为“研合率”或“研配率”，一般要求达到85％以上，这个过程需要钳工反复调试修整模具型面，劳动强度大，周期长。
本发明人曾经申请的发明专利(CN 106994483 B)公开了一种汽车覆盖件拉延模具精确型面加工的方法，此方法需要先将刀位点投影在模具网格之上获得投影点，并依此确定刀位点相对于模具网格的相对位置，然后构造适应零件厚度分布的模具偏置网格(网格的偏移量由厚度决定)，然后计算投影点在新偏置的模具网格上的位置，再根据之前相对位置关系求解刀位点新位置的坐标。上述方法是针对只能输出刀位点而没有输出刀触点的数控程序，在求解过程中需要通过网格映射构建精确模具网格模型，构建方法复杂，并且容易在构建过程中产生误差，从而影响最终模具型面的研配率。
发明内容
基于上述存在的问题，本发明提出了一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，本方法首先通过冲压仿真计算获得零件成形后各个不同区域的厚度分布和网格单元中各节点的厚度信息。然后连接球形铣刀的中心和刀触点构成直线段，并延伸与经过成形仿真计算获得的零件网格形成交点。再计算出交点的坐标，并根据交点所在的网格单元和单元的节点坐标及各节点的厚度计算出交点的坐标及厚度值。最后将交点的厚度值与原始坯料厚度比较计算出二者之间的差值，然后按所获得的差值沿连接线段移动球刀中心点和刀触点，从而获得新的刀轨的球刀中心点和刀触点，并根据球刀半径计算出刀位点后代入到原来的数控程序中对相应点的坐标值进行替代后构建出适应零件厚度变化的新的数控加工刀轨。其具体技术方案如下：一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，包括如下步骤：
步骤1.在模具三维模型上生成模具型面精加工数控刀轨，导出刀轨文件，提取出刀位点和刀触点坐标，当刀位点与球刀中心不一致时通过球刀的半径偏置计算出刀具中心点；
步骤2.构建冲压仿真模型进行仿真计算，在确定仿真分析结果满足工程要求的情况下从结果文件中提取出成形后的网格模型信息及各节点的厚度值；
步骤3.连接球刀中心点与刀触点形成直线段，延伸该直线段与步骤2中的网格模型相交，计算出交点的坐标；
步骤4.根据交点的坐标和交点所在单元的节点坐标和节点厚度信息，通过插值计算的方式获得交点的厚度值；
步骤5.计算交点厚度值与原始坯料的厚度差值，沿着步骤3中形成的直线段移动球刀中心点和刀触点，移动距离为本步骤中的厚度差值，从而获得新的球刀中心点坐标和刀触点坐标，当刀位点与球刀中心点不一致时通过球刀半径的偏置计算出新的刀位点，当刀位点与球刀中心一致时球刀中心点坐标即为刀位点坐标；
步骤6.将新计算的刀位点和刀触点坐标写入到原始刀轨文件中替代原来的坐标值，构建出新的数控加工刀轨文件。
进一步的，在步骤2中，各节点的厚度值为该节点分属的所有单元的厚度值的平均值。
进一步的，在步骤3中将网格模型的四边形剖分为两个三角形单元，将网格模型朝刀轨点方向偏置，偏置距离为坯料厚度的一半。
进一步的，在步骤4中差值计算采用的差值函数为网格模型单元的形函数。
进一步的，在步骤4中，交点厚度值的计算公式为：
Figure GDA0002175133820000021
其中，ti，tj，tk分别为交点所在三角形单元的各节点坐标厚度值，SΔijk为交点所在单元的面积，SΔijp，SΔjkp，SΔikp分别为交点与各节点围成的三角形的面积。
进一步的，在步骤5中，当交点厚度值小于坯料厚度值时，移动的方向从球刀中心点指向刀触点；当交点厚度值大于坯料厚度值时，移动的方向从刀触点指向球刀中心点。
本方法运用冲压仿真技术获得成形后零件的厚度分布和各节点的厚度值，再利用球刀中心点与刀触点的连线与成形后零件网格模型的交点来计算球刀中心点和刀触点的移动距离，从而获得新的数控加工刀轨，有效的降低了求解过程的复杂程度，减少了产生误差的可能性，并且可以有效地提高了模具型面的研合率，提高模具制造效率，降低模具制造成本。
附图说明
图1为刀位点和球刀中心点位置示意图。
图2为刀触点和球刀中心点连线示意图。
图3为球刀中心点和刀触点连线与坯料单位网格的交点示意图。
图4为新刀位点求解过程示意图。
具体实施方式
本发明实施时主要依赖于冲压仿真计算、插值计算、刀位点和刀触点偏移等方法实现新的刀轨的生成。由于凸模和凹模研配型面的重构方法完全一致，这里仅以其中任一个研配型面的加工为例，其具体实施办法如下：
