汽車模具的三維CAD技術(shù)研究報告及應(yīng)用

-.z三維實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于：能夠直觀反映設(shè)計(jì)的真實(shí)狀態(tài)，通過運(yùn)動模擬、干預(yù)檢查等數(shù)字化分析手段，在設(shè)計(jì)階段就能防止以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問題。標(biāo)準(zhǔn)件庫可為模具構(gòu)造設(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、典型構(gòu)造庫為構(gòu)造設(shè)計(jì)提供了可參考的模型;而根底構(gòu)造庫使模具設(shè)計(jì)更加靈活、智能。資源庫與知識工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具構(gòu)造設(shè)計(jì)的知識庫，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的根底。與3D-DL圖技術(shù)、實(shí)體泡沫加工技術(shù)的結(jié)合，到達(dá)真正意義上的三維實(shí)體設(shè)計(jì)。并以此為契機(jī)，帶動整個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、典型構(gòu)造庫及根底構(gòu)造庫四局部內(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(shí)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，CatalogEditor(目錄編輯器)是專門對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)展分類、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根本元素，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CatalogEditor模塊對成系列的特征文件進(jìn)展分類、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)展標(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CatalogBrowser(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.Userponent(帶布爾運(yùn)算的標(biāo)準(zhǔn)件)Userponent(用戶組合)是區(qū)別于CatalogBrowser(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)展布爾運(yùn)算功能，使其能在用Userponent命令插入裝配的同時，與其相對應(yīng)的鑄件局部也一并生成。3.PowerCopy及UDF(局部標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造)PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)是CATIAV5的一種特征定義工具。通過它，設(shè)計(jì)者可以把一些在構(gòu)造設(shè)計(jì)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(shí)體模型。利用Powercopy制作的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造主要應(yīng)用于鑄件局部，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〞在模具主體構(gòu)造上的。插入時需要指定一些定位元素及參數(shù)，并以布爾運(yùn)算的形式直接參加到實(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，是被封裝成一個特征顯示在構(gòu)造樹中的，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。PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)可以使構(gòu)造建模簡單化、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。◆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)展構(gòu)造設(shè)計(jì)，對模具的大小、平衡性等都有了直觀的反映。在設(shè)計(jì)壓板槽、托桿時，可直接利用壓床模型進(jìn)展空間布置。另外，這些沖壓設(shè)備還可以參加到模具的運(yùn)動模擬分析中，使運(yùn)動分析更加真實(shí)。◆根底構(gòu)造庫根底構(gòu)造庫是在CATIAV5環(huán)境下基于知識的智能化設(shè)計(jì)資源庫，是知識工程與模具通用構(gòu)造的有機(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)歷和規(guī)則建立模具構(gòu)造的設(shè)計(jì)知識集;最后，通過各種知識推理方法實(shí)現(xiàn)模具構(gòu)造自動化設(shè)計(jì)。以單動拉延模根底構(gòu)造的建立為例，首先可根據(jù)模具構(gòu)造特點(diǎn)建立拉延模根底構(gòu)架模型、定義驅(qū)動參數(shù)。這個模型越具有通用性、代表性越好。在建立的時候也要充分考慮與知識規(guī)則的關(guān)聯(lián)。