UG NX軟件在模具設(shè)計(jì)及模架虛擬裝配中的實(shí)際應(yīng)用

2013-05-17  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

徐皓
關(guān)鍵字:切邊模具 切邊模架 UG虛擬裝配
根據(jù)切邊模具及熱沖孔(精整)模具的設(shè)計(jì)要求及工藝要求,選用UG軟件對(duì)每個(gè)零部件模型進(jìn)行創(chuàng)建,并使用UG虛擬裝配功能對(duì)整個(gè)切邊模架的虛擬裝配,不但降低了產(chǎn)品工裝模具的成本費(fèi)用,而且大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,為產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場贏得了充裕的時(shí)間,也給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1、前言

制造業(yè)在全球化采購的背景下,提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)成本及產(chǎn)品全生命周期總成本,提升企業(yè)最核心競爭力,也正是目前傳統(tǒng)企業(yè)迫在眉睫不得不解決的問題。UGS的PLM(Product Lifecycle Management,產(chǎn)品生命周期管理)正是為此應(yīng)運(yùn)而生的信息數(shù)據(jù)研發(fā)管理系統(tǒng)平臺(tái),它貫穿了整個(gè)產(chǎn)品的始末(市場需求→概念設(shè)計(jì)→產(chǎn)品設(shè)計(jì)→數(shù)字模擬→制造工程→加工計(jì)劃→產(chǎn)品質(zhì)量檢測→銷售與分配→使用→維護(hù)與服務(wù)→銷毀處理及再循環(huán))。PLM Software全線產(chǎn)品(包含NX、Teamcenter、Tecnomatix、UGS Velocity系列等),功能可謂是博大精深,由于篇幅有限,也無法言窮其盡。本文就針對(duì)UG NX模塊中的裝配功能在模具設(shè)計(jì)及其模架裝配中的生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用,以小見大,來充分說明UGS給制造業(yè)提供的優(yōu)越數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)。

2、切邊模具及熱沖孔(精整)模具的設(shè)計(jì)要求及工藝的分析

我公司生產(chǎn)的鍛件為安保件,鍛模為開式模鍛,模鍛件的周圍都有飛邊,需采用切邊模切去鍛件多余的飛邊。有的孔內(nèi)鍛件在模鍛后鍛件孔內(nèi)一般都有連皮,因此鍛件在切邊后還需熱沖孔(減少精加工余量,提高加工效率,降低生產(chǎn)成本),熱沖孔是在模鍛后利用鍛件余熱立即進(jìn)行,須與鍛模設(shè)備按照一定生產(chǎn)節(jié)拍配合進(jìn)行,故沖切模初步設(shè)計(jì)為連續(xù)模?？紤]到鍛件在熱切邊和熱沖孔后,由于切邊力和沖孔力造成鍛件變形,不能滿足鍛件圖紙要求,在設(shè)計(jì)沖孔模后同時(shí)進(jìn)行熱校正,既保證了鍛件尺寸要求,又減少了工序。連續(xù)模是在壓力機(jī)的一次行程內(nèi)同時(shí)進(jìn)行一個(gè)鍛件的切邊和另一個(gè)鍛件的沖孔,尤其大批量生產(chǎn)時(shí),提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有特別重大的意義,但涉及到模架設(shè)計(jì)、制造和裝配比較復(fù)雜。這就需要有好的CAD/CAM/CAE軟件來幫助設(shè)計(jì)者順利完成設(shè)計(jì)工作。

切邊模與沖孔連皮模的主要工作部件是凸模和凹模,切邊時(shí)鍛件放在凹模洞口上,在凸模推壓下鍛件的飛邊被切邊凹模的刃口剪切并同鍛件分離,由于凸凹模之間有間隙,所以在剪切過程中鍛件有彎曲、拉伸現(xiàn)象,凸模只起傳遞推壓力的作用,而凹模刃口起剪切作用。而模架結(jié)構(gòu)及緊固方法最好趨于標(biāo)準(zhǔn)化,以便下次其它產(chǎn)品能構(gòu)通用其模架及模座。根據(jù)筆者的多年現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),總的基本原則就是“鍛件能放得進(jìn)去,切得下來,拿得出來,同時(shí)模具也要保證足夠得強(qiáng)度”。切邊及沖孔連皮力的計(jì)算有幾種不同的公式,但都屬于經(jīng)驗(yàn)公式,依據(jù)《鍛壓手冊(cè)》中推薦的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算切邊與沖孔連皮力P(N),切邊沖孔力可按下式計(jì)算:

