基于UG的汽车管路自动化弯曲胎具CAD二次开发

模具工业2016年第42卷第3期基于UG的汽车管路自动化弯曲胎具CAD二次开发张超，廖敦明，贺云峰，罗瑞，刘庆波1华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，湖北武汉430074；2武汉邦迪管路系统有限公司，湖北武汉430056摘要针对汽车管路胎具的机械化与自动化，基于UG平台开发自动弯曲胎具CAD系统，系统采用自动识别装配约束，自动规划出胎具的空间分布，并自动调整组件的空间位置，运用空间转换矩阵和UGOPENAPI函数实现胎具的自动化参数装配，在胎具装配的基础上，优化弯路的弯曲顺序和弯曲角度，达到设计要求，提高生产效率。关键词汽车管路；胎具；二次开发；CAD中图分类号TG38643；TP39172文献标识码B文章编号10012168201603000106DOHLO16787CNKI10012168DMI201603001SECONDARYDEVELOPMENT0FCADSYSTEMFORAUTOMOTIVEPIPELINEBENDINGCLAMPINGFIXTUREBASEDONUGZHANGCHAO，LIAODUNRUING，HEYUNFENG，LUORUI。，LIUQINGBO。1STATEKEYLABORATORYOFMATERIALPROCESSINGANDDIEMOULDTECHNOLOGYHUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，WUHALL，HUBEI430074，CHINA；2WUHANBUNDYFLUIDSYSTEMSCO，LTD，WUHAN，HUBEI430056，CHINAABSTRACTACCORDINGTOTHEMECHANIZATIONANDAUTOMATIONOFCLAMPINGFIXTUREFORAUTOMOTIVEPIPELINE，ACADSYSTEMBASEDONUGPLATFORMWASDEVELOPEDFORAUTOMOTIVEBENDINGCLAMPINGFLXTURETHEAUTOMATICRECOGNITIONOFASSEMBLYCONSTRAINT，AUTOMATICJUDGEMENTSPACEPOSITIONOFCLAMPINGFIXTURE，AUTOMATICADJUSTTHESPACEPOSITIONOFTHECOMPONENTS，FLEXIBLEUSEOFSPACECONVERSIONMATRIXANDTHEUGOPENAPIFUNCTIONWEREAPPLIEDTOACHIEVETHEAUTOMATIONPARAMETERIZATIONASSEMBLYOFCLAMPINGFIXTUREANDINTHEASSEMBLYPROCESS，THEBENDINGORDERANDBENDINGANGLEOFDETOURSWEREOPTIMIZEDTOMEETTHEDESIGNREQUIREMENTSANDIMPROVEPRODUCTIVITYKEYWORDSAUTOMOBILEPIPELINE；CLAMPINGFIXTURE；SECONDARYDEVELOPMENT；CAD1引言管类零件应用广泛，在汽车、航空、船舶等领域有着不可替代的作用。胎具是将管路由直管变成弯管的成形工具，以往管类零件的成形是通过人工手动操作胎具的每一弯曲组件，通过一定的弯曲顺收稿日期20150820。基金项目教育部新世纪优秀人才支持计划项目NCET一130229；国家数控重大专项项目2012ZX04010031，2012ZX04012一O11。作者简介张超1990一，男汉族，湖北武汉人，硕士研究生，主要研究方向为铸造CAD二次开发。序达到管类零件的弯曲变形。这种成形方法人工成本高，设计人员在管类零件成形的三维设计过程中以经验设计为主，设计效率受到很大的制约。