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        基于UG的擠出模具干涉檢查研究與應用

        欄目:公司新聞 發(fā)布時(shí)間:2021-03-29

                摘要:針對擠出模具設計過(guò)程中的干涉檢查問(wèn)題,分析了擠出模具設計及其干涉檢查的特點(diǎn),基于模型的裝配關(guān)系和特征屬性信息,提出了基于實(shí)例名和屬性名的特征獲取方法,并在獲取特征的基礎上,提出了基于最小包容體交叉性的干涉檢查方法,即首先基于包容體判斷特征是否存在交叉,再對存在交叉的特征,根據不同特征的安全間隙進(jìn)行最小間距干涉檢查,從而得到整個(gè)模具的干涉情況。并基于UG NX 機械制圖軟件,采用UG 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)和微軟基礎類(lèi)庫(MFC),開(kāi)發(fā)了擠出模具干涉檢查插件,對檢查對象進(jìn)行批量檢查。實(shí)例證明,該方法能夠快速有效進(jìn)行擠出模具干涉檢查,提高了擠出模具干涉檢查效率,提升了擠出模具設計水平。
                擠出模具結構精密,內腔結構復雜,在設計過(guò)程中,容易出現特征間相互干涉的情況,造成設計不合格。因此,在模具設計結束后,對于模具計算機輔助設計(CAD) 模型的干涉問(wèn)題常常要進(jìn)行嚴格的審核。隨著(zhù)模具設計三維化的趨勢,越來(lái)越多的模具開(kāi)始采用三維CAD 軟件進(jìn)行設計,如UGNX[1–2],Pro/E[3] 等。然而擠出模具特征多樣,人工干涉檢查不僅僅工作量大,而且也可能造成人為失誤,如何對擠出模具進(jìn)行快速有效的干涉檢查成為擠出模具設計中亟待解決的問(wèn)題。
                當前模具設計方法主要分為靜態(tài)檢查與動(dòng)態(tài)檢查兩大類(lèi)。其中,靜態(tài)檢查主要是基于幾何特征進(jìn)行,如文獻[4] 根據坐標極值進(jìn)行沖壓模的干涉檢查,文獻[5] 根據幾何特征對注塑模冷卻系統進(jìn)行干涉檢查,這些干涉檢查都提高了干涉檢查的工作效率和準確率。而動(dòng)態(tài)檢查則基于運動(dòng)仿真技術(shù)進(jìn)行,如基于裝配仿真技術(shù)對運動(dòng)干涉問(wèn)題進(jìn)行檢查[6],這些研究圍繞UG NX[7–8],Pro/E[9],三維CAD系統(Solid Works)[10–11],計算機圖形輔助三維交互式應用軟件(CATIA)[12–13] 等三維制圖軟件,采用二次開(kāi)發(fā)技術(shù)展開(kāi)[14–15]。
                以上研究對擠出模具的設計有一定的借鑒意義。然而,擠出模三維設計過(guò)程中,存在裝配、建模等不同環(huán)境,內腔結構復雜,同類(lèi)型特征多等特點(diǎn),筆者針對這一實(shí)際問(wèn)題,基于UG NX 參數化模型,采用UG 二次開(kāi)發(fā)技術(shù),對擠出模具進(jìn)行干涉檢查方法研究。
        1擠出模具及其干涉檢查的特點(diǎn)
                擠出模具主要包括模頭和定型模,在設計過(guò)程中存在裝配組件間的干涉,同一部件不同特征間的干涉,同類(lèi)特征間進(jìn)行干涉檢查,對擠出模具進(jìn)行干涉檢查,對于提高擠出模具設計的準確性及設計水平有著(zhù)重要意義。圖1 為模頭和定型模的三維圖。

