摘 要

　　近年來(lái)隨著(zhù)三維造型軟件如 UG、CATIA 等越來(lái)越多的應用到汽車(chē)覆蓋件模具的設計中，解決了傳統的二維設計圖中尺寸多，對復雜模具的形狀表達不直觀(guān)，對工人識圖要求較高等問(wèn)題。但是模具三維設計又會(huì )帶來(lái)新的問(wèn)題，如很多隱性干涉不容易被發(fā)現。再加上鑄造過(guò)程中存在鑄造偏差，使鑄造出的模具尺寸與設計的尺寸存在一定的偏差，這也會(huì )導致干涉問(wèn)題。而現有 NX 上的靜態(tài)干涉檢查模塊計算時(shí)間很長(cháng)，計算結果不直觀(guān)。因此，研究可以考慮鑄造偏差的靜態(tài)干涉檢查算法，解決汽車(chē)覆蓋件模具設計過(guò)程中存在的干涉問(wèn)題是十分必要的。

　　本文結合國家重大科技專(zhuān)項“C 級轎車(chē)覆蓋件整體側圍、翼子板和新型環(huán)保材料內飾件沖壓成形模具”（2009ZX04013-031），并深入模具設計企業(yè)進(jìn)行研究，了解當前設計人員對汽車(chē)覆蓋件模具干涉檢查軟件的需求與 NX 平臺上干涉檢查功能的使用現狀，在此基礎上完成了基于 NX 平臺的汽車(chē)覆蓋件模具干涉檢查系統的開(kāi)發(fā)。

　　論文重點(diǎn)研究了基于空間格和三角形面片的干涉檢查方法，提出了三角形相交計算坐標轉換算法。算法的基本思想是采用三角形單元面片對干涉檢查實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格單元的劃分，將傳統的實(shí)體與實(shí)體間的干涉檢查轉換為三角形單元面片空間位置關(guān)系的計算，并將空間格算法引入計算過(guò)程，再配以多種方式減少計算過(guò)程中的冗余計算，極大的提高了干涉檢查的計算效率。

　　本文基于該算法開(kāi)發(fā)的靜干涉檢查系統包含三個(gè)模塊，其中干涉檢查模塊用于對模具整體進(jìn)行干涉分析，硬干涉檢查模塊用于快速分析模具中存在的硬干渉，軟干涉模塊用于快速分析實(shí)體間是否存在軟干涉。

　　干涉檢查模塊進(jìn)行模具整體的靜干涉檢查后，計算結果采用顏色分布圖的形式，將硬干渉區、軟干涉區、接觸干涉區以及安全區標上不同的顏色，使用戶(hù)能夠直觀(guān)地了解模具中存在的干涉情況。硬干涉檢查模塊采用 WAVE 功能將需要進(jìn)行干涉檢查的實(shí)體關(guān)聯(lián)到新建的 NX 部件中進(jìn)行干涉分析，能夠快速地找到其中存在的硬干渉并生成結果列表供用戶(hù)查看。用戶(hù)能夠根據生成的干涉實(shí)體的大小及位置來(lái)判斷實(shí)體間的干涉情況以及干涉的程度。

　　本文通過(guò)在汽車(chē)覆蓋件模具實(shí)例中應用開(kāi)發(fā)的系統進(jìn)行干涉檢查分析，驗證了系統的高效性和可靠性。

　　關(guān)鍵詞：干涉檢查, NX 二次開(kāi)發(fā), 汽車(chē)覆蓋件模具, 空間格, 三角形單元面片

Abstract

　　Recent years, 3D modeling softwares, such as UG and CATIA, are more and more used in auto cover mold design. It solved the problems existed in traditional 2D design, for example dimensions are disorder, workload for design is heavy, it requires high for workers to analyze drawing because of the complex mold structure and so on. But it brings new trouble such as some hiden interferences are difficult to be found. At the same time, due to the casting deviation, the mold size is not the same as it is designed. Currently the interference checking module on NX platform have some shortcomings, the computing time is long and the result is not intuitive. So it is meaningful to develop a system to solve the interference during mold design which taken casting deviation into consideration.

