戴志杰,王宇昊,楊 濤,陸凱雷

(常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司,江蘇 常州 213025)

隨著經(jīng)濟快速發(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)是指將產(chǎn)品的可制造性要求融入到產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段,及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中難以制造或制造成本高的缺陷,減少設(shè)計修改次數(shù),從而縮減研發(fā)周期、提升質(zhì)量、降低成本[1]。

機箱作為電力二次設(shè)備的重要組成部分,起著安裝和保護電子元器件的作用。機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。

鈑金機箱的加工特征種類和數(shù)量繁多。在進行DFM分析時,傳統(tǒng)方法依據(jù)CAD(computer aided design,計算機輔助設(shè)計)圖紙進行人工分析,對人員素質(zhì)和經(jīng)驗要求很高,且效率低下;若采用DFM軟件,則可以依托三維模型,由程序自動分析并生成報告。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)計上[2-3],鈑金、機械加工等領(lǐng)域應(yīng)用很少,且停留在單個零件層面,對于復(fù)雜的裝配體仍需進行拆解[4]。此外,DFM的工程性非常強,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展性,用戶難以根據(jù)自身需求進行定制和更新,這給企業(yè)實際應(yīng)用帶來很大不便[5-6]。

3DDFM是一款功能強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)則進行可制造性分析。本文根據(jù)鈑金機箱產(chǎn)品的可制造性需求,對3DDFM軟件進行二次開發(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)則庫對鈑金機箱三維模型進行審查分析,驗證了借助3DDFM二次開發(fā)進行可制造性分析的可行性,為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化提供了思路和方法。

1 鈑金機箱的加工要求分析

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

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

折彎的直邊長度不能過小。當直邊長度太小時,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)驗豐富的工藝人員反復(fù)驗證、總結(jié),形成折彎表。因此需要將企業(yè)標準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。

板材進行折彎時,如果有其他加工特征位于變形區(qū)內(nèi),在折彎后會發(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)的實現(xiàn)

3DDFM軟件分為規(guī)則管理器和客戶端兩個模塊,其中規(guī)則管理器類似于軟件后臺,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,全平臺開發(fā)語言)作為工具來實現(xiàn)功能擴展,這樣既能讓軟件保持統(tǒng)一的版本,又能滿足用戶的個性化要求。

3DDFM能夠自動識別和提取加工特征,但是需要在編寫代碼前對規(guī)則進行定義。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,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”;

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,并與參考值進行比較:

minRatio =3;

minL=minRatio*T;

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

if(minValue

return“當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,加工時難以定位和成形”;

Creo自帶折彎表的編輯和使用功能,設(shè)計員預(yù)先在Creo中建立折彎表,并在建模時選用。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,結(jié)束規(guī)則。

if(Ma==“SGCC”)

if(BendTable==“”)

return “當前折彎系數(shù)表為空”;

if(BendTable!=“table_sgcc”)

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

#當板材為SGCC時,檢查折彎表是否正確,并輸出報告。

審查折彎與其他加工特征之間的距離時,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行示意,并在代碼中加入了錯誤提示及設(shè)計參考值,使之更加方便直觀。在Creo中打開3DDFM的客戶端插件,進入方案編輯,新增“鈑金機箱”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 鈑金機箱規(guī)則庫

3 可制造性分析驗證

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

圖3 鈑金機箱的裝配體模型

1)新建鈑金類型零組件;

2)創(chuàng)建平面作為第一個鈑金壁;

3)在第一個鈑金壁上創(chuàng)建附屬鈑金壁;

4)創(chuàng)建其他加工特征;

5)進行零組件的裝配[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應(yīng)的材料牌號和分析方案,無需再將裝配體拆解為單個零件。

圖4 客戶端結(jié)構(gòu)樹

選擇建立的“鈑金機箱”規(guī)則庫,運行檢查。該過程共耗時69 s,分析結(jié)果如圖5所示。以鈑金機箱中的底板零件為例,未通過規(guī)則共7條,點擊實例可以查看詳細信息。由此該二次開發(fā)規(guī)則庫能夠成功識別出產(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3DDFM軟件進行了二次開發(fā),為如何用DPL語言對規(guī)則進行定制提供了思路和方法。利用建立的定制規(guī)則庫,對鈑金機箱產(chǎn)品進行了可制造性分析驗證,結(jié)果表明其可行性好,同時審查效率更高、功能更豐富,生成的報告清晰直觀,便于設(shè)計人員進行優(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)則庫需要不斷維護和擴展?？梢灶A(yù)見,未來的DFM軟件會更注重開放性,可加入更加豐富的二次開發(fā)選項,為各類企業(yè)提供個性化服務(wù)。