然后將拉延模構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在CATIA中形成規(guī)則，并建立驅(qū)動參數(shù)與規(guī)則的連接關(guān)系。最后再參加IF-THEN形式的推理構(gòu)造就可以了。在拉延模的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者只需要控制幾個根本的特征參數(shù)，系統(tǒng)將會根據(jù)事先輸入到計(jì)算機(jī)中的構(gòu)造規(guī)則，自動提供出合理的構(gòu)造方案;基于知識的根底構(gòu)造庫的建立，形成了模具構(gòu)造的根底模板。確保了知識的積累和重用?！糁R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、典型構(gòu)造庫為構(gòu)造設(shè)計(jì)提供了切實(shí)的可參考的模型;而根底構(gòu)造庫使模具設(shè)計(jì)更加智能。資源庫與知識工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具構(gòu)造設(shè)計(jì)的知識資源庫，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)根底?；谠O(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)展的。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。而不存在設(shè)計(jì)中更改的問題，也談不上構(gòu)建流程。而真正的模具構(gòu)造實(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)是一個創(chuàng)造的過程，模具的每一個尺寸、每一個構(gòu)造都需要設(shè)計(jì)員自己確定，而且設(shè)計(jì)是一個反復(fù)的過程，每一個設(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)設(shè)想、模具設(shè)計(jì)、模具構(gòu)造評審、校對及出圖四個過程。在整個實(shí)體設(shè)計(jì)過程中，始終圍繞著兩個問題：1)如何將現(xiàn)有的知識資源在設(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。2)產(chǎn)品數(shù)模的修改信息是否能及時傳遞，模具構(gòu)造修改是否方便。以上兩點(diǎn)，將直接影響到模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。為此，我們提出：基于設(shè)計(jì)思路的關(guān)聯(lián)建模理念，以下面四局部內(nèi)容為根底?！魳?gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)化模具構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化思想是貫穿整個建模理念的根底。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)造，使模具設(shè)計(jì)過程變成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造的壘積過程。將各個組成局部參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。然后通過布爾運(yùn)算相加到一起。最后形成一個完整的設(shè)計(jì)。但是由于模具產(chǎn)品本身的單件小批量的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中只能盡量考慮應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造，完全實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造的壘積組合的可能性是很小的。在模具設(shè)計(jì)設(shè)想階段，典型構(gòu)造庫為設(shè)計(jì)者提供了大量可參考的典型構(gòu)造。這些構(gòu)造有賴于以往設(shè)計(jì)資源的積累，雖然它們是為了特定的模具設(shè)計(jì)的，但是為以后的設(shè)計(jì)提供了思路和參考?！艋谥R資源庫的根底構(gòu)造在模具設(shè)計(jì)的開場階段，設(shè)計(jì)員開場勾畫模具的整體構(gòu)造。這時，各種模具構(gòu)架在設(shè)計(jì)員的腦中變化，這些思維往往是一閃而過，不能直觀的反映出來?；谥R的根底構(gòu)造庫，可以靈活的根據(jù)設(shè)計(jì)員的思路，按照事先輸入好的構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)變化。設(shè)計(jì)員可直觀地看到這些參數(shù)調(diào)整過程中模具構(gòu)造發(fā)生的變化。這些功能對于模具初期的設(shè)計(jì)是非常有效的。首先可根據(jù)模具構(gòu)造特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)母讟?gòu)架模板，設(shè)計(jì)者只需要控制幾個根本的特征參數(shù)，系統(tǒng)將會根據(jù)事先輸入到計(jì)算機(jī)中的構(gòu)造規(guī)則、校核規(guī)則，自動提供出合理的構(gòu)造方案。另外，模具設(shè)計(jì)雖然具有單件小批量生產(chǎn)特點(diǎn)，每一套模具都不一樣。但是，在同一個工程中客戶往往對同一類模具有統(tǒng)一的技術(shù)要求，很多模具有著相似的構(gòu)造。我們把這些相似的構(gòu)造根據(jù)客戶的技術(shù)要求參數(shù)化、規(guī)則化，形成針對工程的根底構(gòu)造庫。