汽车模具的三维CAD技术研究报告及应用

-.z三维实体设计的优势在于：能够直观反映设计的真实状态，通过运动模拟、干预检查等数字化分析手段，在设计阶段就能防止以往在生产制造中才能发现的问题。标准件库可为模具构造设计提供可以直接装配的参数化、系列化的零件;冲压设备库、典型构造库为构造设计提供了可参考的模型;而根底构造库使模具设计更加灵活、智能。资源库与知识工程的有机结合，形成了模具构造设计的知识库，成为三维实体设计的根底。与3D-DL图技术、实体泡沫加工技术的结合，到达真正意义上的三维实体设计。并以此为契机，带动整个模具生命周期的技术提升。实现模具制造的CAE/CAD/CAM一体化，使模具生产越来越依赖于高科技手段，最大限度地降低人工劳动的强度，提高模具的制造精度，缩短模具生产周期。资源库、知识工程与知识资源库资源库包括：标准件库、冲压设备库、典型构造库及根底构造库四局部内容。它为实体设计提供了丰富的资源：◆标准件库现代模具设计的高度集成化，要求零件模型在设计制造的各个环节中具有统一性，对于大量具有系列的，由参数确定的标准件，希望在标准件库中引用时只需选择零件规格参数，就可以得到正确的标准件。而不需要一一重新建模，也就是实现参数化驱动。CATIA软件，在管理标准件方面有着独特的优势，CatalogEditor(目录编辑器)是专门对标准件进展分类、管理、使用的工具。三维参数化标准件库的总体建立过程如下：1)归纳出共有的形状模式作为建库的根本元素，建立参数化特征。2)将规格数表联结到参数特征文件。使特征参数能够依照制定的系列变化。3)使用CatalogEditor模块对成系列的特征文件进展分类、管理。根据模具标准件的类型，可将标准件分为：安装连接、导向、起重、限位、成翻装置、定位、压退料装置、进出料装置、侧冲装置、冲切、弹性元件、气动元件12类标准件。结合标准件功能及使用特点，可以分为以下三类：1.普通标准件多标准，成系列是它的主要特点。应用Catalog进展标准件的管理，使查找和应用更加方便、快捷。Catalog将大量成系列的标准件，按类型，分成了多个组，每个组下面又逐步细化。使庞大的标准件库变得清晰且有条理。使用CatalogBrowser(目录浏览器)选择规格，插入到模具装配中后，可用快速移动一次定位，非常方便。2.Userponent(带布尔运算的标准件)Userponent(用户组合)是区别于CatalogBrowser(目录浏览器)的另一种标准件插入方式。它能将用户事先定义好的特征，在插入标准件的同时自动与指定特征做布尔运算。很多标准件的安装台，是随其规格的变化而变化的。把标准件做成带有自动进展布尔运算功能，使其能在用Userponent命令插入装配的同时，与其相对应的铸件局部也一并生成。3.PowerCopy及UDF(局部标准构造)PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)是CATIAV5的一种特征定义工具。通过它，设计者可以把一些在构造设计中经常使用的特征用户化。通过调用对应的特征文件，并设置相应的条件和调节参数就可以生成三维实体模型。利用Powercopy制作的标准构造主要应用于铸件局部，如起重臂、压板台等。同普通标准件一样，他们也是成系列变化的。不同的是它们是“长〞在模具主体构造上的。插入时需要指定一些定位元素及参数，并以布尔运算的形式直接参加到实体中。这样特征的修改和删除都是十分方便的。用UDF定义的用户特征，是被封装成一个特征显示在构造树中的，减小了特征占用空间。而且UFD特征，可以被作为加工特征识别，这一特点，为之后的数控编程过程，提供了很大的方便。PowerCopy和UserDefinedFeatures(UDF)可以使构造建模简单化、标准化。提高了建模效率及准确程度，减少重复劳动。◆冲压设备库冲压设备库的建立改变了模具设计中反复核对冲压设备的状况。设计者直接在冲压设备的模型上进展构造设计，对模具的大小、平衡性等都有了直观的反映。在设计压板槽、托杆时，可直接利用压床模型进展空间布置。另外，这些冲压设备还可以参加到模具的运动模拟分析中，使运动分析更加真实。◆根底构造库根底构造库是在CATIAV5环境下基于知识的智能化设计资源库，是知识工程与模具通用构造的有机结合。首先要依据原始信息建立模具的实体模型;然后结合设计经历和规则建立模具构造的设计知识集;最后，通过各种知识推理方法实现模具构造自动化设计。以单动拉延模根底构造的建立为例，首先可根据模具构造特点建立拉延模根底构架模型、定义驱动参数。这个模型越具有通用性、代表性越好。在建立的时候也要充分考虑与知识规则的关联。然后将拉延模构造设计标准在CATIA中形成规则，并建立驱动参数与规则的连接关系。最后再参加IF-THEN形式的推理构造就可以了。在拉延模的设计过程中，设计者只需要控制几个根本的特征参数，系统将会根据事先输入到计算机中的构造规则，自动提供出合理的构造方案;基于知识的根底构造库的建立，形成了模具构造的根底模板。确保了知识的积累和重用。◆知识资源库小结标准件库为设计提供了大量可以直接装配的参数化，系列化的零件;冲压设备库、典型构造库为构造设计提供了切实的可参考的模型;而根底构造库使模具设计更加智能。资源库与知识工程的有机结合，形成了模具构造设计的知识资源库，成为三维实体设计的坚实根底。基于设计思路的三维实体设计模具的实体设计过程是设计思维的过程。