汽车覆盖件CAD设计中补孔面的生成方法研究

汽车覆盖件因其形状复杂、表面质量要求高、刚性要求高、外形尺寸大等特点使其成为板材加工领域中最难成形的零件。在汽车覆盖件的参数化模面设计中, 需要对零件进行隐藏、补孔、加工艺补充面和压料面等操作[1]。对于内部有孔的冲压件, 为了不影响前处理中的网格划分和仿真结果, 需要在模面设计中对零件中的内孔进行填补。NURBS方法具有整体光滑曲面拟合能力强大的局部调控特性, 成为构造补孔曲面的重要工具[1～3]。研究了基于两条复杂曲线用快速蒙皮法生成NURBS曲面和基于一组截面线、一条脊线用最小二乘法生成NURBS曲面的技术, 将最小二乘法应用于汽车覆盖件模面参数化设计过程中补孔曲面的生成, 开发了相应的参数化设计模块, 可以快速实现基于用户控制的模面参数化设计和修改。

1 最小二乘法曲面生成

模面设计过程中, 边界复杂或者大“半径”的内孔曲面采用最小二乘法进行曲面生成, 能够保证在截面线族控制点数目差异较大情况下生成曲面的光顺性。

把公式 (1) 写成矩阵形式为:

式中:

式中:D数据点权因子阵;S为控制点阵;P为数据点阵;N= ( (Nk-1 (us, vs) s, k。采用矩阵形式, 该加权最小二乘问题可转化为如下的线性系统:

为保证系数矩阵各行元素线性无关, 在建立超线性方程组时要保证没有重复点, 可采用Householder变换法求解。

2 应用实例

将蒙皮法曲面生成和最小二乘法曲面生成算法应用于模面工程模块中, 以某汽车车窗框冲压件为例, 生成补孔曲面。图1为车窗框的补孔曲面的生成。利用图1的边界信息, 添加了截面线后采用最小二乘法生成的内孔面, 如图2所示。

3 结语

研究了模面参数化设计过程中不同初始条件下的两种曲面生成方法, 避免了使用单一NURBS方法的缺点, 简化了数据结构和后续几何处理, 利于与国际的图形显示和数据交换接轨。实际应用证明生成的曲面能够很好的继承边界信息, 有较好的光顺性, 且生成速度快。

摘要：研究了汽车覆盖件CAD补孔操作的复杂性, 结合曲线的NURBS曲面生成技术, 提出了模面参数化设计过程中采用最小二乘法的补孔曲面的生成算法, 并开发了相应的参数化设计模块。通过生成某汽车车窗框的补孔曲面, 验证了算法的有效性。

关键词：汽车覆盖件,模面设计,补孔曲面

参考文献

[1] Park H, Kim K, Lee S-C.Method for Approximate NURBS Curve Compat-ibility Based on Multiple Curve Refitting[J].Computer Aided Design, 2000, 32 (4) :237～252.

[2] Wiss V, Andor L, Renner G.Advanced Surface Fitting Techniques[J].Computer Aided Geometric Design, 2002, 19 (1) :19～42.

[3] Hyungiun Park.Lofted B-spline Sur-face Interpolation by Liearly Constrained Energy Minimization[J].Computer Aided Design, 2003, 35 (14) :1261～1268.