模具技术调研之八-模具运动仿真操作指导-XXXX-02-20-fo

1模具模具模具模具技术技术技术技术调研调研调研调研之之之之八八八八----模具运动模具运动模具运动模具运动仿真操作指导仿真操作指导仿真操作指导仿真操作指导（（（（MoldMoldMoldMoldMotionSimulationMotionSimulationMotionSimulationMotionSimulation））））（UG在模具设计中的运动模拟）（青岛海信模具有限公司汽车项目部黄二力2013.2.20）一般来说，模具运动机构的复杂程度是不能和机械相比的。精巧设计的机械，可以达到位移、速度、加速度以及功能上的特殊要求。比如奥迪著名的托森差速器，就是以纯机械的方式达到了驱动力自动分配的要求。再如雪铁龙当年的后轮随动转向技术，也是以巧妙的纯机械设计达到当前ESP电子技术的类似效果。再比如，机器人系统中的机械手，这种开链的机械控制也是相当复杂的。注塑模具的动作一般只有开模、顶出、抽芯等为数不多的几种运动，简单、扎实、可靠的结构是模具设计首先应该考虑的。绝大部分运动机构的动作都可以通过理论计算，或者检查几个极限位置，以及采用装配拖动观察来解决。但极少数产品还是需要复杂的模具机构来成型，比如顺序动作，旋转动作，以及组合运动等。这种情况下，只靠校核机构有限的几个运动位置来推断机构动作是否可行是不可靠的。因此，有必要采用运动仿真来验证模具动作的合理性。UG软件在国内的培训通常集中在造型、加工、出图等通用模块，其它模块一般只限于很专业的领域。模具结构的运动方式大多并不复杂，如果普遍都进行运动仿真的全面培训也无必要。本文只涉及UG软件的操作，因此以下只提UG的版本号，不再提及UG名称。网上的资料多侧重于软件命令的说明，缺乏相关知识的补充以及实际应用经验的总结，因此，即使学习后也无法在短时间内开始应用。2本文将详细说明三种运动模拟方法，其中涉及UG的运动仿真模块，因此阅读者最好具有机械专业的基本知识，了解运动副、自由度、动/静摩擦系数、力矩等相关概念。本文的目的在于让阅读者快速达到独立完成模具机构运动模拟的能力，并将模拟结果运用到模具结构的修正中，减少结构设计的问题，提高设计的合理性。当前模具运动分析的重点在于检查机构运动中的错误以及干涉，因此只进行运动运动运动运动分析分析分析分析的学习，而不涉及受受受受力力力力分析分析分析分析方面。本文分以下本文分以下本文分以下本文分以下三三三三个个个个主要主要主要主要部分说明部分说明部分说明部分说明一一一一、、、、UGUGUGUG软件在模具运动模拟软件在模具运动模拟软件在模具运动模拟软件在模具运动模拟的的的的整体整体整体整体介绍介绍介绍介绍二二二二、、、、UGUGUGUG软件在运动模拟的具体操作软件在运动模拟的具体操作软件在运动模拟的具体操作软件在运动模拟的具体操作（（（（1111））））装配约束方式装配约束方式装配约束方式装配约束方式（（（（2222））））运动仿真方式运动仿真方式运动仿真方式运动仿真方式（（（（3333））））模具仿真方式模具仿真方式模具仿真方式模具仿真方式三三三三、、、、结合公司情况的分析结合公司情况的分析结合公司情况的分析结合公司情况的分析一一一一、、、、UGUGUGUG软件在模具运动模拟的整体介绍软件在模具运动模拟的整体介绍软件在模具运动模拟的整体介绍软件在模具运动模拟的整体介绍UG在模具设计中，通常可使用三三三三种完全不同的运动模拟方法：(1)在UG装配设计装配设计装配设计装配设计中，设置装配约束，最后以手动方式拖动原动件原动件原动件原动件，则相关零件会按照约束条件跟随运动，过程中可检查干涉现象。以下简称装配约束方式装配约束方式装配约束方式装配约束方式。。。。(2)应用运动仿真模块，按照运动关系设置运动条件，经解算后，可获得动态模3拟，以及干涉、速度、加速度、包络等大量运动参数。以下简称运动仿真方式运动仿真方式运动仿真方式运动仿真方式。