模具的模块化设计初探

1、 模具的模块化设计初探摘 要：传统的摸具设计工艺复杂、开发周期长。缩短设计周期并提高设计质量，是缩短整个模具开发周期的关键之一，也是提高模具质量、降低设计成本、增强企业竞争力的有效途径。作者通过“摸具的模块化设计”方法，实现了缩短整个模具开发周期的目标。关键词：摸具；模块化；前 言缩短设计周期并提高设计质量是缩短整个模具开发周期的关键之一。模块化设计就是利用产品零部件在结构及功能上的相似性，而实现产品的标准化与组合化。大量实践表明，模块化设计能有效减少产品设计时间并提高设计质量。因此本文探索在模具设计中运用模块化设计方法。 1.模具模块化设计的特点 模具的零部件在结构或功能上具有一定的相似性，

2、因而有采用模块化设计方法的条件，但目前模具设计中应用模块化设计方法的研究报道还很少见。与其它种类的机械产品相比，模具的模块化有几项明显特点。1.1模具零件的空间交错问题 模具的线条在三维空间上相互交错，难于保证模块组合后不发生空间干涉；模块划分难于清晰进行。 笔者采取以下办法来克服这个问题：（1）利用Pro/E（或UGII等三维软件）的虚拟装配功能检测干涉；（2）按功能与结构划分相结合。模块划分就是部件划分并抽取共性过程。空间上离散或结构变化大的部件则按功能划分，设计出所谓的功能模块；结构相对独立的部件按结构进行划分，设计出所谓的结构模块。而在这样划分并进行相应的程序开发后，结构模块的结构可由

3、结构参数为主，功能参数为辅简单求得；而对于功能模块，可由功能参数为主，结构参数为辅出发进行推理，在多种多样的结构形式中做出抉择。 1.2  凸凹模具及某些零部件外形无法预见 某些模具零件（如凸凹模具）的形状和尺寸由产品决定因而无法在模块设计时预见到，所以只能按常见形状设计模块（如圆柱形或立方体的冲头）,某些模具零件（如冲压模的工件定位零件）虽然互相配合执行某一功能，但它们的空间布置难寻规律与共性，因此即使按功能划分也不能产生模块。 笔者认为，模块化是部件的标准化，而零件标准化可视为零件的模块化。两个级别上的标准化是互相配合的。因此，要开发零件库并纳入模块库，以弥补模块覆盖不全的缺憾。

4、当零件必须逐个构造时，一个齐全的便于使用的零件库对提高效率很有帮助。 1.3 模具类型与结构变化多 模具可有不同的工序性质，如下料、冲孔等；有不同的组合方式，如简单模、连续模等；还有不同的结构形式，种类极其繁多。因此，必须找到适当途径，使较少的模块能组合出多种多样模具。 为此，笔者提出了以下方法：（1）在Pro/E（或UGII等三维软件）的参数化设计功能及用户自定义特征功能的基础上进行二次开发，使模块具有较大“可塑性”，可根据不同的输入参数产生较大的结构变化；（2）分层次设计模块。用户可调用任一层次上的模块，达到了灵活与效率两个目标。使用小模块有灵活多变的优点，但效率低，使用大模块则相反。 2

5、. 模具模块化设计的实施 为了实施模块化设计，并证明以上方法的可行性，笔者基于Pro/E二次开发，开发出一套模具模块化CAD系统。系统分两大部分：模块库与模块库管理系统。2.1 模块库的建立模块库的建立有三个步骤：模块划分、构造特征模型和用户自定义特征的生成。标准零件是模块的特例，存在于模块库中。标准零件的定义只需进行后两步骤。模块划分:是模块化设计的第一步。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本 。每一类产品的模块划分都必须经过技术调研并反复论证才能得出划分结果。对于模具而言，功能模块与结构模块是互相包容的。结构模块在局部范围内可有较大的结构变化，因而它可以包含功能模块；而功

6、能模块的局部结构可能较固定，因而它可以包含结构模块。 模块设计完成后，在Pro/E的零件/装配（Part/Assembly）空间中手工建构所需模块的特征模型，运用Pro/E的用户自定义特征功能，定义模块的两项可变参数：可变尺寸与装配关系，形成用户自定义特征(User-Defined Features，UDFs)。生成用户自定义特征文件（以gph为后缀的文件）后按分组技术取名存储，即完成模块库的建立。 2.2 模块库管理系统开发 系统通过两次推理，结构选择推理与模块的自动建模，实现模块的确定。第一次推理得到模块的大致结构，第二次推理最终确定模块的所有参数。通过这种途径实现模块“可塑性”目标。在结

7、构选择推理中，系统接受用户输入的模块名称、模块的功能参数和结构参数，进行推理，在模块库中求得适用模块的名称。如果不满意该结果，用户可指定模块名称。在这一步所得到的模块仍是不确定的，它缺少尺寸参数、精度、材料特征及装配关系的定义。在自动建模推理中，系统利用输入的尺寸参数、精度特征、材料特征与装配关系定义，驱动用户自定义特征模型，动态地、自动地将模块特征模型构造出来并自动装配。自动建模函数运用C语言与Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT开发而成。UDFs的生成方法及参数驱动实现自动建模的程序。通过模块的调用可迅速完成模具设计。这个系统应用后模具设计周期明显缩短。由于在模块设计时认真考虑了模块的质量，因而对模具的质量起基础保证作用。模块库中存放的是相互独立的UDFs文件，因此本系统具有可扩充性。3.总结 由于采取了上述措施，模具从设计到验收（按可比工作量计算），开发周期比以前缩短了约1/4，而且模具质量和成本都有所改善，明显增强企业竞争力。参考文献 1张林宣，童秉枢，王春河等，一种实用的综合集成DFA系统的研究， J清华大学学报（自然科学版），1998，38（11）：2 69-72王知衍译，面向制造与装配