[发明专利]一种基于有限元理论的模具最大零件外缘线提取方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元理论的模具最大零件外缘线提取方法，首先利用有限元分析工具将零件三维模型转化为空间中点数量有限的点云；然后将点云文件导入至CATIA的模具三维模型中，并投影至模具型面；最后使用数字曲面编辑模块DSE对投影点集合进行网格面重建，重建得到的曲面的外缘线即为零件的最大外缘线。本发明利用有限元思想，借助CATIA提取了较高精度的模具最大零件外缘线，通过本方法得到的零件最大外缘线的精度取决于零件三维模型生成点云的数量，这一步由电脑自动完成，因此是一种拟合精度和效率都很高的拟合方法。本方法广泛适用于提取任何零件在各种模具型面上的最大外缘线，以满足材料成型、零件加工的需要。

技术领域

本发明涉及三维CAD/CAM/CAE技术领域，具体涉及一种基于有限元理论的模具最大零件外缘线提取方法。

背景技术

CATIA是由法国达索公司推出的一套功能强大的三维CAD/CAM/CAE软件系统，广泛应用于航空航天、汽车和工程机械等诸多领域，并且是航空航天工业上市场占有率最高的计算机辅助设计软件，可以用于模具和零件设计。

部分采用模具成型的零件在模具中成型时会涉及到切割工艺，因此在设计模具时需要在模具型面预留外刻线，即零件在模具型面上的最大外缘线，用以切割零件和检验零件外形。该最大外缘线实际上是零件在模具型面法向上的投影，但CATIA没有直接对实体按投影面法向投影的指令，无法直接提取零件在模具型面上的最大外缘线。

目前提取零件最大外缘线的方法是采用平面切层投影拟合的方法来近似地提取。该方法的基本过程是通过对零件三维模型用一定数量相同方向的平行平面进行切层并获得与模型的闭合交线，然后将这一系列交线投影至模具表面，再提取出这一系列交线的集合的外缘即可近似地提取零件在模具上的最大外缘线。但是该方法存在着以下问题：

1、精度不高：该方法提取的最大外缘线精度取决于切层平面的数量，切层平面的数量越多，投影得到的闭合交线越多，最大外缘线的拟合精度越高，但是仍然是一种近似拟合的方法，且难以控制最大外缘线的精度。

2、工作量巨大，可操作性差：因为零件最大外缘线的拟合精度取决于切层平面的数量，因此为了达到实际工程制造对拟合最大外缘线与实际最大外缘线的误差要求，需要用大量的平行平面进行切层，导致工作量巨大，效率低下，可操作性差。

发明内容

本发明旨在解决现有CATIA平面切层投影拟合法提取的零件最大外缘线精度低、可操作性差、效率低的问题，提出了一种精度高、效率高的基于有限元理论的模具最大零件外缘线提取方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于有限元理论的模具最大零件外缘线提取方法，其特征在于：

步骤A、利用有限元分析工具将零件三维模型转化为空间中点数量有限的点云；

步骤B、将点云文件导入至CATIA的模具三维模型中，并投影至模具型面；

步骤C、使用数字曲面编辑模块DSE对投影点集合进行网格面重建，重建得到的曲面的外缘线即为零件的最大外缘线。

所述有限元分析工具为可以对三维模型进行网格划分的工具，包括HyperWorks、ABAQUS和CATIA。

步骤A具体包括，

A1、使用网格划分工具对零件模型表面划分网格，选择划分步长并获得网格，此时网格节点即为构成点云的点；

A2、导出为.stl格式的点云文件；

A3、进入CATIA的DSE模块，导入.stl格式的点云文件，并导出为.asc格式的点云文件，该文件中保存了点云中所有点的空间坐标信息。

步骤B具体包括：