在計(jì)算飛邊及連皮剪切面積時(shí)要按飛邊及連皮的實(shí)際厚度S(一般產(chǎn)品通常我們飛邊設(shè)計(jì)厚度為4毫米)計(jì)算,所得結(jié)果作為選擇切邊及沖孔連皮設(shè)備噸位的依據(jù)。這里我們通過上式公式計(jì)算的結(jié)果,初步選用400t液壓機(jī)作為切邊、精整設(shè)備。

3、UG軟件中裝配功能模塊概述及創(chuàng)建裝配體的理念

UG的裝配模塊是集成環(huán)境中的一個(gè)應(yīng)用模塊,其作用是:一方面將基本零件或子裝配體組成更高一級(jí)的裝配體或產(chǎn)品總裝配體;另一方面可以先設(shè)計(jì)產(chǎn)品總裝配體,然后再拆成子裝配體和單個(gè)可以直接用于加工的零件。

    UG在裝配體的創(chuàng)建上有自己獨(dú)到的設(shè)計(jì)理念。用戶要善于學(xué)習(xí)這種理念,不僅可以改善自己的思維方式,而且能夠更好、更快地使用UG開發(fā)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

3.1 人性化的裝配方法

根據(jù)裝配體與零件與零件之間的引用關(guān)系,可以有三種創(chuàng)建裝配體的方法,即自頂向下裝配、自底向上裝配和混合裝配?？蛻敉耆梢愿鶕?jù)各自的實(shí)際情況和個(gè)人設(shè)計(jì)習(xí)慣選用。

3.1.1 自底向上裝配(Bottom-Up Assembly)

自底向上裝配就是首先根據(jù)各個(gè)模具特點(diǎn)先創(chuàng)建單個(gè)零件的幾何模型,再組裝成子裝配部件,最后生成裝配部件的裝配方法。一旦組件部件文件發(fā)生變化,所有利用該組件的裝配文件在打開時(shí)將自動(dòng)更新以反映其部件層做的變化。這種方法適用于外購零件或者現(xiàn)有零件。參見圖(1)

3.1.2自頂向下裝配(Top-Down Assembly)

自頂向下裝配,是指首先設(shè)計(jì)完成裝配體,并在裝配級(jí)中創(chuàng)建零部件模型,然后再拆成子裝配體和單個(gè)可以直接用于加工、做有限元分析的零件模型。這種方法適用于在裝配中參照其他的零部件對(duì)當(dāng)前的工作部件進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。這樣一方面提高了效率,另一方面保證了部件之間的關(guān)聯(lián)性,便于參數(shù)化設(shè)計(jì)及其更改。參見圖(2)

3.1.3混合裝配(Mixture Assembly)

顧名思義,混合裝配是將自頂向下裝配和自底向上裝配結(jié)合在一起的裝配方法。例如首先創(chuàng)建幾個(gè)主要部件模型,再將其裝配在一起,然后在裝配中設(shè)計(jì)其它部件,即為混合裝配。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,可根據(jù)需要在兩種模式下切換,是一種靈活的裝配方法。

圖(1)自底向上裝配(Bottom-Up Assembly)  

圖(2)自頂向下裝配(Top-Down Assembly)

3.2 數(shù)據(jù)引用與共享

UG系統(tǒng)為了盡可能的利用已有數(shù)據(jù),減少不必要的重復(fù)建模,降低出錯(cuò)幾率,提高綜合效能,最大限度地使用了數(shù)據(jù)之間的引用關(guān)系。而這種引用根據(jù)用戶使用程度的不同可以有以下三個(gè)應(yīng)用層面:

