1 引言
NX7是一个集CAD/CAE/CAM功能于一体的三维设计软件，广泛应用于航空航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域，其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点，采用尺寸驱动技术，具有全相关的参数化功能且有很强的曲面和实体造型功能。由于轮胎模具的花纹及曲面非常复杂，选择NX7软件进行轮胎模具花纹的三维造型。应用NX7可在计算机上生成所设计轮胎模具花纹的直观可视的数字化虚拟产品，实现设计思想的直观描述。现阐述运用NX7的CAD功能实现轮胎模具花纹三维造型的过程。
2 轮胎模具花纹三维造型过程流程图
NX7是一种复合建模工具，它提供了多种建模方法。在建立零件模型时，既可用基本体素建立简单的实体，也可通过对曲线、草图的拉伸、旋转建立各种扫描实体，还可以用系统提供的特征创建各种特征体。建立模型时要考虑模型的可编辑性，方便修改，建模时应根据零部件的结构特点，先建立一个基本体素，再创建相关的参考特征。在此，构成轮胎模具花纹的基本形状有型腔断面曲线、花纹剖面、节距排列等。由于轮胎的整个圆周花纹由几个节距按一定顺序排列形成，可先建立胎项、胎底曲面作为基本体素，再在此曲面特征上进行各单节距的花纹造型，然后再根据节距排列生成单个花纹块的三维造型。轮胎模具花纹三维建模的CAD过程在NX7中因其胎顶花纹和胎肩花纹的建模方法不同主要分为两大部分：胎顶花纹部分的造型及胎肩花纹部分的造型。根据NX7软件的特点及轮胎花纹排布规律制定轮胎模具花纹三维造型流程如图1所示。
图1 轮胎模具三维造型过程流程图
3 轮胎模具花纹块三维建模
3.1 全相关参数化胎顶曲面三维模型
所谓产品的参数化设计，就是把实体上所有和儿何相关的尺寸存为可调参数，将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制。首先将轮胎型腔曲线按曲线的形状加以分类，然后利用NX7中的草图(sketch)功能建立全相关的型腔基础曲线，并施加尺寸约束条件及几何约束条件，再利用扫描特征中的回转体(revolved body)功能将型腔基础曲线按轮胎回转半径旋转成所需花纹块角度，如图2所示胎顶曲面，然后将模型保存为种子文件，以后再遇到同类型腔曲线时，只需调用该类型的种子文件，另存为所需图形，再通过编辑草图中的尺寸数值即可达到轮胎型腔曲线的改变，花纹块的角度也可通过编辑特征实现参数化驱动。这样大大缩短了造型时间。轮胎截面的曲线形状因轮胎类型及客户的不同而不同，可以按曲线类型进行分类编号，形成种子文件数据库，以供随时调用，对于新出现的曲线类型及时添加到库中。
图2 胎顶曲面
3.2 花纹平面展开图到胎面的空间转换
把以上胎顶曲面作为基本特征，运用投射(project)命令，将图3所示的各单节距花纹平面展开图卷曲到图2所示的胎顶曲面上，得到花纹空间曲线形状如图4所示。具体操作如下：选取不同的单节距展开图，进行不同的层设置，把几个单节距平面展开图分别用投射命令按X、Y等弧长方式投射到胎顶曲面上，投射时注意U、V轴的一一映射关系。
图3 轮胎平面展开图
3.3 单节距花纹三维造型
花纹的空间曲线是构造花纹筋三维造型的基础。有了如图4所示的花纹空间曲线以及客户图纸中的花纹筋剖面图，就可以进行花纹筋的造型。轮胎花纹沟的截面形状各异，有等宽等深等角度型、等宽变深等角度型、变宽变深变角度型、变宽等深等角度型等，建模方法要根据具体情况确定哪一种是最快捷方法。一般情况下，胎顼区域的花纹筋的建模采用通用腔或通用凸台功能，因为它们可以构造任意凸特征和凹特征，对特征放置面无特殊要求，特别适合复杂曲面构成的实体特征操作，并满足特征间的参数化关联，但对于胎肩区域，则需运用自由形式特征中的延伸片命令(extension sheet)或扫描命令(swept)，再配以桥接(bridge)、裁剪片体(trim sheet)、缝合(sew)、裁剪(trim)、倒圆角(blend)命令生成胎肩部位的花纹形状。由以上操作及布尔运算得到各单节距的花纹筋三维造型如图5所示。
图4 花纹空间曲线
图5 单节距三维造型
3.4 花纹块造型
一个花纹圈通常分成8～10个不同的花纹块，如图6所示。根据图6所示的节距排列顺序及花纹块分瓣角度，将以上各单节距的三维造型通过NX7中的Transform命令按各单节距角度旋转复制得到其中一块花纹块的花纹筋造型排列，再通过布尔运算命令把各个排列好的单节距造型进行布尔运算形成一个实体，再按此花纹块角度裁剪，与花纹块后背实体进行布尔运算，则得到单块花纹块的三维造型如图7所示。
图6 节距排列
图7 单块花纹块造型
4 结束语
运用NX7软件对轮胎模具进行设计造型可建立高质量的数学模型，NX7的参数化性能保证了产品设计的相关性以及模型能高效正确的可变更性，也为下一步的CAM奠定了良好的基础。
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