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汽車模具三維設(shè)計(jì)技術(shù)的研究與應(yīng)用

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)模具生產(chǎn)要求短周期、精度高、成本低。對(duì)模具設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)、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(jì)發(fā)展到三維設(shè)計(jì)。我國大部分企業(yè)還停留在二維設(shè)計(jì)的水平。因而，我國模具行業(yè)從二維設(shè)計(jì)平臺(tái)向三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的提升是十分迫切的。

三維實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：能夠直觀反映設(shè)計(jì)的真實(shí)狀態(tài)，通過運(yùn)動(dòng)模擬、干涉檢查等數(shù)字化分析手段，在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)提供了可參考的模型；而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫使模具設(shè)計(jì)更加靈活、智能。資源庫與知識(shí)工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)庫，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。與3D-DL圖技術(shù)、實(shí)體泡沫加工技術(shù)的結(jié)合，達(dá)到真正意義上的三維實(shí)體設(shè)計(jì)。并以此為契機(jī)，帶動(dòng)整個(gè)模具生命周期的技術(shù)提升。實(shí)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(dòng)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(shí)工程與知識(shí)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(shí)體設(shè)計(jì)提供了豐富的資源：

◆ 標(biāo)準(zhǔn)件庫

現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)的高度集成化，要求零件模型在設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)中具有統(tǒng)一性，對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。

軟件，在管理標(biāo)準(zhǔn)件方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，Catalog Editor（目錄編輯器）是專門對(duì)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：

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。

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。

使用Catalog Editor模塊對(duì)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(dòng)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：

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(gè)組，每個(gè)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(dòng)一次定位，非常方便。

（帶布爾運(yùn)算的標(biāo)準(zhǔn)件）

（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(shí)自動(dòng)與指定特征做布爾運(yùn)算。

很多標(biāo)準(zhǔn)件的安裝臺(tái)，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(dòng)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(shí)，與其相對(duì)應(yīng)的鑄件部分也一并生成。

及UDF（局部標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）

和User Defined Features（UDF） 是CATIA V5的一種特征定義工具。通過它，設(shè)計(jì)者可以把一些在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的特征用戶化。通過調(diào)用對(duì)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(shí)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(tái)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(zhǎng)”在模具主體結(jié)構(gòu)上的。插入時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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。

和User Defined Features（UDF）可以使結(jié)構(gòu)建模簡(jiǎn)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(dòng)。

◆ 沖壓設(shè)備庫

沖壓設(shè)備庫的建立改變了模具設(shè)計(jì)中反復(fù)核對(duì)沖壓設(shè)備的狀況。設(shè)計(jì)者直接在沖壓設(shè)備的模型上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)模具的大小、平衡性等都有了直觀的反映。在設(shè)計(jì)壓板槽、托桿時(shí)，可直接利用壓床模型進(jìn)行空間布置。另外，這些沖壓設(shè)備還可以加入到模具的運(yùn)動(dòng)模擬分析中，使運(yùn)動(dòng)分析更加真實(shí)。

◆ 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫是在CATIAV5環(huán)境下基于知識(shí)的智能化設(shè)計(jì)資源庫，是知識(shí)工程與模具通用結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合。首先要依據(jù)原始信息建立模具的實(shí)體模型；然后結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則建立模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)知識(shí)集；最后，通過各種知識(shí)推理方法實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。以單動(dòng)拉延�；�礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的建立為例，首先可根據(jù)模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立拉延�；�礎(chǔ)構(gòu)架模型、定義驅(qū)動(dòng)參數(shù)。這個(gè)模型越具有通用性、代表性越好。在建立的時(shí)候也要充分考慮與知識(shí)規(guī)則的關(guān)聯(lián)。然后將拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在 CATIA中形成規(guī)則，并建立驅(qū)動(dòng)參數(shù)與規(guī)則的連接關(guān)系。最后再加入IF-THEN形式的推理結(jié)構(gòu)就可以了。在拉延模的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者只需要控制幾個(gè)基本的特征參數(shù)，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)事先輸入到計(jì)算機(jī)中的結(jié)構(gòu)規(guī)則，自動(dòng)提供出合理的結(jié)構(gòu)方案；基于知識(shí)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的建立，形成了模具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)模板。確保了知識(shí)的積累和重用。

◆ 知識(shí)資源庫小結(jié)

標(biāo)準(zhǔn)件庫為設(shè)計(jì)提供了大量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(jì)提供了切實(shí)的可參考的模型；而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫使模具設(shè)計(jì)更加智能。資源庫與知識(shí)工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)資源庫，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

基于設(shè)計(jì)思路的三維實(shí)體設(shè)計(jì)

模具的實(shí)體設(shè)計(jì)過程是設(shè)計(jì)思維的過程。與普通的實(shí)體造型在思維方式上是截然不同的。單純的實(shí)體造型，往往是在有參考實(shí)物或參考圖紙的情況下進(jìn)行的。制圖員可以根據(jù)實(shí)物或圖紙直接量取特征尺寸，一次將特征畫對(duì)。而不存在設(shè)計(jì)中更改的問題，也談不上構(gòu)建流程。而真正的模具結(jié)構(gòu)實(shí)體設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在設(shè)計(jì)而非實(shí)體造型。設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造的過程，模具的每一個(gè)尺寸、每一個(gè)結(jié)構(gòu)都需要設(shè)計(jì)員自己確定，而且設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)的過程，每一個(gè)設(shè)計(jì)都需要反復(fù)論證、反復(fù)更改，才能取得較合理的結(jié)果。

模具的設(shè)計(jì)過程包括模具設(shè)計(jì)構(gòu)想、模具設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)評(píng)審、校對(duì)及出圖四個(gè)過程。在整個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)過程中，始終圍繞著兩個(gè)問題：

） 如何將現(xiàn)有的知識(shí)資源在設(shè)計(jì)中有效利用，與設(shè)計(jì)員的設(shè)計(jì)思維相統(tǒng)一。

） 產(chǎn)品數(shù)模的修改信息是否能及時(shí)傳遞，模具結(jié)構(gòu)修改是否方便。