模具的模塊化設(shè)計(jì)初探

1、 模具的模塊化設(shè)計(jì)初探摘 要：傳統(tǒng)的摸具設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜、開發(fā)周期長(zhǎng)。縮短設(shè)計(jì)周期并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，是縮短整個(gè)模具開發(fā)周期的關(guān)鍵之一，也是提高模具質(zhì)量、降低設(shè)計(jì)成本、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。作者通過(guò)“摸具的模塊化設(shè)計(jì)”方法，實(shí)現(xiàn)了縮短整個(gè)模具開發(fā)周期的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：摸具；模塊化；前 言縮短設(shè)計(jì)周期并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量是縮短整個(gè)模具開發(fā)周期的關(guān)鍵之一。模塊化設(shè)計(jì)就是利用產(chǎn)品零部件在結(jié)構(gòu)及功能上的相似性，而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與組合化。大量實(shí)踐表明，模塊化設(shè)計(jì)能有效減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此本文探索在模具設(shè)計(jì)中運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法。 1.模具模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 模具的零部件在結(jié)構(gòu)或功能上具有一定的相似性，

2、因而有采用模塊化設(shè)計(jì)方法的條件，但目前模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方法的研究報(bào)道還很少見。與其它種類的機(jī)械產(chǎn)品相比，模具的模塊化有幾項(xiàng)明顯特點(diǎn)。1.1模具零件的空間交錯(cuò)問題 模具的線條在三維空間上相互交錯(cuò)，難于保證模塊組合后不發(fā)生空間干涉；模塊劃分難于清晰進(jìn)行。 筆者采取以下辦法來(lái)克服這個(gè)問題：（1）利用Pro/E（或UGII等三維軟件）的虛擬裝配功能檢測(cè)干涉；（2）按功能與結(jié)構(gòu)劃分相結(jié)合。模塊劃分就是部件劃分并抽取共性過(guò)程。空間上離散或結(jié)構(gòu)變化大的部件則按功能劃分，設(shè)計(jì)出所謂的功能模塊；結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立的部件按結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，設(shè)計(jì)出所謂的結(jié)構(gòu)模塊。而在這樣劃分并進(jìn)行相應(yīng)的程序開發(fā)后，結(jié)構(gòu)模塊的結(jié)構(gòu)可由

3、結(jié)構(gòu)參數(shù)為主，功能參數(shù)為輔簡(jiǎn)單求得；而對(duì)于功能模塊，可由功能參數(shù)為主，結(jié)構(gòu)參數(shù)為輔出發(fā)進(jìn)行推理，在多種多樣的結(jié)構(gòu)形式中做出抉擇。 1.2  凸凹模具及某些零部件外形無(wú)法預(yù)見 某些模具零件（如凸凹模具）的形狀和尺寸由產(chǎn)品決定因而無(wú)法在模塊設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)見到，所以只能按常見形狀設(shè)計(jì)模塊（如圓柱形或立方體的沖頭）,某些模具零件（如沖壓模的工件定位零件）雖然互相配合執(zhí)行某一功能，但它們的空間布置難尋規(guī)律與共性，因此即使按功能劃分也不能產(chǎn)生模塊。 筆者認(rèn)為，模塊化是部件的標(biāo)準(zhǔn)化，而零件標(biāo)準(zhǔn)化可視為零件的模塊化。兩個(gè)級(jí)別上的標(biāo)準(zhǔn)化是互相配合的。因此，要開發(fā)零件庫(kù)并納入模塊庫(kù)，以彌補(bǔ)模塊覆蓋不全的缺憾。

4、當(dāng)零件必須逐個(gè)構(gòu)造時(shí)，一個(gè)齊全的便于使用的零件庫(kù)對(duì)提高效率很有幫助。 1.3 模具類型與結(jié)構(gòu)變化多 模具可有不同的工序性質(zhì)，如下料、沖孔等；有不同的組合方式，如簡(jiǎn)單模、連續(xù)模等；還有不同的結(jié)構(gòu)形式，種類極其繁多。因此，必須找到適當(dāng)途徑，使較少的模塊能組合出多種多樣模具。 為此，筆者提出了以下方法：（1）在Pro/E（或UGII等三維軟件）的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能及用戶自定義特征功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，使模塊具有較大“可塑性”，可根據(jù)不同的輸入?yún)?shù)產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)變化；（2）分層次設(shè)計(jì)模塊。用戶可調(diào)用任一層次上的模塊，達(dá)到了靈活與效率兩個(gè)目標(biāo)。使用小模塊有靈活多變的優(yōu)點(diǎn)，但效率低，使用大模塊則相反。 2