现在有的企业采用部分机械化生产，用机械化的胎具代替手动胎具已成为趋势，这将导致以前开发的胎具系统无法满足新的设计需求。现参考武汉邦迪管路系统有限公司的机械化胎具设计标准和华中科技大学模具重点实验室的胎具系统和检具系统口，以UGNX80为开发平台，CC为开发语言，在VISUALSTUDIO2010环境下结合UG所提供的2模具工业2016年第42卷第3期UGOPENAPJ开发文档，进行机械化汽车管路胎具系统的开发。2胎具分析武汉邦迪公司的胎具部分采了机械化的生产，许多部件采J了外购标准件，如推力机、扭力机等，各I作部件的装配方式更加灵活，采JJ滑道结构控制平移，装配过中可以方便地调整各L作部件的位置，与以前人，I控制的胎具见1相比，机械化胎具见图2主要有如变化。图1人L拎制胎具图2机械化胎具1灾持架2弯管3底4顶料装S弯曲部什21常规弯曲模块1新胎具中常规弯曲模块如图3所示，由丰H力机、推力机、弯曲副、推板、上旋转副、支柱利卜旋转副组成。2扭力机即可以进行旋转运动的电动机，由电脑控制，IFI力机配合弯曲副通过抖力将直管弯曲。3推力机即提供推力，使士H力机顺着滑道平移，以使其到达止确的位置。4弯曲副通过螺钉装配在押力机上，在没有丰H力机的情况下，弯曲副装配在推力机前。5立柱即连接弯曲模块与底粱。图3常规弯曲模块I扭力机2推力机3弯FI副4柱5底粱6旋转副712旋转副8滑板22顶弯弯曲模块胎具一般情况采JJ的是常规弯曲模块，常规弯曲模块冈抓力机的存在而使胎具空间体积变人，顶弯弯曲模块由丁没有扭力机，使胎具空间体积变小，为了避免弯曲模块之间或弯曲模块与机架之间的干涉，有时会J顶弯结构代替常规弯曲模块。顶弯弯曲模块可以提供更人的弯曲力，在弯曲人管类常会剑。23底梁1新胎具结构中原来的方钢换成了底梁，一共有4段底梁，整套胎具所有的组什都装夹在其上。底梁上表面和2个侧表面都有滑道，允许立柱装配在底梁上表面或者侧表面，可以避免底座与底座之间的干涉。2夹持部分只需设计夹持头部即可。3胎具设计流程考虑胎具开发L作的复杂性，新胎具的开发建立在以往的开发基础之上，胎具的整个设计流只做少量修改，主要开发集中在胎具功能上，整个设计流程如图4所示。模具工业2016年第42卷第3期3图4设计流程4部分功能实现和关键技术41装配约束类型UG装配模块中常用到装配约束，它们是将不同组件装配在一起，简单列举所要用到的装配约束类型。1UFASSEMV16MATE即同侧面接触约束。2UFASSEMV16ALIGN即异侧面接触约束。3UFASSEMANGLE即两基准轴角度约束。4UFASSEMDISTANCE即两基准轴同轴约束。5UFASSEMPARALLEL即基准面平行约束。6UFASSEMPERPENDICULAR即基准面垂直约束。42部件转换矩阵在UG装配中，转换矩阵是一个4X4的实数矩阵，定义的形式如式1TRCSYS【0CSYS3CSYS6OFIGOCSYS1CSYS4CSYS7ONGCSYS【2CSYS5CSYS8ORIG2UNUSEDUNUSEDUNUSEDSEALE1CSYS为方向矩阵。GF置1CSYSLYZ2LJ方向矩阵可以通过UFMTX3INITIALIZE来获得。方向矩阵是一个正交、正规的矩阵，定义了部件的旋转运算。ORIG为子部件原点在整体坐标系中的位置ONGZXXAY3AX,AY，Z3个值定义了部件的平移运算。在导入一个部件时，系统要进行矩阵运算，对于部件中的任意一个点，Z0，1，它在整体坐标系下的坐标A】，Z，1，设转换矩阵为可推导出A4R，YO，1CIY0LL1XIXIXK0YYIYK0ZIZIZK0AXYZ1CSYSOCSYS1CSYS20CSYS3CSYS4CSYS5】0ESYS6CSYS7ESYS80ORIG【0ORIG11O咄2145FYSOYOLZOLL6L6UILG1IYOJ1TR7由以上公式可看出，实际的变换矩阵是UG定义的转换矩阵的转置。