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cyqdesign

2007-05-16 13:11

汽車模具三維設(shè)計技術(shù)的研究與應(yīng)用

作者：一汽模具李悅付昕亮李宏偉

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對模具生產(chǎn)要求短周期、精度高、成本低。對模具設(shè)計的周期、質(zhì)量有了越來越苛刻的要求。自20世紀(jì)80年代以來，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）已得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了快速的發(fā)展，在模具設(shè)計、制造中也顯示了巨大的優(yōu)越性。目前，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具企業(yè)應(yīng)用CAD技術(shù)已經(jīng)從二維設(shè)計發(fā)展到三維設(shè)計。我國大部分企業(yè)還停留在二維設(shè)計的水平。因而，我國模具行業(yè)從二維設(shè)計平臺向三維設(shè)計平臺的提升是十分迫切的。

三維實體設(shè)計的優(yōu)勢在于：能夠直觀反映設(shè)計的真實狀態(tài)，通過運(yùn)動模擬、干涉檢查等數(shù)字化分析手段，在設(shè)計階段就能避免以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問題。標(biāo)準(zhǔn)件庫可為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可以直接裝配的參數(shù)化、系列化的零件；沖壓設(shè)備庫、典型結(jié)構(gòu)庫為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了可參考的模型；而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫使模具設(shè)計更加靈活、智能。資源庫與知識工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的知識庫，成為三維實體設(shè)計的基礎(chǔ)。與3D-DL圖技術(shù)、實體泡沫加工技術(shù)的結(jié)合，達(dá)到真正意義上的三維實體設(shè)計。并以此為契機(jī)，帶動整個模具生命周期的技術(shù)提升。實現(xiàn)模具制造的CAE/CAD/CAM一體化，使模具生產(chǎn)越來越依賴于高科技手段，最大限度地降低人工勞動的強(qiáng)度，提高模具的制造精度，縮短模具生產(chǎn)周期。

資源庫、知識工程與知識資源庫

資源庫包括：標(biāo)準(zhǔn)件庫、沖壓設(shè)備庫、典型結(jié)構(gòu)庫及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫四部分內(nèi)容。它為實體設(shè)計提供了豐富的資源：

◆ 標(biāo)準(zhǔn)件庫

現(xiàn)代模具設(shè)計的高度集成化，要求零件模型在設(shè)計制造的各個環(huán)節(jié)中具有統(tǒng)一性，對于大量具有系列的，由參數(shù)確定的標(biāo)準(zhǔn)件，希望在標(biāo)準(zhǔn)件庫中引用時只需選擇零件規(guī)格參數(shù)，就可以得到正確的標(biāo)準(zhǔn)件。而不需要一一重新建模，也就是實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動。

CATIA軟件，在管理標(biāo)準(zhǔn)件方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，Catalog Editor（目錄編輯器）是專門對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行分類、管理、使用的工具。

三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的總體建立過程如下：

1) 歸納出共有的形狀模式作為建庫的基本元素，建立參數(shù)化特征。
2) 將規(guī)格數(shù)表聯(lián)結(jié)到參數(shù)特征文件。使特征參數(shù)能夠依照制定的系列變化。
3) 使用Catalog Editor模塊對成系列的特征文件進(jìn)行分類、管理。

根據(jù)模具標(biāo)準(zhǔn)件的類型，可將標(biāo)準(zhǔn)件分為：安裝連接、導(dǎo)向、起重、限位、成翻裝置、定位、壓退料裝置、進(jìn)出料裝置、側(cè)沖裝置、沖切、彈性元件、氣動元件12類標(biāo)準(zhǔn)件。

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)件功能及使用特點(diǎn)，可以分為以下三類：

1. 普通標(biāo)準(zhǔn)件

多標(biāo)準(zhǔn)，成系列是它的主要特點(diǎn)。應(yīng)用Catalog進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的管理，使查找和應(yīng)用更加方便、快捷。Catalog將大量成系列的標(biāo)準(zhǔn)件，按類型，分成了多個組，每個組下面又逐步細(xì)化。使龐大的標(biāo)準(zhǔn)件庫變得清晰且有條理。使用Catalog Browser（目錄瀏覽器）選擇規(guī)格，插入到模具裝配中后，可用快速移動一次定位，非常方便。

2. User Component（帶布爾運(yùn)算的標(biāo)準(zhǔn)件）

User Component（用戶組合）是區(qū)別于Catalog Browser（目錄瀏覽器）的另一種標(biāo)準(zhǔn)件插入方式。它能將用戶事先定義好的特征，在插入標(biāo)準(zhǔn)件的同時自動與指定特征做布爾運(yùn)算。

很多標(biāo)準(zhǔn)件的安裝臺，是隨其規(guī)格的變化而變化的。把標(biāo)準(zhǔn)件做成帶有自動進(jìn)行布爾運(yùn)算功能，使其能在用User Component命令插入裝配的同時，與其相對應(yīng)的鑄件部分也一并生成。如圖1所示。

圖1 User Component的插入界面

3. Power Copy及UDF（局部標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）

Power Copy和User Defined Features(UDF) 是CATIA V5的一種特征定義工具。通過它，設(shè)計者可以把一些在結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常使用的特征用戶化。通過調(diào)用對應(yīng)的特征文件，并設(shè)置相應(yīng)的條件和調(diào)節(jié)參數(shù)就可以生成三維實體模型。

利用Powercopy制作的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于鑄件部分，如起重臂、壓板臺等。同普通標(biāo)準(zhǔn)件一樣，他們也是成系列變化的。不同的是它們是“長”在模具主體結(jié)構(gòu)上的。插入時需要指定一些定位元素及參數(shù)，并以布爾運(yùn)算的形式直接加入到實體中。這樣特征的修改和刪除都是十分方便的。

用UDF定義的用戶特征，是被封裝成一個特征顯示在結(jié)構(gòu)樹中的，減小了特征占用空間。而且UFD特征，可以被作為加工特征識別，這一特點(diǎn)，為之后的數(shù)控編程過程，提供了很大的方便。

Power Copy和User Defined Features(UDF)可以使結(jié)構(gòu)建模簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化。提高了建模效率及準(zhǔn)確程度，減少重復(fù)勞動。