3.2.1 UG各應(yīng)用模塊之間相互引用

UG 所有的應(yīng)用模塊共享其統(tǒng)一的模型。即建立模型后,則該模型可同時(shí)被制圖、裝配、加工、機(jī)構(gòu)分析和有限元分析等應(yīng)用模塊所引用,當(dāng)模型修改時(shí),相關(guān)應(yīng)用自動(dòng)更新或延遲更新,這也是UG相比其它CAD/CAM/CAE軟件優(yōu)越性之一,它能大大縮減了產(chǎn)品的開發(fā)周期,并避免了重復(fù)的設(shè)計(jì),尤其在大型裝配中體現(xiàn)。

3.2.2 文件之間相互引用

UG對(duì)零件的裝配,與實(shí)際產(chǎn)品的裝配不同,是一種利用電腦的虛擬裝配。它是將一個(gè)零件模型引入一個(gè)裝配模型時(shí),雖然可以正常顯示零件模型,但并不是將該零件模型的所有數(shù)據(jù)都接收過來,而只是在兩者之間建立一種引用關(guān)系。這種關(guān)聯(lián)的引用關(guān)系的雙方在任意一方發(fā)生變化時(shí),都會(huì)引起另一方相應(yīng)的變化。比如,文件1存儲(chǔ)零件模型,文件2存儲(chǔ)裝配體模型,兩文件之間建立有引用關(guān)系。如果文件1中的零件模型發(fā)生了更改變化,那么文件2中的裝配體也將相應(yīng)的發(fā)生變化;同樣,如果修改了文件2中裝配體引用的零件模型,那么文件1中的零件模型也將相應(yīng)的發(fā)生變化。

3.2.3多人之間相互引用

    UG最高層面的數(shù)據(jù)共享體現(xiàn)在支持整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程上。在此過程中,多名設(shè)計(jì)人員可利用不同的模塊來完成同一產(chǎn)品的不同開發(fā)工作,但他們共享同一產(chǎn)品模型。這種模型就是主模型,主模型是各個(gè)模塊都能引用的部件模型,是并行工程思想在UG中的一種體現(xiàn)。所以該產(chǎn)品模型由多個(gè)文件共同組成,任何一名設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品所做的工作,其他設(shè)計(jì)人員都可以實(shí)時(shí)利用到其變化。這將實(shí)現(xiàn)互動(dòng)、互通,可極大地避免了設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng),并因此提高產(chǎn)品開發(fā)效率。

3.3 UG中裝配模式

3.3.1 多零件裝配(Multi-Part Assemblies)

用此方法進(jìn)行裝配,裝配件中的零件與原零件之間是一種拷貝關(guān)系而非連接關(guān)系(概念近似于UG建模中的非參數(shù)化),對(duì)原零件的更改不能自動(dòng)反映到裝配件中,既消耗系統(tǒng)內(nèi)存,又影響其裝配速度。所以并不提倡此類裝配方法。

3.3.2 虛擬裝配(Virtual Assemblies)

用此方法進(jìn)行裝配,裝配件中的零件與原零件之間是鏈接關(guān)系,對(duì)原零件的更改會(huì)自動(dòng)反映到裝配件中,從而節(jié)約了系統(tǒng)內(nèi)存,提高了裝配速度。所以推薦此類裝配方法,下面我們將談到此類方法的應(yīng)用。添加或創(chuàng)建組件到裝配體后,還要確定各組件之間的配對(duì)關(guān)系,以確定組件的裝配位置。UG提供了八種確定組件裝配位置的方式,看其圖標(biāo)就明白它們各自用途,所以在此就不予贅述。

4、切邊模架在UG中的虛擬裝配

通過上面的介紹,我們根據(jù)切邊模具及熱沖孔(精整)模具的設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)有情況,將鍛件作為主模型,依據(jù)主模型建模,來謀求切邊模具及熱沖孔(精整)模具在建模中模具型腔的一致性。可能由于客戶持續(xù)性改進(jìn)以至于主模型需要更改,我們僅僅更改主模型后,切邊模模型和精整及沖孔模模型也將做相應(yīng)的更改(前提是模型間要建立相關(guān)聯(lián))參見圖(3)、圖(4)。