5、. 模具模塊化設(shè)計(jì)的實(shí)施 為了實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)，并證明以上方法的可行性，筆者基于Pro/E二次開發(fā)，開發(fā)出一套模具模塊化CAD系統(tǒng)。系統(tǒng)分兩大部分：模塊庫(kù)與模塊庫(kù)管理系統(tǒng)。2.1 模塊庫(kù)的建立模塊庫(kù)的建立有三個(gè)步驟：模塊劃分、構(gòu)造特征模型和用戶自定義特征的生成。標(biāo)準(zhǔn)零件是模塊的特例，存在于模塊庫(kù)中。標(biāo)準(zhǔn)零件的定義只需進(jìn)行后兩步驟。模塊劃分:是模塊化設(shè)計(jì)的第一步。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統(tǒng)的功能、性能和成本 。每一類產(chǎn)品的模塊劃分都必須經(jīng)過(guò)技術(shù)調(diào)研并反復(fù)論證才能得出劃分結(jié)果。對(duì)于模具而言，功能模塊與結(jié)構(gòu)模塊是互相包容的。結(jié)構(gòu)模塊在局部范圍內(nèi)可有較大的結(jié)構(gòu)變化，因而它可以包含功能模塊；而功

6、能模塊的局部結(jié)構(gòu)可能較固定，因而它可以包含結(jié)構(gòu)模塊。 模塊設(shè)計(jì)完成后，在Pro/E的零件/裝配（Part/Assembly）空間中手工建構(gòu)所需模塊的特征模型，運(yùn)用Pro/E的用戶自定義特征功能，定義模塊的兩項(xiàng)可變參數(shù)：可變尺寸與裝配關(guān)系，形成用戶自定義特征(User-Defined Features，UDFs)。生成用戶自定義特征文件（以gph為后綴的文件）后按分組技術(shù)取名存儲(chǔ)，即完成模塊庫(kù)的建立。 2.2 模塊庫(kù)管理系統(tǒng)開發(fā) 系統(tǒng)通過(guò)兩次推理，結(jié)構(gòu)選擇推理與模塊的自動(dòng)建模，實(shí)現(xiàn)模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結(jié)構(gòu)，第二次推理最終確定模塊的所有參數(shù)。通過(guò)這種途徑實(shí)現(xiàn)模塊“可塑性”目標(biāo)。在結(jié)

7、構(gòu)選擇推理中，系統(tǒng)接受用戶輸入的模塊名稱、模塊的功能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行推理，在模塊庫(kù)中求得適用模塊的名稱。如果不滿意該結(jié)果，用戶可指定模塊名稱。在這一步所得到的模塊仍是不確定的，它缺少尺寸參數(shù)、精度、材料特征及裝配關(guān)系的定義。在自動(dòng)建模推理中，系統(tǒng)利用輸入的尺寸參數(shù)、精度特征、材料特征與裝配關(guān)系定義，驅(qū)動(dòng)用戶自定義特征模型，動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地將模塊特征模型構(gòu)造出來(lái)并自動(dòng)裝配。自動(dòng)建模函數(shù)運(yùn)用C語(yǔ)言與Pro/E的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT開發(fā)而成。UDFs的生成方法及參數(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模的程序。通過(guò)模塊的調(diào)用可迅速完成模具設(shè)計(jì)。這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用后模具設(shè)計(jì)周期明顯縮短。由于在模塊設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)真考慮了模塊的質(zhì)量，因而對(duì)模具的質(zhì)量起基礎(chǔ)保證作用。模塊庫(kù)中存放的是相互獨(dú)立的UDFs文件，因此本系統(tǒng)具有可擴(kuò)充性。3.總結(jié) 由于采取了上述措施，模具從設(shè)計(jì)到驗(yàn)收（按可比工作量計(jì)算），開發(fā)周期比以前縮短了約1/4，而且模具質(zhì)量和成本都有所改善，明顯增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。參考文獻(xiàn) 1張林宣，童秉樞，王春河等，一種實(shí)用的綜合集成DFA系統(tǒng)的研究， J清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1998，38（11）：2 69-72王知衍譯，面向制造與裝配