摘要：钣金件的折弯工序作为大多数零件成型的最后一步工序,折弯工艺的好坏决定产品成型的最终尺寸和外观。针对钣金零件展开图数量大、绘制效率低的问题,提出一键展开的算法,通过UG二次开发减少中间繁琐流程,并利用有限元策略处理坡口处板厚不一致的问题,极大地提高了工作效率。
关键词：钣金件; 折弯工艺; UG二次开发; 有限元;
Development and Application of Sheet Metal Unfolding Software Based on UG
TONG Hui
CRRC Zhuzhou Electric Locomotive Co., Ltd.
Abstract：The bending process of sheet metal parts is the last step of the fabrication of components.The technology of bending process determines the final size and appearance of the product.For the problem of large number of sheet metal parts and low drawing efficiency,this paper proposes a one-key expansion algorithm.With the secondary development of UG,reducing the cumbersome processes,and in using finite element to deal with the problem of different thickness of sheet metal parts,greatly improves work efficiency.
钣金加工是机械生产中的一个重要组成部分,在轨道车辆、航空航天以及汽车等行业中有着十分广泛的应用。采用传统CAD绘图法不仅效率低而且容易出错。随着计算机技术的不断发展,钣金件自动展开已经成为发展趋势。近年来,UG等大型三维设计软件都加载了钣金模块,但UG自带钣金展开模块有诸多不足,展开流程复杂,展开精度不够,使得大多数工艺员在绘制展开图时依旧采用传统的CAD绘图法。本文以UG作为三维建模软件的支撑平台,重点阐述C++语言进行UG二次开发的关键技术,实现了面向对象的可视化特征,并设计了钣金展开的人机交互界面,简化了展开流程,为钣金的自动展开提供了一个高效、准确、实用的工具。
1 展开图绘制现状分析
展开图从最初的人工计算和绘制到后来采用钣金展开软件计算尺寸加CAD软件绘制图形,在提高展开图的准确性和绘制效率上取得了显着成就。但是,随着计算机技术的不断发展,在展开图的绘制上依然存在较大的提升空间。
1.1 传统CAD软件绘图的局限性
当前,工艺人员大多利用现有展开软件计算展开长度,然后结合展开长度用CAD软件绘制零配件展开图,可一定程度上保证展开图尺寸的精度,但也存在局限性。
(1)钣金件数量大,占整车车体零件的60%以上,采用传统的CAD绘图方法将耗费工艺员大量的时间和精力。
(2)传统CAD绘图全程都是人工操作,过程中不可避免带来差错,展开图的绘制需要不断修正。
1.2 UG三维展开的不足
随着公司三维工程化项目的不断开展,工艺设计并行化不断延伸,UG7.5三维设计软件逐渐成为工艺人员的必备技能之一。利用UG自带的钣金模块进行展开图的绘制,成为工艺员的不二选择,但依旧存在不足。
(1)操作流程复杂,人机交互界面频繁,需人工选择、输入参数,对于简单零件所花费的时间与采用CAD人工绘图相比没有本质的提升。
(2)需查询并输入折弯半径和板厚,并计算其比值再与表1对照,估算中性层因子的大小。
(3)对于复杂的带坡口的零件,需要删除坡口再对其进行钣金转换。
基于传统的CAD绘图和UG自带的钣金展开模块的不足,本文基于UG的二次开发平台,对钣金件的展开模块进行改写,设计开发了一套钣金件生产现状的一键展开模块。
表1 中性层系数对照表
2 基于UG二次开发的钣金展开技术研究
现有UG展开流程较多,操作复杂,整个钣金展开过程中需要用户至少切换3次主模块,主观判断3次,进行7次人机交互,输入参数3个,模型操作5次,计算并查阅中性层因子表。因此,需要优化整个展开流程,以程序为主体,消除不必要的人工操作,实现参数的自动判断,最终实现钣金件的一键展开和二维图纸的自动输出。
2.1 重现定义展开流程
原有展开流程复杂,采用新开发模块,展开流程和界面如图1所示。用户只需选择基准面,便可实现对钣金件的展开,同时输出二维图至本地以供后续使用。
在本流程中不需要用户手动查询并输入钣金件板厚、半径及中性层系数,这些都将由程序来完成。
2.2 展开算法优化
目前,展开算法运用最广泛、最准确的是中性层系数法。利用中性层系数法得到零件展开后的尺寸公式如下:
式中:L为钣金零件中性层展开总长度;θ为弯曲中心角;R为折弯内测半径;λ为中性层距板料内侧距离。
表1中中性层系数的比值是一系列离散的值。为避免人为估算带来的误差,本程序采用分段函数进行拟合,并将拟合后的函数与程序结合,替代人工查询与估算。
2.3 基于有限元思想的板厚处理策略
由于UG自带钣金模块无法对板厚不一致(带坡口)的零件进行钣金转换,本文借助UG本身自带的仿真模块,采用有限元思想,将零件整体划分为单个的四面体单元。由于四面体单元从顶点到底面的距离是一定的,从而可以借助钣金转换函数依次转换单个单元,最后实现整个零件的钣金转换功能。
3 总结与验证
以生产实物为例,从程序展开图绘制的准确性、展开效率来验证本程序开发之后的效果。选取部分实物零件,将CAD绘图展开计算尺寸。UG展开尺寸以及本文所提供的程序展开尺寸和绘制展开图时间进行对比,结果如表2所示。
基于UG进行钣金件自动展开插件的开发,以程序为主体替代人工操作,以有限元方法解决坡口模块,实现了参数的自动识别与输入,在保证准确性的情况下,UG自动展开效率约为传统CAD展开绘图的20倍,为传统UG展开的6倍,避免了自行计算过程中发生的错误,也极大提高了展开图的绘制效率。
图1 软件展开流程及界面
表2 展开尺寸和展开效率对比