同理如果要通过方向矩阵来计算一个点或者向量例如VECA通过方向矩阵变换为VECB的坐标，要乘以方向矩阵CSYS的转置。通过调用UGOPEN的函数UFMTX3VECMU1TIPLY_TVECA，CSYS，VECB来实现向量乘以矩阵的转置。43常规弯曲副UG虚拟装配技术是一个向当前PART文件导入组件的过程，每一个组件都是独立的PART文件。将常规的弯曲模块划分成5个组件，分别是弯曲副、托盘包含扭力机、推力机、底板、托盘座连接底板和立柱的部分、立柱、底座。5个组件分别保存为PART文件，其中底座有2种形式，分别保存。常规弯曲模块划分成5个组件的依据是标准件划分越多，装配时约束越复杂，所需要的参数驱动越少标准件划分越少，装配时约束越简单，所需要的参数驱动越多，将标准件的数量划分多一些，减少参数驱动。常规弯曲模块最后划分的结果是只需要驱动弯曲副轮子的尺寸大小与间距及立柱的长度。保证了托盘座和托盘可以相对运动，同时托盘座和立柱的分开，有利于立柱长度尺寸的驱动和底座的定位。常规弯曲模块组件的导入顺序弯曲副_托盘托盘座立柱底座。现主要讨论托盘和托盘座的装配过程。431托盘考虑到尽量继承原有的代码同时符合实际情况，新的托盘依然采用原来的3个约束方式。但新4模具工业2016年第42卷第3期的托糯形状更为复杂，3个约束过后，还有一个白由度的变化是不可忽略的，就形成了托盘底面分别朝上、朝卜2种形式，需要避免托龠底面朝上这种情况。托盘底面向外的法向量I底板向上的法向的夹角是判断托盘底面朝上、朝的重要依据。当它FFJ的夹角为锐角时，托盘底面朝上；当它们的夹角为钝角时，托盘底面朝卜。如果在序中生成托稀法向量是不可行的，需要在托盘的PART文件手动添加一个基准米表示托龠法向量。通常是绘制一个基准轴，导入组件后在序中搜索该基准轴，通过函数获取其方向信息，但是在该处程序中设置断点，得剑该方向信息不是在绝对坐标系的信息，而是相对丁托盘部件相对坐标系的信息。总结上述可矢，一口托衙外法向量川基准轴表示，托盘不同情况的导入，得剑的方向信息都是一样的，都是在相对坐标系卜的方向信息，这样的判断依据将不成一。反复测试发现基准坐标系是通过UFCSYSASKCSYSINFO函数访问其原点，可以获得原点在绝对坐标系卜的坐标，一个方向2个原点表示，刚终点坐标减玄起始点坐标。得剑底板法向量和托衙法向苗后，利JJUFVEC3CROSS函数求出它们的公线，住公币线的平面上利川UFVEC3ANGLEBETWEEN函数求出它们的夹角。最后对这个角度进行判断，小丁90。时对托盘进行180。旋转的操作。托盘导入止确后，一共有4段底梁，如图5所示，需要判断弯曲模块是和哪一段底梁相配合，实际上是判断托盘与哪一段底梁相配合。底一LLLI，一I底粱4LL图5底梁L底梁分为二组底梁L、2为一组，底梁3、4为一组，底梁1为夹具对面的底梁，整个判断过程先判断底库可能落在那个底梁。在托盘的头尾分别设置2个基准坐标系，属性名分别TUOPANCENTER和C0NFIRMWHICHPLADLNGWEI。获取其原点坐标。、。，分别求取它们向基准面一的投影距离，比较人小，如果人丁。则一组中选取基准面一，否则选取基准面，这是冈为当A。大丁时，托靠的尾部是朝向基准面一的。同理分别求取、向基准面二的投影距离，比较人小，如果A人。则一组中选基准面三，否则选基准面四。卜一步确定托落住那个基准面，主要判断依据是角度，例如托衙可能与基准面一或基准面三配对，分别将原点坐标A、B。向底板基准面进行投影得到投影坐标、。然后向基准面一进行投影得剑A，接着将，向基准面二进行投影得到A。B减之A坐标得剑托盘的投影方向，A，减得剑垂直丁基准面一的方向，减玄得剑判断临界方向。计算方向1方向A的夹角L，方向和方向的夹角2，比较两角之间的人小，当角1人丁角2时，托稚脱离了基准面一的配对角度范同，属丁基准面二的配对角度范同。综上所述最后托盘与基准面三配对，也就是托柱、托盘座、立梓安装完毕后，安装底座时底座必须落在底梁3上。