　　The research of this paper was supported by Major national science and technology projects(2009ZX04013-031). After in-depth study in mold design enterprises, this paper grasps the requirements of what mold designers need about auto mold interference checking. On basis of all of these, a interference checking system named Auto Mold Interference Checking was developed on NX platform.

　　The paper focus on research about interference checking method based on Spatial Grid and Triangle Facet. The basic idea of the algorithm is shelling the solids into triangle facets and converting traditional interference checking between solid and solid to compute the spatial positional relationship of triangular facets. It brings spatial grid algorithm into calculation process, also with some other methods to reduce the redundant computation, greatly improves the computational efficiency.

　　The system based on research method contains three sub-modules. Interference checking module is used to analyze the entire mold; the hard interference checking module is used to rapidly analyze if there exists hard interference between the mold solids;the soft interference checking module is used to rapidly analyze if there exists soft interference between the solids.

　　The result of Interference checking module uses color maps by marking hard interference zone, soft interference zone, touching interference zone and safe zone with different color, s that the user can intuitively notice the interference during the mold.Hard interference checking module uses WAVE function to associate checking solids to the new NX part which used to interference checking. This module can quickly find the hard interference during the mold and generate result list. User can notice not only if there exists hard interference but also the extent of interference.After using this system in auto mold interference checking, it is proved to be efficient and reliable.

　　Keywords: Interference Checking, NX Application Development, Auto Mold, Spatial Grid, Triangle facet

 基于NX平臺的汽車(chē)覆蓋件模具干涉檢查系統開(kāi)發(fā)：

 
空間三角形異面相交描述

NX干涉檢查模塊

注塑模干涉檢查模塊

干涉檢查模塊界面

三角形劃分示意圖

空間格劃分原理示意圖

　　本課題來(lái)源于國家重大科技專(zhuān)項“C 級轎車(chē)覆蓋件整體側圍、翼子板和新型環(huán)保材料內飾件沖壓成形模具”（2009ZX04013-031），以三維 CAD 設計軟件 NX 為平臺，利用 NX 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，設計并開(kāi)發(fā)出車(chē)身覆蓋件模具干涉檢查軟件，通過(guò)基于空間格算法的內置求解器進(jìn)行求解計算，實(shí)現模具干涉情況的快速檢查并提供對應的干涉區域分布圖。

　　汽車(chē)覆蓋件主要是指構成駕駛室和車(chē)身的表面零件，也包括覆蓋發(fā)動(dòng)機和底盤(pán)的某些表面零件，其在汽車(chē)制造過(guò)程中有著(zhù)重要的地位。隨著(zhù)中國汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，各廠(chǎng)家為了盡可能早的搶占市場(chǎng)，對汽車(chē)模具的生產(chǎn)周期要求越來(lái)越短，精度要求越來(lái)越高，這就對模具設計以及制造等各個(gè)環(huán)節提出了更高的要求[1~3]。隨著(zhù)CAD/CAM 技術(shù)的深入應用，二維設計逐漸顯現出越來(lái)越多的劣勢，三維設計也就自然而然的成為國內汽車(chē)模具設計人員必須掌握的設計手段[4]。

　　三維實(shí)體設計還是存在其缺點(diǎn)的，例如很多隱性干涉不容易被發(fā)現。如果這些干涉遺留到了模具制造階段，就會(huì )造成尺寸不達標而返工，甚至會(huì )造成模具的報廢。

　　在汽車(chē)覆蓋件模具中，實(shí)體主要包括鑄件實(shí)體以及標準件。在鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中，由于鑄造偏差的存在，使得實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的模具實(shí)體的尺寸與設計的尺寸存在一定的偏差，因此為了使模具尺寸與設計尺寸一致，需要對重要的表面，如基準面等進(jìn)行后續的 NC 加工，這就需要在設計時(shí)就在這些表面上留出一定的加工余量。而且由于鑄造工藝的限制，鑄造體各表面之間的距離不能小于一定的值。這就使得實(shí)際的模具尺寸與理論上的模具尺寸存在偏差，即使在 NX 平臺上設計時(shí)沒(méi)有干涉，但是實(shí)際生產(chǎn)中依然可能會(huì )產(chǎn)生干涉。

