汽車覆蓋件交互式模具設(shè)計(jì)論文范文

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1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)構(gòu)架采用CATIA平臺(tái)的CAA技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)，包括4個(gè)功能模塊，為了保證系統(tǒng)的功能明確、可擴(kuò)展性強(qiáng)，采用3層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，依次為物理層、數(shù)據(jù)層和技術(shù)層。物理層:應(yīng)用CAA提供的各種API接口程序，實(shí)現(xiàn)在CAITA平臺(tái)上系統(tǒng)的開發(fā)。數(shù)據(jù)層:用戶提供包括新產(chǎn)品工藝數(shù)模、模具模板，模板匹配參數(shù)文件以及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢查表在內(nèi)的必需數(shù)據(jù)，為新產(chǎn)品模具的快速設(shè)計(jì)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。技術(shù)層:系統(tǒng)以參數(shù)化模板為核心，采用向?qū)侥＞咦詣?dòng)化設(shè)計(jì)工具，提供了以模具參數(shù)自動(dòng)更新為核心的包括新產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入、模具參數(shù)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件定位和模具檢查在內(nèi)的4個(gè)功能模塊，完整地實(shí)現(xiàn)了在已有模板基礎(chǔ)上快速進(jìn)行模具“再設(shè)計(jì)”的流程。其中，在新產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入模塊，應(yīng)用數(shù)模自動(dòng)替換技術(shù)完成工藝數(shù)模的替換更新工作，為后續(xù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ);參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊通過參數(shù)自動(dòng)更新技術(shù)，利用用戶提供的參數(shù)文件和交互界面，對(duì)各類參數(shù)進(jìn)行快速批量更新;在標(biāo)準(zhǔn)件定位模塊，應(yīng)用動(dòng)態(tài)測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件的快速定位;在模具檢查模塊，根據(jù)用戶提供的模具檢查表，在CATIA環(huán)境中對(duì)模具逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，并自動(dòng)輸出審核結(jié)果。

2關(guān)鍵技術(shù)

2．1新產(chǎn)品數(shù)模自動(dòng)替換

數(shù)模自動(dòng)替換功能基于CATIA的“”(Pub-lication)命令，此命令主要用于參數(shù)化裝配建模(ParametricAssemblyModeling)［5］，使用命令可以智能地實(shí)現(xiàn)組件之間的替換。元素的幾何特征可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行修改變化，但只要名稱不改變，其外部引用就會(huì)根據(jù)元素的變化而重新構(gòu)建“”與“外部參考”之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。命令實(shí)現(xiàn)幾何元素之間的關(guān)聯(lián)，由的名稱和原幾何元素所在零件在裝配環(huán)境下的實(shí)例名稱共同決定。因此即使將整個(gè)Part文檔替換，只要保持新Part在裝配環(huán)境下的實(shí)例名稱和元素的名稱均與原Part一致，那么幾何元素之間依然有效關(guān)聯(lián)，并會(huì)根據(jù)當(dāng)前幾何特征的變化智能地構(gòu)建出全新的幾何特征。基于命令的關(guān)聯(lián)原理，程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)模自動(dòng)替換的過程如圖3所示。用戶將提供的新產(chǎn)品數(shù)模的模具設(shè)計(jì)必需元素(如板料輪廓線、分模線、曲面等)，按照已導(dǎo)入模板的要求進(jìn)行，保證元素名稱的一致。程序自動(dòng)獲取數(shù)模在裝配體中的實(shí)例名稱，賦給替換后的新產(chǎn)品零件。各個(gè)外部參考節(jié)點(diǎn)根據(jù)新的元素幾何特征進(jìn)行相關(guān)特征的關(guān)聯(lián)重構(gòu)，完成模具產(chǎn)品型面的自動(dòng)替換。對(duì)于已更新的型面模型，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的重復(fù)替換。

