华中科大：汽车覆盖件模具动态干涉检查系统技术要点

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2019家电模具高峰论坛征文

当前已有一些动态干涉检查的软件，但由于汽车覆盖件模具结构复杂，大部分软件实现的运动仿真与实际运动规律有明显偏差，而且图纸的导入导出操作繁琐费时，不符合设计人员的操作习惯。

针对以上情况，现通过计算机辅助技术，使用编程语言进行二次开发，设计一种基于NX运动仿真的模具动态干涉检查系统。该系统运用NX软件中自带的运动模块检查动态干涉，通过用户快速设置运动行程，程序自动识别运动部件和函数，直接进入仿真运动并检测动态干涉，既可保证仿真的准确性，又能实现图纸的延续性。

属性设置

1

对于一些不参与主要运动的零件，只需要设置1个属性名作为零件的标记，而绝大多数零件由于需要参与运动，不仅要添加属性名，还要设置表达式来标记其位置信息。比如STRIPPER_X=20，表示一次运动行程中落料板沿x方向的位移为20mm。

此外，根据参数化建模的设计思想，抽取关键的运动参数作为主动参数，将其余的参数与之相互关联成为被动参数，被动参数由主动参数驱动。如MACHINE_STROKE=STRIPPER_Z+STRPPER_TRAVEL_Z中，STRIPPER_Z和STRPPER_TRAVEL_Z是主动参数，改变主动参数可以驱动被动参数MACHINE_STROKE的值。通过属性名和表达式的设置，程序可获取整个模具的信息，方便后续分析和仿真。

模板化运动规律

2

对于大多数的运动仿真普遍存在一个问题，即定义的运动机构与实际的运动规律不一致，因此系统提出运动规律模板化概念，即通过对指定模型的分析，总结普遍规律和结构特点，将其划分成不同的运动机构，并设置相应的运动模板。如常用的滑块包括水平侧冲滑块、双动式滑块和上模斜滑块等，可针对性地创建相应滑块运动模板并保存。同一个运动模板的连杆分类表可以通用，运动函数以及运动副的创建基本一致。每次匹配运动模板之后，系统可自行在后台生成相应运动规律的连杆、运动副以及运动函数并求解，实现动态仿真和干涉检查的自动化。

运动仿真

3

01

设置连杆

连杆是传递力与运动的零件，1个连杆中的不同部件不可能存在相对运动，因此可以根据上述定义的属性，通过程序遍历所有的零件，将没有相对运动的部件联合成为一个连杆。

（a）模具开模状态（上止点）

（b）模具合模状态

图2 水平侧冲滑块

以水平侧冲滑块为例，图2（a）所示为开模状态，图2（b）所示为合模状态。该滑块的运动行程：上模板向下运动至斜楔与滑块接触→上模板继续下行，斜楔推动滑块，并带动落料板和凸模水平向右运动直至模具闭合→保持压力一段时间→氮气弹簧推动落料板和滑块水平向左运动，直至滑块碰到复位组件→上模板向上运动回到上止点。因此可以将该模具分为上模连杆、落料板连杆、滑块连杆和下连杆等，部分连杆类型如表1所示。

02

设置驱动函数

运动驱动函数是数学表达式，用来描述运动规律。对水平侧冲滑块，只需要通过几何方法，计算斜楔和滑块接触前的运动规律（上下往复）以及斜楔和滑块接触后的运动规律（滑块将竖直方向的力转化为水平方向的力），如图3所示。

（a）斜楔和滑块接触

（b）推动滑块水平运动

（c）几何分析

图3 滑块运动行程

当斜楔和滑块接触后，斜楔继续竖直向下运动距离为h，滑块将力的竖直方向转化为水平方向，运动距离为s，滑块结构的角度为α，三者之间的关系为：

h=s×tanα       （1）

案例中汽车覆盖件选用step函数作为驱动函数，以此建立时间和位移的相互关系，step函数表达式为：

step(x,x0,h0,x1,h1)      （2）

式中：x——自变量，可以是time或任意函数；x0——step函数的自变量初始值；h0——step函数的初始值；x1——step函数的自变量结束值；h1——step函数的结束值。

其基本描述为：

将整个向下的运动过程分为360步，0~tx1时，上模带动斜楔向下运动，但斜楔并未与滑块接触；tx1~tx2时，斜楔继续向下运动，驱动滑块水平运动，运动行程如式（1）；tx2～360时，模具静止保持合模状态。其中，tx1是斜楔与滑块刚接触的时间点，tx2是运动至刚合模的时间点。

因此，上模连杆的运动方程为：

step(x,0,h0),1,h1+step(x,1,0,2,Δh1)+step(x,2,0,3,Δh2)+⋯+step(x,k,0,k+1,Δh)k+⋯+step(x,359,0,360,Δh360)    （4）

其中，

Δhk=hk+1-hk

滑块连杆的运动方程为：

step(x,0,s,t)x1,s+step(x,t)x1,0,m,Δstx1+⋯+step(x,k,0,k+1,Δs)k+⋯+step(x,j,0,t)x2,Δstx2+⋯+step(x,t)x2,0,360,0   （5）

其中，Δsk=sk+1-sk=Δhk/tanα

03

设置运动副

运动副是2个连杆之间的运动，汽车覆盖件模具中通常只需滑动副即可满足仿真需求。每2个接触连杆之间，只要存在相对运动就是1个运动副。运动副的设置可利用程序实现自动化生成，其实现流程如下：通过匹配的运动模板得到不同连杆之间的运动规律；遍历属性名找到2个有相互运动的连杆中真实接触的零件；后台求出接触面并判断运动副的运动矢量；通过创建的运动函数即可生成运动副，完成运动机构的所有设置。

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▍内容来源：《模具工业》2019年第4期