基于3DDFM二次開發(fā)的鈑金機(jī)箱可制造性分析

戴志杰,王宇昊,楊 濤,陸凱雷

(常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司,江蘇 常州 213025)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及市場全球化,企業(yè)間競爭日益激烈,因此提升生產(chǎn)效率、降低成本是企業(yè)生存和發(fā)展的重要課題。DFM(design for manufacturing,可制造性設(shè)計(jì))是指將產(chǎn)品的可制造性要求融入到產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)階段,及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中難以制造或制造成本高的缺陷,減少設(shè)計(jì)修改次數(shù),從而縮減研發(fā)周期、提升質(zhì)量、降低成本[1]。

機(jī)箱作為電力二次設(shè)備的重要組成部分,起著安裝和保護(hù)電子元器件的作用。機(jī)箱從最初的鋁型材結(jié)構(gòu)到鑄造結(jié)構(gòu)再到鈑金結(jié)構(gòu),經(jīng)歷了三代發(fā)展,其中鈑金結(jié)構(gòu)機(jī)箱是未來發(fā)展的趨勢,它主要由金屬薄板通過沖裁、折彎、鉚接等方式加工成型。

鈑金機(jī)箱的加工特征種類和數(shù)量繁多。在進(jìn)行DFM分析時(shí),傳統(tǒng)方法依據(jù)CAD(computer aided design,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))圖紙進(jìn)行人工分析,對(duì)人員素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)要求很高,且效率低下;若采用DFM軟件,則可以依托三維模型,由程序自動(dòng)分析并生成報(bào)告。目前,DFM軟件主流應(yīng)用在電子產(chǎn)品PCB(printed circuit board,印制電路板)設(shè)計(jì)上[2-3],鈑金、機(jī)械加工等領(lǐng)域應(yīng)用很少,且停留在單個(gè)零件層面,對(duì)于復(fù)雜的裝配體仍需進(jìn)行拆解[4]。此外,DFM的工程性非常強(qiáng),需要緊密結(jié)合企業(yè)自身情況。但現(xiàn)有的很多DFM軟件局限于開放性和擴(kuò)展性,用戶難以根據(jù)自身需求進(jìn)行定制和更新,這給企業(yè)實(shí)際應(yīng)用帶來很大不便[5-6]。

3DDFM是一款功能強(qiáng)大的可制造性分析軟件,它能夠集成在常用的CAD軟件中,基于產(chǎn)品的三維裝配模型和相關(guān)規(guī)則進(jìn)行可制造性分析。本文根據(jù)鈑金機(jī)箱產(chǎn)品的可制造性需求,對(duì)3DDFM軟件進(jìn)行二次開發(fā),建立了適應(yīng)企業(yè)技術(shù)要求的規(guī)則庫,并使用該規(guī)則庫對(duì)鈑金機(jī)箱三維模型進(jìn)行審查分析,驗(yàn)證了借助3DDFM二次開發(fā)進(jìn)行可制造性分析的可行性,為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了思路和方法。

1 鈑金機(jī)箱的加工要求分析

加工特征是實(shí)現(xiàn)DFM和CAD集成的關(guān)鍵。在進(jìn)行可制造性分析前,首先需要對(duì)這些特征的工藝要求進(jìn)行梳理。由于鈑金機(jī)箱特征種類較多,這里僅以折彎為例。

折彎過程中,材料內(nèi)層受壓,外層受拉,當(dāng)板材厚度一定時(shí),折彎半徑越小,材料受壓或受拉就越嚴(yán)重,若應(yīng)力超出材料極限強(qiáng)度,板材就會(huì)出現(xiàn)裂紋,因此存在最小折彎半徑。

