专利名称：U型梁腹面冲孔适配模具的系统和方法
技术领域：
本发明涉及汽车U型梁的数控冲孔生产线模具库构成、控制系统和计算机辅助制造技术领域，尤其涉及汽车U形梁腹面冲孔适配模具的方法。
背景技术：
我国汽车纵梁四主机腹面冲生产线起步较晚，从2007年我国第一台四主机腹面冲生产线研制至今，也只有五年的时间，目前腹面采用的适配模具的方法是固定分配冲孔区间的方法，即大主机冲第一段(段长由大主机到小主机之间的安装距离决定)、上半区(即I值大于板宽的一半)和圆的直径大于23mm的孔，小主机冲最后一段和下半区(即y值小于等于板宽的一半)；业内人士通常称为L形区间适配方式；存在的问题
I、冲孔效率低，由于同时冲的概率比较低，一般在60% — 85%,特别是对于某些U形梁上下半区孔的分布集中于一边时，同时冲的概率只有50%以下，导致冲孔效率低。2。冲孔精度比较差，有些组孔分布在上下两个半区，固定分配冲孔区间的方法需用两个主机冲组孔，一般误差在20 - 30丝，对角线的误差还要大一些。在纵梁的冲孔加工中，如何提高冲孔精度和冲孔效率是汽车纵梁数控冲孔生产线的研制追求的目标，随着汽车行业自主研发与技术创新的多品种高品质重型车的标准化和系列化，对车架的冲孔精度和效率的要求越来越高，现有的固定分配冲孔区间的适配模具的方法已经不能满足目前汽车行业对冲孔精度和效率的要求，为了提高冲孔精度和双主机同时冲的概率，提出了动态适配模具的思想和算法。所谓动态动态适配模具就是指在程序执行的过程中动态地分配或者改变适配的模具的方法。动态适配模具不象固定区间的适配模具方法那样需要预先分配区域，而是根据U形梁孔的位置和数量的多少由系统根据程序的需要即时分配，且分配的大小就是程序要求的大小。(I)现有技术加工时间分析一根U形梁的冲孔时间Tz为 Tz=IJfTx + 2f Td +^jTs ①
Znum = n+m+p X 2
Tx=max (Tl, T2)③
Td=max(T3, T4)④
Ts=max{max(tl, t2), max(t3, t4)} ⑤
其中Tx为小主机一次冲孔的时间，Σ|Τχ为小主机冲η个孔的时间之和
Td为大主机一次冲孔的时间，EfTd为大主机冲m个孔的时间之和
Ts为大小主机一次同时冲孔的时间，S=Ts为大小主机P个同时冲孔的时间之和； Znum:总孔数
Tl为小主机下冲时间，T2为到位时间(即纵梁沿X方向到达要冲孔的位置和小主机沿Y方向前后移动到达要冲孔的位置，这两个运行时间中较长的那一个时间，由于小主机X轴的速度60米/分，Y轴的速度40米/分，Z轴为小主机下冲，形成3轴联动，取三轴中最慢的作为小主机一次冲孔时间，一般情况下Y轴最慢。T 3为大主机下冲时间，T 4为到位时间(即纵梁沿X方向到达要冲孔的位置和大主机沿Y方向前后移动到达要冲孔的位置，这两个运行时间中较长的那一个时间，由于大主机X轴的速度4 O米/分，Y轴的速度3 O米/分，Z轴为大主机下冲，形成3轴联动，取三轴中最慢的作为大主机一次冲孔时间，一般情况下Y轴最慢。每个主机的冲孔时间除与功率、速度、气压有关外，具有下列的比例关系
权利要求
1.一种U型梁腹面冲孔适配模具的系统，其特征是它包括如下模块 数据定义模块数据定义模块定义模具库数组、冲压数组、优化数组、CAM层、模拟层以及公共变量，并把数组和公共变量传递给CAD图形读取模块、动态适配模具模块、优化模块、模拟仿真模块、NC程序创建模块，以实现每个模块对数据定义模块定义的数组和公共变量的调用； 参数设置模块参数设置模块读取设置窗体的参数，存放到数据定义模块定义的公共变量中，这些参数有程序号、梁长度、腹面宽度、厚度、X行程、Y行程并把这部分公共变量传递给动态适配模具模块、优化模块、模拟仿真模块、NC程序创建模块等各个功能模块； 