2．2參數(shù)快速批量更新

2．2．1構(gòu)建動(dòng)態(tài)交互界面交互界面的動(dòng)態(tài)構(gòu)建基于用戶提供的與模板相匹配的參數(shù)文件。參數(shù)文件的格式如表1所示，依次為參數(shù)所屬類別、參數(shù)類別表示圖片、參數(shù)名稱及參數(shù)所在部件。參數(shù)類型和每一類型包含參數(shù)的個(gè)數(shù)由用戶自己確定，這種方法不受模具類型的限制，也為初級(jí)設(shè)計(jì)人員提供良好的引導(dǎo)。一套完整的參數(shù)化模板擁有龐大的參數(shù)信息，用戶將模板中的參數(shù)進(jìn)行分類整理，寫成與模板匹配的參數(shù)文件，程序根據(jù)文件驅(qū)動(dòng)生成動(dòng)態(tài)交互界面。即當(dāng)用戶選擇不同特征類別時(shí)，程序自動(dòng)在交互界面中顯示表示該類別的圖片和所包含的所有參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)所在部件獲取其在特征樹上的數(shù)值，達(dá)到根據(jù)類別的不同，智能地動(dòng)態(tài)構(gòu)造交互界面的目的，方便用戶一次性修改某類別的所有參數(shù)。例如，用戶提供如表1的參數(shù)文件，在構(gòu)建的交互界面中分別選擇“特征類別一”和“特征類別二”時(shí)，動(dòng)態(tài)參數(shù)區(qū)分別如圖4a和4b。以拉延模為例，可以模具主控參數(shù)作為特征類別一，所屬2個(gè)參數(shù)為模具總體高度、總體長度;以導(dǎo)板參數(shù)作為特征類別二，所屬3個(gè)參數(shù)為導(dǎo)板長度、寬度、厚度。修改時(shí)以類為單位，每次批量修改此幾何特征類所屬參數(shù)的數(shù)值，方便快速有效更新。

2．2．2參數(shù)批量修改CATIA中參數(shù)化過程的實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)工程顧問模塊提供的公式(Formulas)、規(guī)則(Rules)等方法，即用一組參數(shù)約束該幾何圖形的結(jié)構(gòu)尺寸和零部件的特征。參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的尺寸和特征有對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)賦予不同的參數(shù)值時(shí)，可通過函數(shù)關(guān)系公式和尺寸驅(qū)動(dòng)達(dá)到新的目標(biāo)幾何形狀和特征［6］。具體設(shè)計(jì)時(shí)，用戶根據(jù)新產(chǎn)品的數(shù)模型面特點(diǎn)，通過交互界面，對(duì)參數(shù)值按類別進(jìn)行一次性批量修改，利用參數(shù)驅(qū)動(dòng)重構(gòu)原理實(shí)現(xiàn)模板相關(guān)幾何特征的更新。借助CAA中CATIProduct，CATIParmPub-lisher，CATICkeParm等幾個(gè)主要接口提供的函數(shù)，程序?qū)⒂脩粼趯?duì)話框中輸入的目標(biāo)參數(shù)值自動(dòng)更新到模板特征樹上相應(yīng)的參數(shù)節(jié)點(diǎn)下，參數(shù)值及引用到該參數(shù)值的外部參數(shù)值同步更新，通過相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系公式完成幾何特征重構(gòu)(見圖5)。用戶根據(jù)需要，完成參數(shù)文件中所列出參數(shù)的更新，最終完成新產(chǎn)品模具的設(shè)計(jì)。

