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針對擠出模具設(shè)計(jì)過程中的干涉檢查問題,分析了擠出模具設(shè)計(jì)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(chǔ)上,提出了基于小包容體交叉性的干涉檢查方法,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(jù)不同特征的安全間隙進(jìn)行間距干涉檢查,從而得到整個(gè)模具的干涉情況。并基于UG NX 機(jī)械制圖軟件,采用UG 二次開發(fā)技術(shù)和微軟基礎(chǔ)類庫(MFC),開發(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(shè)計(jì)水平。
成都擠出模具結(jié)構(gòu)精密,內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在設(shè)計(jì)過程中,容易出現(xiàn)特征間相互干涉的情況,造成設(shè)計(jì)不合格。因此,在模具設(shè)計(jì)結(jié)束后,對于模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) 模型的干涉問題常常要進(jìn)行嚴(yán)格的審核。隨著模具設(shè)計(jì)三維化的趨勢,越來越多的模具開始采用三維CAD 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)中亟待解決的問題。
當(dāng)前模具設(shè)計(jì)方法主要分為靜態(tài)檢查與動態(tài)檢查兩大類。其中,靜態(tài)檢查主要是基于幾何特征進(jìn)行,如文獻(xiàn)[4] 根據(jù)坐標(biāo)極值進(jìn)行沖壓模的干涉檢查,文獻(xiàn)[5] 根據(jù)幾何特征對注塑模冷卻系統(tǒng)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(zhǔn)確率。而動態(tài)檢查則基于運(yùn)動仿真技術(shù)進(jìn)行,如基于裝配仿真技術(shù)對運(yùn)動干涉問題進(jìn)行檢查[6],這些研究圍繞UG NX[7–8],Pro/E[9],三維CAD系統(tǒng)(Solid Works)[10–11],計(jì)算機(jī)圖形輔助三維交互式應(yīng)用軟件(CATIA)[12–13] 等三維制圖軟件,采用二次開發(fā)技術(shù)展開[14–15]。
以上研究對擠出模具的設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。然而,擠出模三維設(shè)計(jì)過程中,存在裝配、建模等不同環(huán)境,內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜,同類型特征多等特點(diǎn),筆者針對這一實(shí)際問題,基于UG NX 參數(shù)化模型,采用UG 二次開發(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(shè)計(jì)過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(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及設(shè)計(jì)水平有著重要意義。圖1 為模頭和定型模的三維圖。
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(dú)立子裝配設(shè)計(jì),很多干涉出現(xiàn)在不同部件之中,常見的干涉主要出現(xiàn)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(xiàn)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,也存在著干涉檢查的可能性,都需要在設(shè)計(jì)過程中加以考慮,并在設(shè)計(jì)后進(jìn)行干涉檢查,或者在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)干涉檢查情況進(jìn)行調(diào)整或再設(shè)計(jì)。
(3) 不同特征干涉安全間距要求不一樣。
傳統(tǒng)來講,只要部件間不相交,即不存在干涉,然而,在模具設(shè)計(jì)制造過程中,過小的壁厚容易引起加工事故,以及板塊強(qiáng)度、模具水路間換熱系數(shù)等各方面的變化,造成模具設(shè)計(jì)精度降低。因此,干涉檢查不僅僅是檢查設(shè)計(jì)出現(xiàn)的干涉問題,仍需要對不同特征根據(jù)不同安全間隙進(jìn)行檢查。當(dāng)實(shí)際間隙H小于安全間隙Hs,則存在干涉,當(dāng)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。
在進(jìn)行干涉檢查過程中,主要包括獲取干涉檢查對象,干涉檢查,干涉對象顯示等過程。
綜上所述,擠出模具的干涉檢查較為復(fù)雜,必須考慮上述特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),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)作了簡要介紹。然而在實(shí)際操作過程中,面對眾多的干涉檢查對象,應(yīng)主要解決下列兩個(gè)問題:
(1) 如何快速準(zhǔn)確獲得干涉檢查的對象。
