Pro/ENGINEER行为建模技术在钣金设计中的应用

Pro/ENGINEER软件提供的强大的行为建模工具完全无缝地集成在Pro/ENGINEER软件当中(2000i或更高版本),构建分析特征就像构建拉深特征(ExtradeFeature)和旋转特征(RevolveFeature)一样方便。行为建模工具能够捕捉用户的设计意图,且能自动地建立虚拟模型来满足多个优化目标。行为建模包括下面几个的方面内容:构造设计、灵敏度分析、可行性分析、优化设计、多月标设计和用户自定义特征等。

Pro/ENGINEER软件以其基于特征、参数化和全相关而著称。Pro/ENGINEER软件具有灵活多变的实体特征构建方法,再加上Pro/ENGINEER提供的独一无二的行为建模技术,可使用户在设计中更加得心应手。

钣金设计模块是和Pro/ENGINEER基础完全集成的一个模块。钣金零件的设计不单纯是一个造型的过程,在进行钣金设计时同时要考虑两个重要因素:第一,料样是否简单;第二,钣金零件完全展开之后是否符合加工要求。钣金设一计常采用两种方法:一是先进行零件折弯成型后的形状设计,然后在进行展开。二是先确定料样的形状,然后在折弯成型。采用第一种方法保证了零件折弯成型后的形状的准确性和精度,但是很难保证钣金完全展开后对料样的形状的要求。采用第二种方法保证钣金完全展开后对料样的形状的要求,但是很难保证零件折弯成型后的形状的准确性和精度。采用行为建模技术就能找到两种方法优势的结合点。行为建模方法对零件进行优化的过程,如图1所示。

一、实例

下面引用笔者实际设计中碰到的实例来说明行为建模技术的应用过程。

1.零件展开形状要求

该钣金零件壁厚为2.5mm,展开后的形状要求如图2所示。

2.零件折弯成型后的形状要求

如图3所示,该零件折弯成型后必须保证下列尺寸:两个竖壁圆孔中心轴平行,它们之间的距离为125mm;两个竖壁圆孔中心轴到底板外侧的距离为75mm;两个竖壁内侧距离为60mm。

前两个尺寸无法在造型中保证,这两个尺寸值只有通过建立参变量和分析特征,将两个尺寸值设为优化目标,通过系统自动收敛计算来实现。两个优化目标需要两个参变量,系统才能求解出唯一的解。这两个参变量分别是折弯线的倾斜角度和折弯半径。

第三个尺寸可在创建两个"角度折弯"特征时保证。创建这两个特征的步骤如下:折弯特征一角度折弯一内侧半径一折弯线向中心方向为变形区域折弯线到零件对称面的距离为30mm完成折弯。

3.建立分析特征

建立分析特征也就是确立优化目标。建立分析特征的对话窗,如图4所示。分析特征包含下面几种类型:

(1)测量包含测量距离、边长直径夹角等;

(2)曲线分析包含曲率、曲率半径、投影长度等曲线分析;

(3)模型分析包含质量、质心位置、转动惯量等模型分析;

(4)曲面分析包含高斯曲率、二面角、法矢、曲率半径等曲面分析;

(5)关系;

(6)UDF即用户自定义特征。

本模型只建立两个分析特征:HOLE-DIS-测量两个竖壁圆孔中心轴平行,它们之间的距离;ANALYSIS1-测量两个竖壁圆孔中心轴到底板外侧的距离。[anerroroccurredwhileprocessingthisdirective]

4.进行参数敏感度分奔

在整个参数变化范围内来评价"优化目标",敏感度分析计算对话框如图5所示。其中参数选择既可以是尺寸也可以是参变量。每个尺寸和参变量都要给定其值的变化范围。在"需放样的参数"栏中输人一个或多个已经定义的"分析特征"。在"步数"栏中输人所有参数在给定的"值域"分段数目。

图6为折弯线角度对孔距的影响曲线,折弯线角度变化范围20度-40度,HOLE_DIS从76.95mm-44.62mm。

图7为折弯角对孔距的影响曲线,折弯角大小变化范围2mm-lOmm,HOLE_DIS从l12.544mm下降到112.5mm,后再七升到112.611mm。可以明显看出孔距对折弯角的敏感度很小。

图8为折弯线角度对ANALYSIS1的影响曲线,折弯线角度变化范围20度-40度,ANALYSISI从82.32mm下降到67.42mm。

图9为折弯角对ANALYSIS1的影响曲线,折弯角大小变化范围2mm-1Omm,ANALYSIS1从73mm上升到82.36mm。

5可行性/优化分析

对敏感度分析计算,其对话框内应设置的参数及其值如图10所示。

6.优化结果

通过优化计算,折弯线角度值为33.7480;折弯角大小为6.291mm。

二、结论

在Pro/ENGINEER模型中,包括几何特征、基准特征、控制曲线特征、分析特征等。所有特征之间存在父/子关系和先后次序关系。为更明晰地表达设计意图,可以在特征之间人工添加"关系"(在Pro/ENGINEER中称为Relation)。创建Relation有两个限制条件:父特征不能引用子特征变量;特征变量的引用只能向前引用。

行为建模技术突破了这两方面的限制,如果在设计中灵活运用可以得到非常满意的效果。

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