CN111104715B - 一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法 - Google Patents

一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，包括以下步骤：S1、建立直角坐标系；S2、确定包络轴线；在xoy平面内，选取一条过O点的直线作为包络轴线，该包络轴线不能穿过构件上表面，且包络轴线与x轴的夹角为θ；S3、以S2中确定的包络轴线作为分界线，将构件上表面划分为左区域与右区域，构件上表面任意一点坐标为(x，y，z)；S4、选取右区域任意一点M(Mx，My，Mz)，将M点绕包络轴线向上逆时针映射，保证M点和映射点到包络轴线的距离相等，该映射点M′(M′x，M′y，M′z)即为包络模右区域上任意一点。本发明方法可以得到工件在直线轨迹包络成形过程中所需的包络模，提高了包络模的设计精度。

Description

一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法
技术领域
本发明涉及空间包络成形技术领域，更具体地说，涉及一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法。
背景技术
空间包络成形是指在包络模与构件相对运动过程中，由包络模的复杂空间运动包络成构件复杂形状的塑性成形方法。空间包络成形技术属于连续局部塑性成形新技术，通过包络模的包络运动直接成形得到构件的复杂特征，成形力小，材料利用率高，成形精度好，能获得较好的金属流线，使构件性能获得保证，从而满足构件高性能、高效率成形制造的要求。
空间包络成形过程中，根据包络模上任意点的运动轨迹不同，可以将空间包络成形分为直线轨迹与圆轨迹。直线轨迹空间包络成形过程中，包络模围绕包络轴线作往复摇摆运动，从俯视视角角可以得到包络模上任意点的运动轨迹为直线。
如何通过包络模的运动得到目标构件的复杂几何特征，这就需要对包络模进行精确设计。然而，包络模与构件之间的几何学、运动学关系时变且十分复杂，从而导致包络模的设计十分困难。
因此，亟需一种通用的包络模精确设计方法来解决上述问题。目前，国内外还没有关于直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，通过该方法可以得到工件在直线轨迹包络成形过程中所需的包络模。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，包括以下步骤：
S1、建立直角坐标系；以通过待成形构件上表面几何中心竖直轴线上的点O作为坐标原点，以水平面作为xoy平面，通过O点的竖直轴线作为Z轴，建立O-xyz直角坐标系；
S2、确定包络轴线；在xoy平面内，选取一条过O点的直线作为包络轴线，该包络轴线不能穿过构件上表面，且包络轴线与x轴的夹角为θ；
S3、以S2中确定的包络轴线作为分界线，将构件上表面划分为左区域与右区域，构件上表面任意一点坐标为
Figure SMS_1
；
构件上表面任意一点右侧点应满足的几何关系为：
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上述方案中，在步骤S2中，包络轴线在空间包络成形过程中固定不变，包络模绕包络轴线做往复旋转运动，直立包络模任意一点绕包络轴线旋转的角度为：
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（3）
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实施本发明的直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，具有以下有益效果：
1、本发明所提出的工件表面点与包络模表面点映射方法，通过满足直线轨迹下包络模的运动关系，很好地保证了包络模表面点的提取精度，从而提高了包络模的设计精度。
2、本发明直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法简单、高效，具有很强的实用性和通用性，可以方便快捷地设计出直线轨迹下空间包络成形所对应的包络模。
3、本发明直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法解决了包络模设计困难的问题，有效提高了包络模设计效率，极大地推动了空间包络成形技术的发展。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为直线轨迹下空间包络成形方法可成形的构件种类图；
图2为直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计原理示意图；
图3为直线轨迹下空间包络成形包络模运动原理示意图；
图4为包络模运动至左极限位置示意图；
图5为包络模运动至右极限位置示意图；
图6为工件点集与包络模点集映射结果示意图；
图7为实体封装完成后的包络模主视图；
图8为实体封装完成后的包络模俯视图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
直线轨迹下空间包络成形可用于成形各种工件的上表面特征，如工件上表面带有凹坑、凸台等。如图1所示，(a)为表面带有凹陷特征的工件，(b)为表面带有直线凸台特征的工件，(c)为表面带有曲面凸台特征的工件。除此以外齿条，手机壳等表面带有复杂特征的工件均可由直线轨迹下空间包络成形方法快速包络成形。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更佳清楚的理解，下面通过实例和附图详细说明本发明的实施方案。本实例针对平面带有两个半圆球孔的构件如图1(a)所示，利用本发明对其直线轨迹下空间包络成形包络模进行设计。直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计原理示意如图2所示。直线轨迹下空间包络成形包络模运动原理示意如图3所示。空间包络成形中，包络模围绕包络轴线做往复摇摆运动，当其运动到左极限位置时，如图4所示，当其运动到右极限位置时，如图5所示。
本实施例方法包括以下步骤：
S1、建立直角坐标系。如图2所示，以通过待成形构件上表面几何中心竖直轴线上的点O作为坐标原点，以水平面作为xoy平面，通过O点的竖直轴线作为Z轴，建立O-xyz直角坐标系。
S2、确定包络轴线。在xoy平面内，选取一条过O点的直线作为包络轴线，包络轴线与x轴的夹角
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S3、建立左右分区。以S2中确定的包络轴线作为分界线，将构件上表面划分为左区域与右区域，构件上表面任意一点坐标为
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即为包络模左区域上任意一点。左右两侧区域映射点的集合即为直线轨迹下空间包络模表面点的集合，再将该集合封装成三维实体，即为直线轨迹下空间包络模。
S5、在步骤S2中确定的包络轴线在空间包络成形过程中固定不变，包络模绕包络轴线做往复旋转运动，包络模锥角α为
Figure SMS_76
，直立包络模任意一点绕包络轴线旋转的角度为：
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（3）
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S8、综合步骤S6中的右区域点云坐标集合与步骤S7中左区域点云坐标集合，从而得到包络模表面点云集合。如图6所示，下方为工件表面点云集合，上方包络模表面点云集合。
再利用三维软件将得到的包络模表面点云集合进行实体化操作，从而得到直线轨迹下空间包络成形包络模三维实体，完成直线轨迹下空间包络成形包络模的精确设计。根据该方法得到的包络模模型如图7、图8所示。图7为实体封装完成后的包络模主视图，图8为实体封装完成后的包络模俯视图。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立直角坐标系；以通过待成形构件上表面几何中心竖直轴线上的点O作为坐标原点，以水平面作为xoy平面，通过O点的竖直轴线作为Z轴，建立O-xyz直角坐标系；
S2、确定包络轴线；在xoy平面内，选取一条过O点的直线作为包络轴线，该包络轴线不能穿过构件上表面，且包络轴线与x轴的夹角为θ；
S3、以S2中确定的包络轴线作为分界线，将构件上表面划分为左区域与右区域，构件上表面任意一点坐标为
Figure QLYQS_1
；
构件上表面任意一点右侧点应满足的几何关系为：
Figure QLYQS_2
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2.根据权利要求1所述的直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，其特征在于，在步骤S2中，包络轴线在空间包络成形过程中固定不变，包络模绕包络轴线做往复旋转运动，直立包络模任意一点绕包络轴线旋转的角度为：
Figure QLYQS_14
（3）
α为包络模锥角。
3.根据权利要求2所述的直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，其特征在于，在步骤S4中，右区域任意点
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绕包络轴线向上逆时针映射获得
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Figure QLYQS_36
到包络模右区域对应点
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的坐标转换关系为：
Figure QLYQS_38
。
4.根据权利要求2所述的直线轨迹下空间包络成形包络模精确设计方法，其特征在于，在步骤S4中，左区域任意点
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