(2) 如何快速準(zhǔn)確進(jìn)行干涉檢查。
準(zhǔn)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、氣路等各類不同特征元素,同時(shí)在同一類型特征中,又存在特征差異。在各特征結(jié)構(gòu)上,如板塊中存在不同類型板塊,機(jī)頸板、壓縮板、成型板等等,緊固件中有螺釘、銷釘?shù)龋瑲饴酚袣饪?、氣槽等。在整體結(jié)構(gòu)上,螺釘、銷釘分布較為分散,水路、氣路縱橫排布,流道曲面復(fù)雜,這些都給獲取特征對象帶來了一定的難度,并對快速準(zhǔn)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(zhǔn)確進(jìn)行干涉檢查一方面需要準(zhǔn)確進(jìn)行干涉檢查,另一方面需要快速高效將結(jié)果檢測出來。前面提到過,擠出模具結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)實(shí),采用UG 二次開發(fā),借助數(shù)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 中存在著干涉檢查的函數(shù)( 如UF_MODL_ask_minimum_dist,求取特征間距離),其主要功能是求出兩個(gè)檢查對象的距離,由于底層算法的原因,盡管此函數(shù)通用性強(qiáng),但是速度較慢,如果所有的檢查對象都采用此函數(shù),顯然效率會很低。對干涉檢查對象進(jìn)行預(yù)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,采用二次開發(fā)技術(shù),在獲取干涉檢查對象方面,借助參數(shù)化模型,在裝配模型中,獲取模型的事例名稱,將不同的模型采用不同的事例名稱進(jìn)行分類并識別,而在建模過程中,將同一類型的特征采用UG 屬性進(jìn)行分類,這種方法的便利之處在于,能夠快捷、準(zhǔn)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,要明確特征干涉的情形,如圖3 所示。
因此,在特征識別中獲取模型的小包容體(boundingbox),小包容體主要是該特征實(shí)體在三維坐標(biāo)系下的XX,YY,ZZ 大小極值,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) :
然而,當(dāng)小包容體存在交叉時(shí),并不意味著二者之間一定干涉,需要通過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(shè),在XX,Y 方向上,有公式(3),(4) :
但是在Y 方向上,有公式(5) :
即盡管在X,Y方向上不滿足公式(1),但在Y方向上滿足公式(1),因此并不干涉。
而對于圖5,在任意方向上均有公式(1),但是由于小包容體并不能完全代表特征,因此需要進(jìn)一步求取小距離,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。
當(dāng)存在干涉時(shí),再將干涉特征加以高亮顯示。上述過程即為基于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。
3.干涉檢查實(shí)例應(yīng)用
基于前文所提方法,開發(fā)了干涉檢查插件。UG二次開發(fā)主要有UG 菜單腳本文件、UG 二次開發(fā)語言,以及UIStyler 操作界面構(gòu)成,本研究界面主要采用微軟基礎(chǔ)類庫(MFC),如圖7 所示,為菜單欄和操作界面。UG 二次開發(fā)語言主要采用UGOpenAPI,NXOpen API(Application ProgrammingInterface)。
當(dāng)進(jìn)行干涉檢查時(shí),區(qū)分裝配模型與建模模型,然后分別根據(jù)事例名、屬性名獲取干涉檢查對象,并根據(jù)不同的事例名、屬性名對特征進(jìn)行分類,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(dāng)XX,YY,ZZ均存在重合之處時(shí),即小包容體存在交叉,進(jìn)一步求取小距離判斷是否干涉。當(dāng)求取的間隙小于安全間隙時(shí),即存在干涉,當(dāng)求取的間隙大于安全間隙時(shí),則不存在干涉。當(dāng)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(jié)果界面,其中干涉部分已經(jīng)高亮顯示。
4.結(jié)論
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(zhǔn)確快速地獲取干涉檢查對象并進(jìn)行檢測并在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于小包容體交叉性的干涉檢查方法,在檢測交叉性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步求取小間距,根據(jù)不同特征的安全間隙,進(jìn)一步判斷干涉情況,從而準(zhǔn)確快速進(jìn)行干涉檢查。該干涉檢查方法已經(jīng)得到應(yīng)用,極大地減輕了設(shè)計(jì)人員的工作量,并提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,提高了擠出模具三維設(shè)計(jì)水平。
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