模具库操作模块模具库操作模块读取外部模具库文件的数据，对每个模具以块的形式建立模具块图形并把每个模具的数据放入模具库数组，输出模具库数组至动态适配模具模块、优化模块、模拟仿真模块和NC程序创建模块，输出模具块图形至模具块图形调用模块、模具库回写模块和模拟仿真模块； CAD图形读取模块CAD图形读取模块读取U形梁图形库的所有图素，从中筛选出图素名称等于圆的实体，获取其中两个属性圆心和直径，并把圆心的坐标值X、圆心的坐标值Y和直径值D转换进数据定义模块定义的冲压数组中，并输出冲压数组的数据至动态适配模具丰吴块； 动态适配模具模块动态适配模具模块对从CAD图形读取模块输出的冲压数组中所有有效数据进行大主机和小主机分别预加一次模具处理，按照大、小主机预加模具的状态形成主从两个队列，各个队列按各自的X+模具偏置由小到大排序，形成主从两个有序队列；根据独冲孔和双配孔、两主机同时冲条件、梁参数及孔在梁的位置来确定预冲孔主机和预冲模具号；然后根据预冲孔主机和预冲模具号，调用该模具号对应的模具块的图形以块的形式回写到U形梁图形库由数据定义模块定义的CAM层中，供优化模块读取； 优化模块优化模块读取动态适配模具模块回写的图形数据库的CAM层的所有块的插入点的坐标值、模具号、插入点的坐标值加该模具的模具偏置放入由数据定义模块定义的优化数组,优化数组分成主从两个队列,大主机冲孔数据为主队列，小主机冲孔数据为从队列，各队列按X+模具偏置由小到大排序并输出排序完成的优化数组数据至NC程序创建模块和模拟仿真模块； 模拟仿真模块模拟仿真模块对优化模块输出的优化数组中的数据和进行冲点和冲孔路径显示并输出到图形数据库由数据定义模块定义的模拟层上； NC程序创建模块NC程序创建模块根据优化模块输出的排序主从两个有序队列的数据、分别从两个队列的头部取数据，从主队列的头部取一组数据把X+该模具的偏置赋给变量Pzl，再从从队列中取一组数据把X+该模具的偏置赋给变量Pz2，比较这两组数据中坐标值X+该模具的偏置的条件，X3xc为小主机沿X方向水平移动，移动距离为500mm ； 若满足同时冲条件Pz2-Pzl >= O且Pz2 - Pzl <= X3xc同时冲； Pzl> Pz2 小主机单冲； Pzl <= Pz2 大主机单冲； 形成三种基本冲孔方式语句小主机单冲、大主机单冲、两主机同时冲；主从两个队列的数组都判断完毕，输出形成NC程序。
2.根据权利要求I所述的一种U型梁腹面冲孔适配模具的系统，其特征是所述动态适配模具模块包括按X排序模块按X排序模块从CAD图形读取模块输出的冲压数组中获取数据，按圆心的X坐标由小到大进行排序并输出冲孔数组给大主机预配模具模块； 大主机预配模具模块大主机预配模具模块从CAD图形读取模块输出的冲压数组中获取圆心的X坐标、Y坐标、直径值与参数设置模块传递的公共变量梁长度、腹面宽度、厚度的关系决定选上下排模具的哪一排的哪个模具，把模具号放入冲孔数组的大主机测试模具号位，把X+模具偏置放入大主机测试模具号刀具偏置位，主要孔位的一组孔采用同一个模具适配，并输出冲孔数组给小主机预配模具模块； 小主机预配模具模块小主机预配模具模块从大主机预配模具模块输出的冲压数组中获取圆心的X坐标、Y坐标、直径值与参数设置模块传递的公共变量梁长度、腹面宽度、厚度的关系决定选上下排模具的哪一排的哪个模具，把模具号放入冲孔数组的小主机测试模具号位，把X+模具偏置放入小主机测试模具号刀具偏置位，主要孔位的一组孔采用同一个模具适配，并输出冲孔数组给大主机排序模块； 