以NURBS 樣條曲面展開為理論基礎(chǔ)，路徑控制、布爾運(yùn)算為基本方法，商用高級(jí)三維實(shí)體軟件為工具，研究了變徑彎頭鈑金放樣及虛擬加工的問題。通過實(shí)體進(jìn)行曲面重構(gòu)，得到精確的彎頭實(shí)體模型，通過模型的曲面徑向和切向誤差分析，驗(yàn)證了展開方法的正確性;利用CATIA V5 二次開發(fā)功能結(jié)合Excel軟件，構(gòu)建出彎頭鈑金放樣的虛擬仿真加工系統(tǒng)。

　　引言

　　在礦山、冶金、石油、化工等行業(yè)中，需要大量形狀各異的彎頭構(gòu)件，尤其是變徑彎頭在這些領(lǐng)域使用非常廣泛。目前，形狀不規(guī)則的彎頭構(gòu)件一般采用鑄造的方法來制造，而鑄造工藝的優(yōu)劣對(duì)構(gòu)件的性能和質(zhì)量影響較大。鑄造工藝不好的構(gòu)件很容易產(chǎn)生氣孔和裂縫，這對(duì)密封性要求較高的彎頭構(gòu)件的質(zhì)量影響較大。從制造成本方面考慮，鑄造所需要的整套模具價(jià)格昂貴。因此，改進(jìn)制造方法是解決上述問題的重要途徑，開發(fā)一整套變徑彎頭鈑金件從放樣到虛擬數(shù)控加工的系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　鈑金件展開放樣，傳統(tǒng)方法有圖解法和計(jì)算法2 種。傳統(tǒng)方法對(duì)于簡(jiǎn)單的、精度要求不高的構(gòu)件較容易畫出其平面展開圖。對(duì)于較復(fù)雜、精度要求較高的構(gòu)件，采用傳統(tǒng)方法雖然能作出其平面展開圖，但利用這種平面展開圖制成的構(gòu)件精度不高，生產(chǎn)的構(gòu)件可能要經(jīng)多次修補(bǔ)才能達(dá)到工況要求。傳統(tǒng)的圖解法和計(jì)算法已不再適應(yīng)當(dāng)今科技進(jìn)步的時(shí)代，取而代之的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法能夠精確繪制放樣模型，它能改變了我國(guó)鈑金放樣精度不高、放樣技術(shù)落后的現(xiàn)狀。

　　H. T. Dean 等人對(duì)不規(guī)則幾何形狀鈑金曲面展開尺寸的算法進(jìn)行了詳細(xì)研究;R. Baldacci 等人對(duì)鈑金數(shù)控切割的走刀路徑算法進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了合理優(yōu)化;然而他們均只針對(duì)單一方向進(jìn)行了研究，并沒有將設(shè)計(jì)方法與加工制造緊密聯(lián)系起來。

　　綜上所述，將變徑彎頭鈑金放樣與虛擬加工最大限度地結(jié)合起來，形成一套從設(shè)計(jì)過程到制造過程高度統(tǒng)一的完整體系是必然的趨勢(shì)。該體系主要包括鈑金模型建立與放樣、鈑金件虛擬數(shù)控加工、鈑金件誤差分析和軟件二次開發(fā)。本文以90°變徑彎頭鈑金件為例，具體論述該體系的操作流程。

1、鈑金件模型建立與放樣

　　1.1鈑金件模型建立

　　根據(jù)變徑彎頭工程圖(見圖1)，并利用CATIAV5 軟件建立三維實(shí)體模型，如圖2 所示。

圖1 變徑彎頭工程圖

圖2 三維實(shí)體模型

5、結(jié)論

　　本文闡述了90°變徑彎頭鈑金從放樣到虛擬加工制造的全過程，并進(jìn)行了誤差分析，這在一定程度上創(chuàng)新了與以往鈑金設(shè)計(jì)不同的全參數(shù)化理念。由此可得以下結(jié)論：

　　1)鈑金中性層位置的確定對(duì)鈑金展開尺寸的誤差影響較大，而且尺寸基數(shù)越大，誤差值也會(huì)增大。

　　2)鈑金毛坯下料時(shí)，應(yīng)按最小毛坯尺寸確定。

　　3)CATIA V5 中NURBS 函數(shù)對(duì)曲面展平尺寸計(jì)算精確程度很高，而且展開面的控制點(diǎn)數(shù)越多，虛擬放樣與實(shí)際放樣間的誤差值越小。

　　4)參數(shù)化設(shè)計(jì)適應(yīng)于大批量生產(chǎn)相同形狀不同尺寸的零部件。