(3)新版的UG在模具向导中增加了模具运动仿真命令，针对模具的运动特点，以较简单的操作实现了模具动作模拟。以下简称模具仿真方式模具仿真方式模具仿真方式模具仿真方式。以下展开说明以下展开说明以下展开说明以下展开说明：：：：((((1111))))装配约束方式装配约束方式装配约束方式装配约束方式目前此种方式应用较多，其主要特点是几乎不需要额外的学习，只要是熟悉UG装配操作，基本就会使用此方法。但缺点在于，装配设计是基于静态装配，因此各种装配约束并不能完全反映机构的动态关系，如图（图为NX4的装配匹配功能）。如果运动机构完全是由刚性连接刚性连接刚性连接刚性连接的滑动关系滑动关系滑动关系滑动关系组成，则较容易实现动态运动，但如果是由旋转运动、二次动作、凸轮以及齿轮或带传动等机构组成，则实现困难。另外，在NX4及以前版本中，装配约束装配约束装配约束装配约束和运动约束运动约束运动约束运动约束（在此暂时这样称，实际上运动学中应称为运动副）两者的概念和设置有很大差别，装配约束的命令基本没有运动方面的考虑，这一点和CATIA软件的相关功能很不一样，CATIA的装配约束和运动约束的设置非常相似。但在UGNX6版本中明显进行了修改，装配约束功能做了很大的调整，增加了更适用动态运动的约束命令，比如FIX，BOND等，这些在运动模块中都有类似命令。这说明，在这些功能上，UG也在向4其它软件普遍的做法上靠拢。虽然NX6（及以后版本）的装配约束中，大大增强了适用动态运动的控制命令，但受模块限制，上面提到的几种运动结构实现动态模拟仍较困难。装配约束方式操作简单易行，虽然有些模具机构的动态模拟实现困难，但模具行业也很少有过于复杂的机构，因此还是很有应用价值的。另外，NX4版本已经陈旧，使用复杂，功能弱，因此初学者换用NX6以上版本，更有利于提高效率。鉴于NX4仍有较多使用，在下一节仍以NX4为例说明。((((2222))))运动仿真方式运动仿真方式运动仿真方式运动仿真方式UG软件的运动仿真模块可以对任何的二维及三维机构进行复杂的运动学、动力学分析，可对机构进行装配分析，运动合理性分析，如干涉，轨迹包络等。并能够以图形方式输出各个部件的位移，坐标、速度、加速度、力的变化等数据，以方便进行机构优化。UG运动模块内嵌了两种解算器，分别是ADAMS，RecurDyn，都是目前最好的机械运动分析软件之一。此种方式功能强大，但操作复杂，涉及的知识比较多。UG的运动模块的培训少，因此学习和应用的难度大。此外，经对比UG的各个版本发现，UG的license对此模块有重大影响，NX45以前的版本有时间限制（指D版）。NX3要运行此模块，必须把电脑时间调整到2006年以前，NX4必须调整到2009年以前。NX6及以后版本则无此限制。另外，NX4及以前版本的操作较为困难，稍有不慎，就会出现部件移位，运动错误等问题。而NX6及以后版本则很稳定。比如对于运动副的过多设置，NX8还会出现警告或终止，而NX6则很少出现此类问题，并且还会自动去除过多的约束，保证计算能够进行。((((3333))))模具仿真方式模具仿真方式模具仿真方式模具仿真方式NX7之后，在模具向导中增加了模具运动仿真命令(ToolingMotionSimulation)，目的是以简单的操作实现模具动作的模拟。其主要思想是，模具动作是由一些固定的基本动作组成的，如开模、顶出、抽芯、脱料板动作等，比如顶出部分的零件都是按照同样的规律运动的。因此，只要把零件分成几组，并设置一些简单的相互关系，就可以实现模具的运动仿真。但个人感觉，模具向导的运动仿真减少了操作步骤，简化了设置类型，降低使用门槛。但针对复杂模具的机构，还有待验证。6二二二二、、、、UGUGUGUG软件在运动模拟的具体操作软件在运动模拟的具体操作软件在运动模拟的具体操作软件在运动模拟的具体操作在本节中在本节中在本节中在本节中，，，，将将将将分别分别分别分别详细说明三种运动模拟的操作方法详细说明三种运动模拟的操作方法详细说明三种运动模拟的操作方法详细说明三种运动模拟的操作方法，，，，并并并并进行进行进行进行相关的展开说明相关的展开说明相关的展开说明相关的展开说明。。。。