基于几何特征的车身覆盖件设计方法.doc

基于几何特征的车身覆盖件的设计方法与技术 陈靖芯 【摘要】：通过基于特征的车身覆盖件建模理论研究，提出了形状特征的定义及分类，归纳总结出车身覆盖件特征的描述与设计方法，针对车身覆盖件的结构特点及其形状特征的生成机理，提出规则曲面和复杂曲面的参数化设计一般方法，最后以汽车后风窗玻璃边框和汽车车顶内钣与A柱、车顶侧钣曲面模型为例总结基于特征的参数化建模步骤。 关键词：车身覆盖件；几何特征；设计方法 中图分类号： ； 文献标识码：A 引言 在目前的汽车制造领域中，国际上已能通过CAD/CAM/CAE系统的应用与研究实现了CAD与CAM/CAE之间的系统的数据共享。而国内的许多汽车制造企业在这方面还有很大的差距，还在不同程度地使用着传统的设计图纸，以三个视图来描述空间曲线，效率低、误差大且不利于企业资源的共享。因而通过这些图纸中给定的几何特征数据，运用汽车设计软件CATIA建立三维参数化模型，对于车身结构设计、覆盖件的冲压模具设计与加工有着重要意义。本文就如何应用CATIA针对车身覆盖件的几何特征进行计算机辅助设计展开讨论。 1 形状特征的定义及分类 在从事车身覆盖件的设计工作时，我们会发现纯几何曲面是十分抽象的，但是当把特征应用到覆盖件的设计中时，就会大大增加车身几何形体的工程信息，从而便于计算机对更多的工作进行自动处理，为进一步的基于特征的参数化建模起到非常关键的作用。 相对于管理特征、材料特征及技术特征而言，形状特征是特征的主体，它具有一定的几何形状的，是产品信息的主要携带者，具有工程意义和特定的性质。从设计与制造的角度来看，形状特征是零件上一组相互关联的几何实体所构成的特定形状，具有特定的设计或制造意义，是与描述零件几何形状、尺寸相关的信息的集合。 根据形状特征在构造零件中所起的作用不同，可分为主形状特征(简称主特征)和辅助形状特征(简称辅特征)两类。 1．主特征：主特征用来构造零件的基本几何形体。根据其特征形状的复杂程度，又分为简单主特征和宏特征两类； (1)简单主特征：主要指圆柱体、圆锥体、成形体、长方体、球、楔形体等简单的基本几何形体； (2)宏特征：指具有相对固定的结构形状和加工方法的形状特征，其几何形状比较复杂，而又不便于进一步细分为其它形状特征的组合。宏特征的定义可以简化建模过程，避免各个表面特征的分别描述，并且能反映出零件的整体结构、设计功能、和制造工艺。 2. 辅特征：辅特征是依附于主特征之上的几何形状特征，是对主特征的局部修饰，反映了零件几何形状的细微结构。辅特征依附于主特征上，也可依附于另一个辅特征。根据辅特征的特点，将其进一步分为简单辅特征、复制特征和组合特征。 (1) 简单辅特征：指倒角、退刀槽、螺纹等单一特征，它们可以附加在主特征上，也可附加在辅特征上，从而形成不同的几何形体。 (2) 组合特征：指由一些简单辅特征组合而成的特征，如中心孔、同轴孔等； (3) 复制特征：指由一些同类型辅特征按一定的规律在空间的不同位置上复制而成的形状特征。 2 车身覆盖件特征的描述与设计方法 车身零件有其自身的特点。由于加工压延性、空气阻力特性和造型的美观性要求，车身表面形状设计越来越多地采用流线型曲面，其中大多数是组合自由曲面；另一方面由于车身零件是高速运动的薄壳件，对强度、刚度和振动特性的要求都很高，许多车身零件上需带加强筋、加强梁和局部折皱。对车身零件的几何特征可描述如下： 1 基本特征：由样条插值得到的大块曲面，如风窗、顶盖和发动机罩等； 2 附加特征：翻边、孔、凸台、凹坑、加强筋、加强梁和局部折皱以及用于局部处理、油漆或粘接的局部曲面区域等； 3 变形特征：曲面的修改操作； 4 组合特征：满足光顺性条件的曲面拼接、过渡； 5 总体特征：如用于加工车身外覆盖件模具时毛坯下料的车身零件曲面最小包容盒。 在根据几何特征来设计车身覆盖件时，首先要对构成车身覆盖件曲面的基本机理有所了解，然后从二维图纸（或是通过逆向反求技术）上获取曲面的特征数据点，然后用这些点来生成曲线，最后再构造曲面。按照上述的步骤进行设计时就会涉及到以下几个问题： 1．如何从已知的图纸或实物中以简单合理的方式来划分各自的特征组成； 2．以什么样的方式根据特征点来生成曲线才能保证最佳的精度； 3．如何选取构造曲面的方式。 其中尤以第一点为重点，特征的划分合理与否直接会影响下面的特征点的选取，从而对生成的曲线、曲面的精度都会产生很大的影响。 传统的曲面设计方法一般遵循由点到线、由线到面、由规则曲面到复杂曲面的设计路线，在整个设计过程中各个元素均独立存在，之间没有关联，零件的修改较为困难，难以支持曲面的参数化设计，同时对于已经设计好的曲面，设计人员难以识别曲面的各种特征和其形成过程。随着计算机特征