        01.jpg

                由上述分析可得,擠出模具的干涉主要存在以下特點(diǎn):
                (1) 部件間干涉較多。
                在擠出模具中,各板塊均采用獨立子裝配設計,很多干涉出現在不同部件之中,常見(jiàn)的干涉主要出現在流道與緊固件,鑲塊與緊固件,鑲塊與流道,緊固件與緊固件,以及冷卻水路與緊固件之間。因此,這些可能存在的干涉組件必須加以檢查,以確保擠出模具不存在干涉問(wèn)題。
                (2) 同一部件特征間的干涉多。
                在擠出模具中,水路與氣路縱橫排布,極易發(fā)生干涉,水孔氣孔眾多,呈現縱橫分布。因此,部件間的干涉情況也偶有發(fā)生。同時(shí),同一特征,如水孔與水孔,氣孔與氣孔之間,也存在著(zhù)干涉檢查的可能性,都需要在設計過(guò)程中加以考慮,并在設計后進(jìn)行干涉檢查,或者在設計過(guò)程中根據干涉檢查情況進(jìn)行調整或再設計。
                (3) 不同特征干涉安全間距要求不一樣。
                傳統來(lái)講,只要部件間不相交,即不存在干涉,然而,在模具設計制造過(guò)程中,過(guò)小的壁厚容易引起加工事故,以及板塊強度、模具水路間換熱系數等各方面的變化,造成模具設計精度降低。因此,干涉檢查不僅僅是檢查設計出現的干涉問(wèn)題,仍需要對不同特征根據不同安全間隙進(jìn)行檢查。當實(shí)際間隙H小于安全間隙Hs,則存在干涉,當實(shí)際間隙H 大于等于Hs 時(shí),則不干涉。特征間間隙如圖2 所示。

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                在進(jìn)行干涉檢查過(guò)程中,主要包括獲取干涉檢查對象,干涉檢查,干涉對象顯示等過(guò)程。
                綜上所述,擠出模具的干涉檢查較為復雜,必須考慮上述特點(diǎn)進(jìn)行設計,必須采用合適的方法進(jìn)行快速高效干涉檢查。
        2基于UG的擠出模具干涉檢查方法
                前文已經(jīng)對擠出模具及其干涉檢查的特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要介紹。然而在實(shí)際操作過(guò)程中,面對眾多的干涉檢查對象,應主要解決下列兩個(gè)問(wèn)題:
                (1) 如何快速準確獲得干涉檢查的對象。
                (2) 如何快速準確進(jìn)行干涉檢查。
                準確快速獲取干涉檢查的對象是進(jìn)行干涉檢查的前提。在擠出模中,包含板塊、流道、緊固件、水路、氣路等各類(lèi)不同特征元素,同時(shí)在同一類(lèi)型特征中,又存在特征差異。在各特征結構上,如板塊中存在不同類(lèi)型板塊,機頸板、壓縮板、成型板等等,緊固件中有螺釘、銷(xiāo)釘等,氣路有氣孔、氣槽等。在整體結構上,螺釘、銷(xiāo)釘分布較為分散,水路、氣路縱橫排布,流道曲面復雜,這些都給獲取特征對象帶來(lái)了一定的難度,并對快速準確進(jìn)行干涉檢查有一定的影響。因此,擠出模具干涉檢查的前提是有效獲取干涉檢查對象。
                快速準確進(jìn)行干涉檢查一方面需要準確進(jìn)行干涉檢查,另一方面需要快速高效將結果檢測出來(lái)。前面提到過(guò),擠出模具結構復雜,檢查對象成百上千,甚至更多,因此,靠人工操作的方式并不現實(shí),采用UG 二次開(kāi)發(fā),借助數字化手段進(jìn)行批量干涉檢查是快速進(jìn)行干涉檢查的必要手段。同時(shí),在UG 中存在著(zhù)干涉檢查的函數( 如UF_MODL_ask_minimum_dist,求取最小特征間距離),其主要功能是求出兩個(gè)檢查對象的最小距離,由于底層算法的原因,盡管此函數通用性強,但是速度較慢,如果所有的檢查對象都采用此函數,顯然效率會(huì )很低。對干涉檢查對象進(jìn)行預檢查,縮小干涉檢查范圍成為提高干涉檢查效率的重要手段。
                基于上述分析,基于UG NX 軟件,采用二次開(kāi)發(fā)技術(shù),在獲取干涉檢查對象方面,借助參數化模型,在裝配模型中,獲取模型的事例名稱(chēng),將不同的模型采用不同的事例名稱(chēng)進(jìn)行分類(lèi)并識別,而在建模過(guò)程中,將同一類(lèi)型的特征采用UG 屬性進(jìn)行分類(lèi),這種方法的便利之處在于,能夠快捷、準確地批量獲取各特征,從而快速獲取干涉檢查對象。
                由于特征間的干涉檢查關(guān)系,為了快速識別出干涉檢查對象間是否都存在干涉,首先要明確特征干涉的情形,如圖3 所示。