　　因此，設計一套能在進(jìn)行干涉檢查時(shí)考慮鑄造面與鑄造面、鑄造面與 NC 加工型面、NC 加工型面與 NC 加工型面之間的加工余量，并提供直觀(guān)的干涉檢查分析圖的軟件，對解決汽車(chē)車(chē)身模具之間的干涉檢查問(wèn)題，提高模具的設計效率和準確性，具有重要意義。

　　目前存在多種算法能夠計算三維空間中兩個(gè)三角形是否相交，其中最原始的方法是brute-force方法，也叫蠻力法。其基本原理是通過(guò)檢測一個(gè)三角形上的每一條邊與另一三角形的每一條邊是否相交，如果檢測出有兩條邊相交，則這兩個(gè)三角形相交。而且應用蠻力法來(lái)檢測實(shí)體間的干涉時(shí)，需要對大量的三角形對進(jìn)行相交計算，而且該算法在求解過(guò)程中會(huì )求解一系列的方程，使得計算的效率很低。很多學(xué)者對其進(jìn)行了改進(jìn)研究，使用層次數據結構以減少需要計算的三角形對的數量，主要的改進(jìn)算法有兩種，即標量判別法與矢量判別法。

　　NX本身為用戶(hù)提供了用于干涉檢查的模塊，如圖1.5所示，主要采用以下三種模式進(jìn)形分析:Facet Based利用小平面進(jìn)行分析，其特點(diǎn)是速度快。如果檢查出相交，系統就建立許多交線(xiàn)和交點(diǎn)以表示干涉體積;Use Solids Where Available為模塊默認方式，其特點(diǎn)是首先用小平面進(jìn)行預處理，再用實(shí)體方式完成分析，再根據用戶(hù)需要建立并保存干涉實(shí)體;Use Solids模式利用實(shí)體幾何體計算精確的結果，這種方式精確但是慢。NX提供的干涉檢查工具有其弊端，如需要用戶(hù)自行選擇目標實(shí)體;在設置間隙時(shí)需要實(shí)體間兩兩設置，繁瑣而且容易出錯;每組干涉檢查只能針對2個(gè)組件間進(jìn)行;干涉檢查結果中采用點(diǎn)、線(xiàn)來(lái)表示接觸干涉、實(shí)體線(xiàn)框來(lái)表示硬干涉，這些與原模具實(shí)體放在同一個(gè)界面中顯示，使得干涉結果很不直觀(guān)。如果使用NX的干涉檢查模塊對整套模具進(jìn)行干涉檢查，不僅在參數設置時(shí)耗費時(shí)間長(cháng)，而且求解計算過(guò)程的時(shí)間也很長(cháng)，而且在計算的過(guò)程中，用戶(hù)不能對NX進(jìn)行其他的操作，影響了用戶(hù)的工作效率。

目錄

　　摘 要
　　Abstract
　　1 緒論
　　　　1.1 課題來(lái)源
　　　　1.2 課題目的和意義
　　　　1.3 國內外研究現狀及發(fā)展趨勢
　　2 基于 NX 的干涉檢查系統的開(kāi)發(fā)
　　　　2.1 引言
　　　　2.2 系統設計思想
　　　　2.3 系統開(kāi)發(fā)工具
　　　　2.4 系統的設計與實(shí)現
　　　　2.5 本章小結
　　3 干涉檢查算法及關(guān)鍵技術(shù)
　　　　3.1 三角形單元面片的劃分
　　　　3.2 空間格算法
　　　　3.3 空間三角形單元面片之間的位置關(guān)系判斷算法
　　　　3.4 計算過(guò)程的優(yōu)化
　　　　3.5 計算結果顯示處理
　　　　3.6 WAVE 技術(shù)
　　　　3.7 本章小結
　　4 干涉檢查系統實(shí)例應用
　　　　4.1 干涉檢查模塊的應用
　　　　4.2 硬干渉檢查模塊的應用
　　5 全文總結與展望
　　　　5.1 全文總結
　　　　5.2 課題展望
　　致 謝
　　參考文獻

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