大主机排序模块大主机排序模块从小主机预配模具模块输出的冲压数组中获取数据，并按大主机测试模具号刀具偏置位对冲压数组由小到大排序并输出已排序冲压数组给单主机独冲处理模块； 单主机独冲处理模块单主机独冲处理模块从大主机排序模块输出的冲压数组中获取数据，判断只有一个大主机能加模具时，确定大主机为预冲孔主机，模具号位等于大主机预配模具号，X+模具偏置等于大主机测试模具号刀具偏置；只有一个小主机能加模具时，确定小主机为预冲孔主机，模具号位等于小主机预配模具号，X+模具偏置等于小主机测试模具号刀具偏置，并输出冲压数组至添加孔序号模块； 添加孔序号模块添加孔序号模块从单主机独冲处理模块输出的冲压数组中获取数据，添加孔序号到冲压数组的孔序号中，以便两个数组用统一的孔序号识别孔，把冲压数组拷贝为第二个冲压数组，并输出这两个冲压数组给小主机排序模块； 小主机排序模块小主机排序模块从添加孔序号模块输出的第二个冲压数组中获取数据，并按小主机测试模具号刀具偏置位对第二个冲压数组由小到大排序并输出已排序两个冲压数组到独冲主机与另一主机匹配同时冲模块； 独冲主机与另一主机匹配同时冲模块独冲主机与另一主机匹配同时冲模块从小主机排序模块输出的两个冲压数组中获取数据，在第一个冲压数组中判断只有一个大主机能加模具时，在第二个冲压数组中查找满足两主机同时冲条件的小主机能冲的孔，并标记同时冲；在第二个冲压数组中判断只有一个小主机能加模具时；在第一个冲压数组中查找满足两主机同时冲条件的大主机能冲的孔，并标记同时冲；并输出两冲压数组至双配孔预配同时冲模块； 双配孔预配同时冲模块双配孔预配同时冲模块从独冲主机与另一主机匹配同时冲模块输出的两冲压数组中获取数据，如果该孔有两个主机都能加模具，根据同时冲条件确定预冲孔主机，并标记同时冲，并输出两冲压数组至双配孔单冲处理模块； 双配孔单冲处理模块双配孔单冲处理模块从双配孔预配同时冲模块输出的两冲压数组中获取数据，判断该孔不满足同时冲条件，第一段大主机预单冲，其他小主机预单冲并输出两冲压数组至实际适配模具模块； 实际适配模具模块实际适配模具模块从双配孔单冲处理模块输出的冲压数组中获取数据，根据主机号位的数值在各个主机中先根据Y值确定上下排，再确定孔直径与模具库中相等的模具号，把模具号放入模具位，并输出冲压数组至模具块图形调用模块； 模具块图形调用模块模具块图形调用模块从实际适配模具模块输出的冲孔数组的模具位取得模具号，根据该模具号从模具库模块输出的模具块图形中获取其形状并输出模具块图形给模具块回写模块； 模具块回写模块模具块回写模块从模具块图形调用模块输出的模具块图形以块的方式把模具形状回写到U形梁图形库中CAM层上，块的插入点为该孔的中心并用红色显示；块名为模具号，供优化模块读取。
3.根据权利要求I所述的一种U型梁腹面冲孔适配模具的系统，其特征是所述NC程序创建模块还包括后面要冲的孔提前到位，其过程如下在某一个主机单冲时，另一个主机的要冲的孔的Y值提前到位。
4.一种U型梁腹面冲孔适配模具的方法，其特征是它包括如下步骤 数据定义步骤数据定义步骤定义模具库数组、冲压数组、优化数组、CAM层、模拟层以及公共变量，并把数组和公共变量传递给CAD图形读取步骤、动态适配模具步骤、优化步骤、模拟仿真步骤、NC程序创建步骤，以实现每个步骤对数据定义步骤定义的数组和公共变量的调用； 参数设置步骤参数设置步骤读取设置窗体的参数，存放到数据定义步骤定义的公共变量中，这些参数有程序号、梁长度、腹面宽度、厚度、X行程、Y行程并把这部分公共变量传递给动态适配模具步骤、优化步骤、模拟仿真步骤、NC程序创建步骤等各个功能步骤； 