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                因此,在特征識別中獲取模型的最小包容體(boundingbox),最小包容體主要是該特征實(shí)體在三維坐標系下的XX,YY,ZZ 最大最小極值,XXmin,Ymin,Zmin,XXmax,YYmax,Zmax。對于兩個(gè)特征feat A,feat B,從XX,YY,ZZ 三個(gè)維度,其包容體均有公式(1) :

               

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                然而,當最小包容體存在交叉時(shí),并不意味著(zhù)二者之間一定干涉,需要通過(guò)最小距離求取從而進(jìn)一步求取,從而確定是否有干涉。如圖4,盡管包容體中存在公式 (1) 中,假設00.jpg,在XX,Y 方向上,有公式(3),(4) :

        05.jpg

                但是在Y 方向上,有公式(5) :

        06.jpg

                即盡管在X,Y方向上不滿(mǎn)足公式(1),但在Y方向上滿(mǎn)足公式(1),因此并不干涉。

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                而對于圖5,在任意方向上均有公式(1),但是由于最小包容體并不能完全代表特征,因此需要進(jìn)一步求取最小距離,實(shí)際證明并不干涉。而在圖5b中,則兩個(gè)螺釘孔實(shí)體存在干涉。

        08.jpg

                當存在干涉時(shí),再將干涉特征加以高亮顯示。上述過(guò)程即為基于最小包容體交叉性的干涉檢查方法。其整個(gè)步驟如圖6 所示。該方法的核心是基于實(shí)例名和屬性名的獲取特征,基于最小包容體進(jìn)行交叉性檢查,再對交叉特征進(jìn)一步干涉檢查,從而提高干涉檢查的效率。

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        3.干涉檢查實(shí)例應用
                基于前文所提方法,開(kāi)發(fā)了干涉檢查插件。UG二次開(kāi)發(fā)主要有UG 菜單腳本文件、UG 二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,以及UIStyler 操作界面構成,本研究界面主要采用微軟基礎類(lèi)庫(MFC),如圖7 所示,為菜單欄和操作界面。UG 二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言主要采用UGOpenAPI,NXOpen API(Application ProgrammingInterface)。

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                當進(jìn)行干涉檢查時(shí),首先區分裝配模型與建模模型,然后分別根據事例名、屬性名獲取干涉檢查對象,并根據不同的事例名、屬性名對特征進(jìn)行分類(lèi),獲取不同的安全間隙。對不同特征或者同一特征進(jìn)行兩兩特征檢查,進(jìn)行交叉檢測,對于任意XX,YY,ZZ存在不重合,即不存在交叉。當XX,YY,ZZ均存在重合之處時(shí),即最小包容體存在交叉,進(jìn)一步求取最小距離判斷是否干涉。當求取的間隙小于安全間隙時(shí),即存在干涉,當求取的間隙大于安全間隙時(shí),則不存在干涉。當存在干涉時(shí),則將干涉對象高亮顯示。直到將所有對象檢查完畢。圖7、圖8 為干涉檢查結果界面,其中干涉部分已經(jīng)高亮顯示。
        4.結論

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                分析了擠出模具的干涉檢查特點(diǎn),提出了一種基于屬性名或事例名的干涉對象獲取方法,準確快速地獲取干涉檢查對象并進(jìn)行檢測。并在此基礎上,提出了一種基于最小包容體交叉性的干涉檢查方法,在檢測交叉性的基礎上進(jìn)一步求取最小間距,根據不同特征的安全間隙,進(jìn)一步判斷干涉情況,從而準確快速進(jìn)行干涉檢查。該干涉檢查方法已經(jīng)得到應用,極大地減輕了設計人員的工作量,并提高了設計的準確性,提高了擠出模具三維設計水平。

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