折彎的直邊長度不能過小。當(dāng)直邊長度太小時(shí),零件在模具上支撐的長度不足,難以形成足夠的彎矩,同樣會(huì)影響成型精度[7]。

折彎件展平過程中需要相應(yīng)的折彎系數(shù),其與材料、板厚和折彎模具均有關(guān),通常由經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝人員反復(fù)驗(yàn)證、總結(jié),形成折彎表。因此需要將企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)折彎表引入可制造性分析軟件,并判斷折彎表選用的合理性。

板材進(jìn)行折彎時(shí),如果有其他加工特征位于變形區(qū)內(nèi),在折彎后會(huì)發(fā)生拉伸變形,影響成型尺寸和精度,因此需要考慮折彎邊到其他加工特征的距離。相關(guān)要求見表1,表中T為板材厚度。

表1 折彎邊到其他特征之間距離要求

2 3DDFM二次開發(fā)的實(shí)現(xiàn)

3DDFM軟件分為規(guī)則管理器和客戶端兩個(gè)模塊,其中規(guī)則管理器類似于軟件后臺(tái),可以管理用戶、編輯規(guī)則等;客戶端則以插件形式集成在三維CAD軟件中,可以配置模型、規(guī)則庫以及輸出分析報(bào)告。軟件提供了二次開發(fā)的功能,以簡潔、緊湊、靈活的DPL語言(developing platform language,全平臺(tái)開發(fā)語言)作為工具來實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展,這樣既能讓軟件保持統(tǒng)一的版本,又能滿足用戶的個(gè)性化要求。

3DDFM能夠自動(dòng)識(shí)別和提取加工特征,但是需要在編寫代碼前對(duì)規(guī)則進(jìn)行定義。如圖1所示,在規(guī)則管理器中新增規(guī)則,輸入規(guī)則名稱和描述后,定義工藝類型為鈑金,特征類型為折彎。3DDFM開放了大量接口函數(shù)和與特征相關(guān)聯(lián)的參數(shù)供用戶調(diào)用。

圖1 規(guī)則管理器界面

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),最小折彎半徑不小于板厚,由此調(diào)用3DDFM中的參數(shù)折彎半徑SM_BEND.r、板厚T,通過比較兩者大小來判斷折彎半徑是否合理:

if(SM_BEND.r

eturn“當(dāng)前折彎的內(nèi)側(cè)半徑為”+str(decimal(SM_BEND.r,3))+“mm,小于板厚”+str(T)+“mm,應(yīng)避免這樣的設(shè)計(jì)”;

else

return true;

3DDFM中,板材邊緣(EDGE)作為一種加工特征而存在,需要將折彎的直邊長度轉(zhuǎn)化為折彎與板材邊緣之間的距離。由此調(diào)用距離函數(shù)MinDistanceWithValue來獲取直邊長度,并與參考值進(jìn)行比較:

minRatio =3;

minL=minRatio*T;

minValue = SM_BEND.MinDistanceWithValue(“EDGE”,minL);

if(minValue

return“當(dāng)前折彎到邊緣的最小距離為”+str(decimal(minValue ,3))+“mm,小于”+str(minRatio)+ “倍板厚的距離:”+str(minL)+“mm,加工時(shí)難以定位和成形”;

Creo自帶折彎表的編輯和使用功能,設(shè)計(jì)員預(yù)先在Creo中建立折彎表,并在建模時(shí)選用。以SGCC(熱浸鋅鋼板)為例,通過二次開發(fā)在3DDFM中建立規(guī)則來檢查設(shè)計(jì)人員選用折彎表的正確性:

BendTable=lower(BT);

#獲取折彎表

if(BC == 0)

return true;

#模型中沒有折彎特征時(shí),結(jié)束規(guī)則。

if(Ma==“SGCC”)

if(BendTable==“”)

return “當(dāng)前折彎系數(shù)表為空”;

if(BendTable!=“table_sgcc”)

return “當(dāng)前材料為鋼板SGCC,折彎系數(shù)表為” + BendTable + “.bnd,規(guī)范系數(shù)表應(yīng)為table_sgcc.bnd”;