模具库操作步骤模具库操作步骤读取外部模具库文件的数据，对每个模具以块的形式建立模具块图形并把每个模具的数据放入模具库数组，输出模具库数组至动态适配模具步骤、优化步骤、模拟仿真步骤和NC程序创建步骤，输出模具块图形至模具块图形调用步骤、模具库回写步骤和模拟仿真步骤； CAD图形读取步骤CAD图形读取步骤读取U形梁图形库的所有图素，从中筛选出图素名称等于圆的实体，获取其中两个属性圆心和直径，并把圆心的坐标值X、圆心的坐标值Y和直径值D转换进数据定义步骤定义的冲压数组中，并输出冲压数组的数据至动态适配模具步骤； 动态适配模具步骤动态适配模具步骤对从CAD图形读取步骤输出的冲压数组中所有有效数据进行大主机和小主机分别预加一次模具处理，按照大、小主机预加模具的状态形成主从两个队列，各个队列按各自的X+模具偏置由小到大排序，形成主从两个有序队列；根据独冲孔和双配孔、两主机同时冲条件、梁参数及孔在梁的位置来确定预冲孔主机和预冲模具号；然后根据预冲孔主机和预冲模具号，调用该模具号对应的模具块的图形以块的形式回写到U形梁图形库由数据定义步骤定义的CAM层中，供优化步骤读取； 优化步骤优化步骤读取动态适配模具步骤回写的图形数据库的CAM层的所有块的插入点的坐标值、模具号、插入点的坐标值加该模具的模具偏置放入由数据定义步骤定义的优化数组,优化数组分成主从两个队列,大主机冲孔数据为主队列，小主机冲孔数据为从队列，各队列按X+模具偏置由小到大排序并输出排序完成的优化数组数据至NC程序创建步骤和模拟仿真步骤； 模拟仿真步骤模拟仿真步骤对优化步骤输出的优化数组中的数据和进行冲点和冲孔路径显示并输出到图形数据库由数据定义步骤定义的模拟层上； NC程序创建步骤NC程序创建步骤根据优化步骤输出的排序主从两个有序队列的数据、分别从两个队列的头部取数据，从主队列的头部取一组数据把X+该模具的偏置赋给变量Pzl，再从从队列中取一组数据把X+该模具的偏置赋给变量Pz2，比较这两组数据中坐标值X+该模具的偏置的条件，X3xc为小主机沿X方向水平移动，移动距离为500mm ； 若满足同时冲条件Pz2-Pzl >= O且Pz2 - Pzl <= X3xc同时冲； Pzl> Pz2 小主机单冲； Pzl <= Pz2 大主机单冲； 形成三种基本冲孔方式语句小主机单冲、大主机单冲、两主机同时冲；主从两个队列的数组都判断完毕，输出形成NC程序。
5.根据权利要求4所述的一种U型梁腹面冲孔适配模具的方法，其特征是所述动态适配模具步骤包括 按X排序步骤按X排序步骤从CAD图形读取步骤输出的冲压数组中获取数据，按圆心的X坐标由小到大进行排序并输出冲孔数组给大主机预配模具步骤； 大主机预配模具步骤大主机预配模具步骤从CAD图形读取步骤输出的冲压数组中获取圆心的X坐标、Y坐标、直径值与参数设置步骤传递的公共变量梁长度、腹面宽度、厚度的关系决定选上下排模具的哪一排的哪个模具，把模具号放入冲孔数组的大主机测试模具号位，把X+模具偏置放入大主机测试模具号刀具偏置位，主要孔位的一组孔采用同一个模具适配，并输出冲孔数组给小主机预配模具步骤； 小主机预配模具步骤小主机预配模具步骤从大主机预配模具步骤输出的冲压数组中获取圆心的X坐标、Y坐标、直径值与参数设置步骤传递的公共变量梁长度、腹面宽度、厚度的关系决定选上下排模具的哪一排的哪个模具，把模具号放入冲孔数组的小主机测试模具号位，把X+模具偏置放入小主机测试模具号刀具偏置位，主要孔位的一组孔采用同一个模具适配，并输出冲孔数组给大主机排序步骤； 大主机排序步骤大主机排序步骤从小主机预配模具步骤输出的冲压数组中获取数据，并按大主机测试模具号刀具偏置位对冲压数组由小到大排序并输出已排序冲压数组给单主机独冲处理步骤； 