圖(3) 切邊模模型                   圖(4) 精整及沖孔模模型

初步建立好切邊模模型和精整及沖孔模模型后,并不能直接送入加工車間加工制造。我們還要根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備,設(shè)計(jì)與之相應(yīng)的上、下模板及其眾多零件進(jìn)行虛擬裝配,來滿足“鍛件能放得進(jìn)去,切得下來,拿得出來,同時(shí)模具也要保證足夠得強(qiáng)度”的基本設(shè)計(jì)原則,而且盡可能的提升生產(chǎn)節(jié)拍,給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。為此,我們可以對(duì)模板及其眾多零件進(jìn)行設(shè)計(jì)建模,再使用UG中自底向上裝配(Bottom-Up Assembly)方法進(jìn)行虛擬裝配,也可以反復(fù)修改,直至滿足各方面的要求為止。各類裝配用零件在此就不一一向大家介紹?，F(xiàn)將根據(jù)最終的設(shè)計(jì)要求和原則,在UG中完成了切邊下模架的虛擬裝配及其整個(gè)切邊模架的虛擬裝配。參見圖(5)、圖(6)。

 圖(5) 切邊下模架的虛擬裝配           圖(6) 整個(gè)切邊模架的虛擬裝配

面對(duì)模架上密密麻麻的各類銷孔以及螺絲孔,設(shè)計(jì)人員在繪圖和校對(duì)、審核過程中無疑是令人頭痛的工作,一個(gè)銷孔要由兩個(gè)定位尺寸及一個(gè)孔徑尺寸來決定,以此類推,銷孔和螺絲孔越多其相應(yīng)的尺寸就越多。并且各個(gè)零件又要根據(jù)自身的定位尺寸對(duì)號(hào)入座,即使錯(cuò)了任何一個(gè)位置尺寸,模架將無法裝配并工作。這就突顯了UG虛擬裝配的優(yōu)越性。同樣,對(duì)于加工鉆孔,操機(jī)人員如果按照?qǐng)D紙制作就非常容易出錯(cuò),甚至使切邊模板加工報(bào)廢。不但影響了產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度,又使企業(yè)增加了成本損耗。我們就完全可以利用UG強(qiáng)大的CAM功能,對(duì)上、下模板進(jìn)行加工編程或整個(gè)裝配模型仿真加工模擬,避免現(xiàn)場加工時(shí)模架上各部件與加工刀具的碰撞,可謂是省時(shí)、省力。不僅如此,還可以利用整個(gè)裝配模型進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)分析及有限元分析,或做成仿真運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫,給客戶進(jìn)行直觀的模擬演示。通過使用UG虛擬裝配功能,將模型輸入加工車間生產(chǎn)出了每個(gè)零件,并進(jìn)行了實(shí)際裝配,設(shè)計(jì)、加工、裝配成功率達(dá)到100%,整個(gè)開發(fā)周期提前了一倍,為產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場贏得了充裕的時(shí)間,也給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。裝配加工好的模具參見圖(7)、圖(8)。

圖(7) 現(xiàn)場裝配加工后的切邊沖頭模       圖(8) 整個(gè)切邊模架的實(shí)物裝配合模

5、結(jié)束語

Unigraphics軟件擁有無縫集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境,不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能,而且在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬及其加工編程模擬,大大提高了設(shè)計(jì)的可靠性。利用UG軟件,不僅可以實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個(gè)環(huán)節(jié)保持相關(guān),而且可以通過網(wǎng)絡(luò),使各設(shè)計(jì)人員之間的數(shù)據(jù)相關(guān),從而實(shí)現(xiàn)多人異地協(xié)同工作。由于筆者水平有限,詣在通過此切邊模架實(shí)例的虛擬裝配,將自己的設(shè)計(jì)理念分享給各位讀者,在此希望能起到的拋磚引玉作用,文章中難免存在疏漏和錯(cuò)誤,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正,相互交流共同進(jìn)步。

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