1)采用球刀加工模具型面，此时由模具型面生成加工刀轨，输出相应出的刀轨文件，文件中包含有每个刀轨点的刀位点和刀触点坐标，此时刀位点为球刀的底部中心点B，通过半径偏置计算出球刀中心点O，如图1所示。
2)连接每个刀轨点的球刀中心点O和刀触点C形成直线段，如图2所示。
3)进行冲压仿真，计算获得成形件的厚度分布。通过输出的结果文件，计算出每个节点的平均厚度。
4)如果成形仿真采用四边形网格，可以将一个四边形网格剖分为两个三角形网格，计算刀具中心点O和刀触点C的连接直线与网格的交点p的坐标，获取p点所在的单元的三个节点i、j、k的坐标，并计算单元的面积SΔijk和各节点与p点组成的三角形面积SΔijp，SΔjkp，SΔikp，如图3所示。
5)通过三个节点i、j、k各自的厚度ti，tj，tk，应用三角形单元形函数插值计算出交点p的厚度tp，计算公式如下：
Figure GDA0002175133820000031
6)用原板料厚度t减去p点的厚度tp，得到厚度差值Δtp。当Δtp小于零时，沿着由刀触点C指向球刀中心点O的方向将O点和C点移动距离Δtp获得新的球刀中心点O′和刀触点C′。当Δtp大于零时，沿着由球刀中心点O指向刀触点C的方向将O点和C点移动距离Δtp后获得新的球刀中心点O′和刀触点C′。再根据球刀半径R计算出新的刀位点B′的坐标并写入到原数控加工程序中替代相应刀位点的坐标值，如图4所示。

Claims (6)

1.一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1.在模具三维模型上生成模具型面精加工数控刀轨，导出刀轨文件，提取出刀位点和刀触点坐标，当刀位点与球刀中心不一致时通过球刀的半径偏置计算出球刀中心点；
步骤2.构建冲压仿真模型进行仿真计算，在确定仿真分析结果满足工程要求的情况下从结果文件中提取出成形后的网格模型信息及各节点的厚度值；
步骤3.连接球刀中心点与刀触点形成直线段，延伸该直线段与步骤2中的网格模型相交，计算出交点的坐标；
步骤4.根据交点的坐标和交点所在单元的节点坐标和节点厚度信息，通过插值计算的方式获得交点的厚度值；
步骤5.计算交点厚度值与原始坯料的厚度差值，沿着步骤3中形成的直线段移动球刀中心点和刀触点，移动距离为本步骤中的厚度差值，从而获得新的球刀中心点坐标和刀触点坐标，当刀位点与球刀中心点不一致时通过球刀半径的偏置计算出新的刀位点，当刀位点与球刀中心一致时球刀中心点坐标即为刀位点坐标；
步骤6.将新计算的刀位点和刀触点坐标写入到原始刀轨文件中替代原来的坐标值，构建出新的数控加工刀轨文件。
2.根据权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，其特征在于：在步骤2中，各节点的厚度值为该节点分属的所有单元的厚度值的平均值。
3.根据权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，其特征在于，在步骤3中将网格模型的四边形剖分为两个三角形单元，将网格模型朝刀轨点方向偏置，偏置距离为坯料厚度的一半。
4.根据权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，其特征在于：在步骤4中差值计算采用的差值函数为网格模型单元的形函数。
5.根据权利要求3所述的一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，其特征在于：在步骤4中，交点厚度值的计算公式为：
Figure FDA0002693817000000011
其中，ti，tj，tk分别为交点所在三角形单元的各节点坐标厚度值，SΔijk为交点所在单元的面积，SΔijp，SΔjkp，SΔikp分别为交点与各节点围成的三角形的面积。
6.根据权利要求1所述的一种汽车覆盖件模具研配型面的球形铣刀刀轨的生成方法，其特征在于：在步骤5中，当交点厚度值小于坯料厚度值时，移动的方向从球刀中心点指向刀触点；当交点厚度值大于坯料厚度值时，移动的方向从刀触点指向球刀中心点。
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