单主机独冲处理步骤单主机独冲处理步骤从大主机排序步骤输出的冲压数组中获取数据，判断只有一个大主机能加模具时，确定大主机为预冲孔主机，模具号位等于大主机预配模具号，X+模具偏置等于大主机测试模具号刀具偏置；只有一个小主机能加模具时，确定小主机为预冲孔主机，模具号位等于小主机预配模具号，X+模具偏置等于小主机测试模具号刀具偏置，并输出冲压数组至添加孔序号步骤； 添加孔序号步骤添加孔序号步骤从单主机独冲处理步骤输出的冲压数组中获取数据，添加孔序号到冲压数组的孔序号中，以便两个数组用统一的孔序号识别孔，把冲压数组拷贝为第二个冲压数组，并输出这两个冲压数组给小主机排序步骤； 小主机排序步骤小主机排序步骤从添加孔序号步骤输出的第二个冲压数组中获取数据，并按小主机测试模具号刀具偏置位对第二个冲压数组由小到大排序并输出已排序两个冲压数组到独冲主机与另一主机匹配同时冲步骤； 独冲主机与另一主机匹配同时冲步骤独冲主机与另一主机匹配同时冲步骤从小主机排序步骤输出的两个冲压数组中获取数据，在第一个冲压数组中判断只有一个大主机能加模具时，在第二个冲压数组中查找满足两主机同时冲条件的小主机能冲的孔，并标记同时冲；在第二个冲压数组中判断只有一个小主机能加模具时；在第一个冲压数组中查找满足两主机同时冲条件的大主机能冲的孔，并标记同时冲；并输出两冲压数组至双配孔预配同时冲步骤； 双配孔预配同时冲步骤双配孔预配同时冲步骤从独冲主机与另一主机匹配同时冲步骤输出的两冲压数组中获取数据，如果该孔有两个主机都能加模具，根据同时冲条件确定预冲孔主机，并标记同时冲，并输出两冲压数组至双配孔单冲处理步骤； 双配孔单冲处理步骤双配孔单冲处理步骤从双配孔预配同时冲步骤输出的两冲压数组中获取数据，判断该孔不满足同时冲条件，第一段大主机预单冲，其他小主机预单冲并输出两冲压数组至实际适配模具步骤； 实际适配模具步骤实际适配模具步骤从双配孔单冲处理步骤输出的冲压数组中获取数据，根据主机号位的数值在各个主机中先根据Y值确定上下排，再确定孔直径与模具库中相等的模具号，把模具号放入模具位，并输出冲压数组至模具块图形调用步骤； 模具块图形调用步骤模具块图形调用步骤从实际适配模具步骤输出的冲孔数组的模具位取得模具号，根据该模具号从模具库步骤输出的模具块图形中获取其形状并输出模具块图形给模具块回写步骤； 模具块回写步骤模具块回写步骤从模具块图形调用步骤输出的模具块图形以块的方式把模具形状回写到U形梁图形库中CAM层上，块的插入点为该孔的中心并用红色显示；块名为模具号，供优化步骤读取。
6.根据权利要求4所述的一种U型梁腹面冲孔适配模具的方法，其特征是所述NC程序创建步骤还包括后面要冲的孔提前到位，其过程如下在某一个主机单冲时，另一个主机的要冲的孔的Y值提前到位。
全文摘要
一种U型梁腹面冲孔适配模具的系统和方法，其特征是它包括如下模块数据定义模块；参数设置模块；模具库操作模块；CAD图形读取模块；动态适配模具模块动态适配模具模块对从CAD图形读取模块输出的冲压数组中所有有效数据进行大主机和小主机分别预加一次模具处理，按照大、小主机预加模具的状态形成主从两个队列，各个队列按各自的X+模具偏置由小到大排序，形成主从两个有序队列；根据独冲孔和双配孔、两主机同时冲条件、梁参数及孔在梁的位置来确定预冲孔主机和预冲模具号；然后根据预冲孔主机和预冲模具号，调用该模具号对应的模具块的图形以块的形式回写到U形梁图形库由数据定义模块定义的CAM层中，供优化模块读取；优化模块；模拟仿真模块；NC程序创建模块。
文档编号B21D28/24GK102830655SQ20121030625
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者韩学军, 刘振堂, 赵加蓉, 李永刚, 顾波 申请人:济南铸造锻压机械研究所有限公司