#當(dāng)板材為SGCC時(shí),檢查折彎表是否正確,并輸出報(bào)告。

審查折彎與其他加工特征之間的距離時(shí),由于特征類型較多,此處僅以腰孔為例。根據(jù)表2,腰孔長度l不同,需要分為3種情況:

if(l<=26)

d1=2*T;

d_min_1=SM_PARSLOT.MinDistanceWithValue(“SM_BEND”,d1);

if(d_min_10.0001)

return “腰孔到折彎最小距離為” +str(decimal(d_ min_1,3)) + “mm,小于指定值:” + str(decimal(d1,3))+“mm”;

else

return true;

else if(l>26&&l<50)

d2=2.5*T;

......

else

d3=3*T;

相似地,根據(jù)沉孔、翻孔、加強(qiáng)筋等其他特征的加工要求,建立相應(yīng)規(guī)則。為了便于用戶理解和修改,在規(guī)則中添加了圖形文件進(jìn)行示意,并在代碼中加入了錯(cuò)誤提示及設(shè)計(jì)參考值,使之更加方便直觀。在Creo中打開3DDFM的客戶端插件,進(jìn)入方案編輯,新增“鈑金機(jī)箱”方案,導(dǎo)入編寫好的規(guī)則形成規(guī)則庫,如圖2所示。

圖2 鈑金機(jī)箱規(guī)則庫

3 可制造性分析驗(yàn)證

如圖3所示,為了驗(yàn)證所建立規(guī)則庫的有效性,本文使用美國PTC公司的三維設(shè)計(jì)軟件Creo建立鈑金機(jī)箱的模型,并通過3DDFM進(jìn)行可制造性分析。建模過程如下:

圖3 鈑金機(jī)箱的裝配體模型

1)新建鈑金類型零組件;

2)創(chuàng)建平面作為第一個(gè)鈑金壁;

3)在第一個(gè)鈑金壁上創(chuàng)建附屬鈑金壁;

4)創(chuàng)建其他加工特征;

5)進(jìn)行零組件的裝配[8]。

如圖4所示,打開集成在Creo中的3DDFM客戶端插件,能看到鈑金機(jī)箱裝配體的結(jié)構(gòu)樹,用戶可以直接從中自行勾選需要分析的鈑金件及其對(duì)應(yīng)的材料牌號(hào)和分析方案,無需再將裝配體拆解為單個(gè)零件。

圖4 客戶端結(jié)構(gòu)樹

選擇建立的“鈑金機(jī)箱”規(guī)則庫,運(yùn)行檢查。該過程共耗時(shí)69 s,分析結(jié)果如圖5所示。以鈑金機(jī)箱中的底板零件為例,未通過規(guī)則共7條,點(diǎn)擊實(shí)例可以查看詳細(xì)信息。由此該二次開發(fā)規(guī)則庫能夠成功識(shí)別出產(chǎn)品的可制造性缺陷,并根據(jù)分析結(jié)果給出相應(yīng)改進(jìn)建議。

圖5 分析結(jié)果

4 結(jié)束語

本文根據(jù)企業(yè)自身制造資源和技術(shù)水平對(duì)3DDFM軟件進(jìn)行了二次開發(fā),為如何用DPL語言對(duì)規(guī)則進(jìn)行定制提供了思路和方法。利用建立的定制規(guī)則庫,對(duì)鈑金機(jī)箱產(chǎn)品進(jìn)行了可制造性分析驗(yàn)證,結(jié)果表明其可行性好,同時(shí)審查效率更高、功能更豐富,生成的報(bào)告清晰直觀,便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化。

隨著企業(yè)設(shè)備的更新和技術(shù)水平的提高,DFM規(guī)則庫需要不斷維護(hù)和擴(kuò)展?？梢灶A(yù)見,未來的DFM軟件會(huì)更注重開放性,可加入更加豐富的二次開發(fā)選項(xiàng),為各類企業(yè)提供個(gè)性化服務(wù)。