既滿足了客戶的技術(shù)要求，又提高了設(shè)計(jì)效率?！艋陉P(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)CATIA的關(guān)聯(lián)功能，能夠使零件之間的相互引用變得更加可靠。當(dāng)零件乙引用了另外一個零件甲上的*些特征元素(例如，一個面或一條線)，假設(shè)開啟關(guān)聯(lián)功能，零件甲發(fā)生改變時，則零件乙中引用的那個元素也會同時更新。這種關(guān)聯(lián)功能保證了引用元素的同步性。使引用變得更為可靠。另外還有一種高級的關(guān)聯(lián)功能——Publication。使用Publication建立的關(guān)聯(lián)，僅識別Publication元素，而不強(qiáng)調(diào)是哪一個零件對象，這種Publication更為靈活，應(yīng)用也更為廣泛。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)流程為直線式流程，即DL圖設(shè)計(jì)完畢后進(jìn)展模具構(gòu)造設(shè)計(jì)。而采用Publication的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，就可以在DL圖草稿設(shè)計(jì)階段，用臨時的DL草稿進(jìn)展模具構(gòu)造的初步設(shè)計(jì)。待DL圖正式圖完成后，將臨時的曲面更新成正式的DL圖曲面，繼續(xù)進(jìn)展構(gòu)造的完善工作。采用這種設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)了兩個設(shè)計(jì)階段的并行，不必壓縮DL圖和構(gòu)造設(shè)計(jì)時間，卻能有效的縮短整個模具設(shè)計(jì)周期。在模具構(gòu)造設(shè)計(jì)中，我們把影響模具構(gòu)造的最重要的根本元素(如草圖、軸線、參數(shù)等)發(fā)布(Publication)出來。整個模具構(gòu)造以此為引用主干，依次延伸設(shè)計(jì)。假設(shè)模具構(gòu)造需要調(diào)整，只需要修改這些根本元素，就可以到達(dá)牽一點(diǎn)而動全身的目的。采用這種關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方式，即明確了設(shè)計(jì)思路，又為實(shí)現(xiàn)模具的快速修改，提供了很好的解決方式。另外在模具設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品數(shù)模的反復(fù)修改經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作反復(fù)。采用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)后，構(gòu)造設(shè)計(jì)員根本不用理會產(chǎn)品數(shù)模小范圍的更改，CATIA的關(guān)聯(lián)更新會自動進(jìn)展。只有在產(chǎn)品數(shù)模變化較大的情況下，才需要設(shè)計(jì)員干預(yù)?！舾黝悩?biāo)準(zhǔn)件的靈活使用在構(gòu)造細(xì)化的過程中，POWERCOPY類型標(biāo)準(zhǔn)件提供了鑄件本體的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造。能夠自動布爾運(yùn)算的Userponent標(biāo)準(zhǔn)件，由于安裝臺和標(biāo)準(zhǔn)件是在一個PART零件中，安裝臺會隨零件的移動而移動，更改十分方便。普通標(biāo)準(zhǔn)件操作簡單，使用方便。上述的內(nèi)容覆蓋了模具設(shè)計(jì)從設(shè)想到細(xì)化的整個過程，在每一個設(shè)計(jì)階段，都有相應(yīng)的資源、知識作為支持。以構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化為主導(dǎo)思想，運(yùn)用參數(shù)化、智能化知識庫，及和合理的布爾運(yùn)算手段，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)思維與知識資源的有機(jī)結(jié)合，快速的將設(shè)計(jì)思維具體化。這些資源的靈活運(yùn)用，無論是設(shè)計(jì)前期的設(shè)想，還是后期的構(gòu)造修改都提供了良好的操作環(huán)境，真正意義上提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。數(shù)字化分析手段采用截面檢查、干預(yù)檢查、相對運(yùn)動干預(yù)檢查、運(yùn)動模擬等分析手段，真實(shí)的反映模具的實(shí)際工作狀態(tài)，保證了設(shè)計(jì)的可靠性?！艚孛鏅z查CATIA空間分析模塊，提供了多種截面檢查模式?？捎糜跈z查模具構(gòu)造，審核模具設(shè)計(jì)是否合理等。另外，對設(shè)計(jì)員了解模具的內(nèi)部構(gòu)造、檢查模具構(gòu)造強(qiáng)度也有很大幫助?！舾深A(yù)檢查CATIA空間分析模塊提供了干預(yù)檢查、接觸檢查、最小距離檢查等多種分析模式。能夠有效的分析裝配體中兩個或多個零件的空間相對關(guān)系，并且計(jì)算出具體數(shù)值，生成空間分析結(jié)果報表。◆運(yùn)動模擬CATIA-DMU電子樣機(jī)運(yùn)動仿真模塊，可使設(shè)計(jì)者通過仿真模擬，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀況?；诹慵g的約束關(guān)系，建立