与普通的实体造型在思维方式上是截然不同的。单纯的实体造型，往往是在有参考实物或参考图纸的情况下进展的。制图员可以根据实物或图纸直接量取特征尺寸，一次将特征画对。而不存在设计中更改的问题，也谈不上构建流程。而真正的模具构造实体设计，重点在设计而非实体造型。设计是一个创造的过程，模具的每一个尺寸、每一个构造都需要设计员自己确定，而且设计是一个反复的过程，每一个设计都需要反复论证、反复更改，才能取得较合理的结果。模具的设计过程包括模具设计设想、模具设计、模具构造评审、校对及出图四个过程。在整个实体设计过程中，始终围绕着两个问题：1)如何将现有的知识资源在设计中有效利用，与设计员的设计思维相统一。2)产品数模的修改信息是否能及时传递，模具构造修改是否方便。以上两点，将直接影响到模具设计的质量和效率。为此，我们提出：基于设计思路的关联建模理念，以下面四局部内容为根底。◆构造的标准化模具构造标准化思想是贯穿整个建模理念的根底。尽量采用标准化的构造，使模具设计过程变成标准构造的垒积过程。将各个组成局部参数化、标准化、系列化。然后通过布尔运算相加到一起。最后形成一个完整的设计。但是由于模具产品本身的单件小批量的特点，在设计中只能尽量考虑应用标准构造，完全实现标准构造的垒积组合的可能性是很小的。在模具设计设想阶段，典型构造库为设计者提供了大量可参考的典型构造。这些构造有赖于以往设计资源的积累，虽然它们是为了特定的模具设计的，但是为以后的设计提供了思路和参考。◆基于知识资源库的根底构造在模具设计的开场阶段，设计员开场勾画模具的整体构造。这时，各种模具构架在设计员的脑中变化，这些思维往往是一闪而过，不能直观的反映出来。基于知识的根底构造库，可以灵活的根据设计员的思路，按照事先输入好的构造标准变化。设计员可直观地看到这些参数调整过程中模具构造发生的变化。这些功能对于模具初期的设计是非常有效的。首先可根据模具构造特点，选择适当的根底构架模板，设计者只需要控制几个根本的特征参数，系统将会根据事先输入到计算机中的构造规则、校核规则，自动提供出合理的构造方案。另外，模具设计虽然具有单件小批量生产特点，每一套模具都不一样。但是，在同一个工程中客户往往对同一类模具有统一的技术要求，很多模具有着相似的构造。我们把这些相似的构造根据客户的技术要求参数化、规则化，形成针对工程的根底构造库。既满足了客户的技术要求，又提高了设计效率。◆基于关联的设计CATIA的关联功能，能够使零件之间的相互引用变得更加可靠。当零件乙引用了另外一个零件甲上的*些特征元素(例如，一个面或一条线)，假设开启关联功能，零件甲发生改变时，则零件乙中引用的那个元素也会同时更新。这种关联功能保证了引用元素的同步性。使引用变得更为可靠。另外还有一种高级的关联功能——Publication。使用Publication建立的关联，仅识别Publication元素，而不强调是哪一个零件对象，这种Publication更为灵活，应用也更为广泛。传统的模具设计流程为直线式流程，即DL图设计完毕后进展模具构造设计。而采用Publication的关联设计，就可以在DL图草稿设计阶段，用临时的DL草稿进展模具构造的初步设计。待DL图正式图完成后，将临时的曲面更新成正式的DL图曲面，继续进展构造的完善工作。采用这种设计流程，实现了两个设计阶段的并行，不必压缩DL图和构造设计时间，却能有效的缩短整个模具设计周期。在模具构造设计中，我们把影响模具构造的最重要的根本元素(如草图、轴线、参数等)发布(Publication)出来。整个模具构造以此为引用主干，依次延伸设计。假设模具构造需要调整，只需要修改这些根本元素，就可以到达牵一点而动全身的目的。采用这种关联设计方式，即明确了设计思路，又为实现模具的快速修改，提供了很好的解决方式。另外在模具设计过程中，产品数模的反复修改经常导致设计工作反复。采用关联设计后，构造设计员根本不用理会产品数模小范围的更改，CATIA的关联更新会自动进展。只有在产品数模变化较大的情况下，才需要设计员干预。◆各类标准件的灵活使用在构造细化的过程中，POWERCOPY类型标准件提供了铸件本体的标准构造。能够自动布尔运算的Userponent标准件，由于安装台和标准件是在一个PART零件中，安装台会随零件的移动而移动，更改十分方便。普通标准件操作简单，使用方便。上述的内容覆盖了模具设计从设想到细化的整个过程，在每一个设计阶段，都有相应的资源、知识作为支持。以构造标准化为主导思想，运用参数化、智能化知识库，及和合理的布尔运算手段，实现了设计思维与知识资源的有机结合，快速的将设计思维具体化。这些资源的灵活运用，无论是设计前期的设想，还是后期的构造修改都提供了良好的操作环境，真正意义上提高了模具设计的质量和效率。数字化分析手段采用截面检查、干预检查、相对运动干预检查、运动模拟等分析手段，真实的反映模具的实际工作状态，保证了设计的可靠性。◆截面检查CATIA空间分析模块，提供了多种截面检查模式。可用于检查模具构造，审核模具设计是否合理等。另外，对设计员了解模具的内部构造、检查模具构造强度也有很大帮助。◆干预检查CATIA空间分析模块提供了干预检查、接触检查、最小距离检查等多种分析模式。能够有效的分析装配体中两个或多个零件的空间相对关系，并且计算出具体数值，生成空间分析结果报表。◆运动模拟CATIA-DMU电子样机运动仿真模块，可使设计者通过仿真模拟，验证机构的运动状况。基于零件间的约束关系，建立