432托盘座托盘座胎具是最为重要的组成部分，托盘座的调整关系剑立梓1底库的安装，还有与底梁之间的配合，原胎具是没有托盘庠。托盘座导入前已经确定了弯曲模块及托盘库与哪一个底梁相配合，将托盘按上述导入其他组件的方式导入后，需要判断托盘座与底梁基准面的相对位置。往托盘座PART文件中和立梓连接处的旋转中心设置一个基准坐标系，通过基准坐标系原点判断其相对何置。计算当前位置沿着滑道方向，坐标系原点移动剑底梁基准面上所需要的距离，然后移动托座至底梁基准面处，如6所示。实际移动距离无法直接获得，需要先求出直距离币夹角，通过换算得剑实际的移动距离。第一步求出舔直距离，原点的坐标可以通过UFCSYSASKCSYSINFO函数获得，底梁基准面是在生成底板时，根据管类零什拉直后的以拉直方向为X轴，底梁平台方向为Z轴的加持点坐标系，按照轴、Y轴方向偏移一段距离生成点再IX轴或Y轴方向做基准面。调川函数UFVEC3DISTANCETOPLANE求得原点和偏移点在轴或Y轴方向模具工业2016年第42卷第3期5的投影距离，也就是原点到基准面的垂直距离。第步求夹角口，轨道方向是管类零件每个弯过圆心的法向量，L住原有弯曲管类的代码中可以得到。UFVEC3ANGLE求出轨道方向与基准面法_BETWEEN向莓的夹角口，最后可以得剑移动距离乖直距离COSA8轨道方图6托盘座移动距离计算注意的是UFVEC3DISTANCETOPLANE根据原点在基准面哪一侧，求出的直距离有正负之分，运动时需要考虑止负号。托盘库移动到指定的基准面后，会出现一些不合理的情况，如托盘庠利托盘分离、立柱和底库冈为托盘座距离底板太近而装配不上，一方面可能是技术人员设计的原冈，管类零件的弯曲模块结构不合理；另一方面可以通过一些调节避免这些不合理的情况。整个弯曲模块自动化装配序所遵循的原则是不考虑干涉，考虑的是合理的弯曲模块能够止确装配。实际生产中是通过变换底座的形式米实现的，保证托盘座、立枉、底座三者的合理装配。底鹰一共有2种结构3种装配形式，变换底座形式还可以避免干涉。底座结构如7所示，图7A、B是常规弯曲模块中到的底座装配形式，7C底座的装配形式常用在顶弯结构中。序首先考虑装配形式一的底座，当装配好的托箍座高度人丁某一高度程序中默认值为138MM，此值通过在UG中装配得山，立柱、底庠在实际生产过中是符合装配要求的，当小于138MLN，立棒、底座装配不上，需考虑装配形式。装配形式_二的底座移到了侧面，可以得到更人的装配空间，底座和托盘座两者不容易形成干涉。采，LJ装配形式二需要再次移动托盘库，移动方式与上述相同，直距离是个定值为L30MLN，底座可以装在底梁两侧，只需改变垂直距离止负值。A底座装配形式一B底座装配形式二C底座装配形式_二图7底座结构装配好的托糯库高度小Y138NRN时，将托库移剑侧面后做第次判断，判断装配形式_二的底座和立柱是否可以装配，判断依据仍然是托捅库距离底扳上表面的高度，小丁25MLTL时，托盘鹰转动副部分与底座产生干涉。当装配形式一、二都火效时，采州装配形式二，需要将托盘座移剑距离底板上表面50NLLT1处，当所有装配形式都无法满足要求时，说明管类弯曲顺序没计不合理或调整弯曲副与管类弯的距离。图8所示为通过所开发的CAD序设计的装配体。5结束语在UG80上利刚UGOPENAPI开发的机械化胎系统，在实际生产中得到了应_LJ，避免了住定位计算上花费的人晕时间，提高了设计效率，通过划分标准F，I，使系统标准化程度提高，让设计人员有更多的时间考虑胎具的结构设计。下转第9页模具工业2016年第42卷第3期9将废料导滑杆角度加人剑25。；悯整废料导滑杆Z向高度高丁二次切刀101TIM。模修改后，废料顺利滑剑一二次切刀上，如1L所示。图11废I顶L_滑落对废料不能白由滑落的情况，生产现场通过增加顶料气缸、挂钩、导杆等辅助手段使废料能够白由滑落，为了验证这些辅助方式的有效性利町行性，均可以运ADAMS软什进行模拟验证