((((1111))))装配约束方式装配约束方式装配约束方式装配约束方式如图，为Cofimold常用的双向斜顶结构，在两个斜顶杆和两个滑道座的作用下，滑块的最终运动是一种组合运动，如果没有特别的研究分析，将很难计算出滑块的运动趋势。并且，要应验证3D设计的正确性，动态模拟很有必要。装配约束方式模拟的过程很简单，先设置好运动机构的装配约束，然后点击运动部件，拖动即可实现相关部件的运动演示。具体操作具体操作具体操作具体操作：：：：AAAA))))设置约束设置约束设置约束设置约束NX4装配中，约束功能是以Mate(匹配)命令完成的，而在NX6及以后版本中，已经改成assemblyconstraints（装配约束）命令。在1位置和3位置，顶块、第一导向杆及滑座1之间属于刚性连接，并没有相对运动。但NX4中并没有NX67中的（粘合）Bond命令，约束不便，因此只能以Distance匹配命令来定义。如图，在1、3位置选择垂直于导向杆轴线的两个产品的对应安装面，默认距离为0；第一导向杆3下端与滑座4的安装孔端面之间设计有5MM垫圈，但动作模拟中没有必要带上这些附件，直接把距离约束设成5MM即可。在2位置，第一导向杆与导向套之间有滑动配合关系，原理上是同心滑动，因此选择Center匹配。分别选择第一导向杆和导套的圆柱面即可。在4位置，滑座1和滑座2之间是以斜向滑道连接。选择滑道的其中一个贴合面，使用Planar平面匹配。在5位置，滑座2和顶出板压板之间以滑道连接，同样选择Planar平面匹配。在6位置，滑座2与第二导向杆之间为同心滑动，选择Center匹配。8在7位置，顶出板压板是和顶出板固定在一起的，但运动模拟没有必要观察顶出板的动作，因此不需要将其加入运动部分。本例为了便于约束顶出的方向，做了一个简单的几何体，这样很方便的在压板两处垂直侧面增加Planar平面匹配，确定了顶出的方向。当然如果沿用模具自身的结构，同样也可以实现顶出方向约束。通常产品和顶出是同步的，但在NX4中，产品与顶出板之间的约束设置并不方便（NX6则很简单），因此，可以采用将产品放到与顶出板同一个文件中，这样产品就可以与顶出板同步运动，而不需要设置匹配。设置完成后，在Mate对话框的上方显示已存在的匹配信息。9B)B)B)B)运动模拟运动模拟运动模拟运动模拟在装配导航器上，选中原动件原动件原动件原动件，并点击右键，出现快捷菜单，选择Reposition功能,则出现图中坐标系。把光标移到所需运动的指示方向的箭头上，点左键按住，并拖动，则设置完整匹配关系的部件，会按照相互驱动的原则，沿约束方向运动。CCCC))))注意事项及问题注意事项及问题注意事项及问题注意事项及问题((((aaaa))))由于NX4装配约束并不能完善定义部件运动状态的约束，因此，手工拖动模拟时，如果选中的不是原动件，机构也有可能整体或分别运动，但可能会杂乱无章。因此，必须必须必须必须正确正确正确正确选择原动件及运动方向选择原动件及运动方向选择原动件及运动方向选择原动件及运动方向。。。。((((bbbb))))如部件运动混乱时，应尝试调整匹配关系。如上例中，在滑道4、5处，只设置一个Planar匹配就达到了运动效果，而在7处，则需设置两处Planar匹10配，才能保证约束完全。原因应是同一部件与周边多个部件设置的匹配共同约束了部件的自由度。另外，约束不足时也可能达到正常模拟的效果，因此，可尝试增减匹配数量进行调试。((((cccc))))NX4在装配约束中无法设置固定部件（NX6中已有此种约束），对于此种要求，可采取该部件作为一个独立的装配文件，且不加约束的方式来解决，但此时，如果匹配不合适，或选错原动件，此部件也会被移动，必须谨慎对待。((((dddd))))装配约束方式在实现如碰撞驱动、齿轮、带轮等运动模拟方面，难度较大。((((eeee))))NX6及以后版本更方便操作，