2．3動(dòng)態(tài)測量

測量距離時(shí)，用戶通過交互界面選擇幾組目標(biāo)測量面，程序自動(dòng)獲取這幾組面所在零件的位置矩陣。一般平面上的標(biāo)準(zhǔn)件，其局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系一致。對(duì)于斜面上的標(biāo)準(zhǔn)件，為了使移動(dòng)功能更符合實(shí)際需要，使其可以沿斜面方向移動(dòng)，程序?qū)⑵渚植孔鴺?biāo)系從位置矩陣給出的坐標(biāo)系原點(diǎn)O1，平移至標(biāo)準(zhǔn)件表面點(diǎn)W處(用戶選擇W)，移動(dòng)時(shí)的方向以該局部坐標(biāo)系為準(zhǔn)(圖6)。移動(dòng)時(shí)，程序根據(jù)用戶選擇的移動(dòng)方向和設(shè)定的移動(dòng)距離構(gòu)造移動(dòng)矩陣，與標(biāo)準(zhǔn)件當(dāng)前的位置矩陣作CATMathTransformation函數(shù)的乘積運(yùn)算，并以運(yùn)算結(jié)果定位標(biāo)準(zhǔn)件的新位置。例如，將某標(biāo)準(zhǔn)件從其當(dāng)前位置沿向量(a，b，c)移動(dòng)iDis個(gè)單位，則:移動(dòng)后位置矩陣=當(dāng)前位置矩陣×移動(dòng)矩陣，如式(1):移動(dòng)過程中，程序時(shí)時(shí)獲取標(biāo)準(zhǔn)件當(dāng)前位置矩陣，并分別測量幾組面當(dāng)前最小距離顯示在屏幕上，以便用戶參考。在用戶選擇測量面之前，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在交互界面設(shè)定每組面之間的最小距離值。移動(dòng)過程中，程序動(dòng)態(tài)測量幾組面的最小距離，如果測量的最小距離小于用戶設(shè)定的最小距離，則程序自動(dòng)判斷后，以紅色顯示該距離以示提醒，方便用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的位置及時(shí)做出調(diào)整。圖7為某型號(hào)平衡墊塊在移動(dòng)時(shí)的距離顯示和相應(yīng)的部分對(duì)話框界面。

3應(yīng)用實(shí)例

利用本系統(tǒng)對(duì)某汽車的某覆蓋件零件數(shù)模(圖8a)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。首先在新產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入模塊，選擇合適的模具模板(圖8b)，保證該產(chǎn)品與模板中型面零件的元素名稱保持一致的前提下，導(dǎo)入該產(chǎn)品數(shù)模零件，完成新產(chǎn)品型面替換工作。在參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊，導(dǎo)入用戶提供的與模板參數(shù)相匹配的參數(shù)文件(如圖9a)，用戶根據(jù)新產(chǎn)品面的特點(diǎn)，在交互界面中選擇類別列表中不同的類別，按類別合理修改界面下方參數(shù)區(qū)動(dòng)態(tài)顯示出的參數(shù)值，完成模具參數(shù)化設(shè)計(jì)工作。如圖9b和9c分別是修改模耳吊座和導(dǎo)板參數(shù)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的交互界面。在調(diào)整好的模具主體上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行重新定位，注意屏幕上紅色顯示的距離數(shù)值(如圖7)，移動(dòng)過程中避免與其他零件的干涉。最后在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢查模塊，導(dǎo)入用戶提供的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢查表，在CATIA環(huán)境中對(duì)模具進(jìn)行逐項(xiàng)審查，并保存審查記錄，程序自動(dòng)輸出審核結(jié)果。經(jīng)過以上4個(gè)模塊流程，在模具模板上快速完成相似結(jié)構(gòu)數(shù)模的模具設(shè)計(jì)，有效減少設(shè)計(jì)人員的工作量和設(shè)計(jì)時(shí)間。

4結(jié)語

重點(diǎn)研究了使用參數(shù)化模板快速進(jìn)行模具“再設(shè)計(jì)”的方法。采用CATIA提供的參數(shù)化建模功能和CAA技術(shù)，開發(fā)了完整的全流程模具設(shè)計(jì)工具，集成了新產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入、參數(shù)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件定位、模具檢查4個(gè)功能模塊，可以有效地解決實(shí)際工程中大規(guī)模參數(shù)數(shù)據(jù)的讀取和更新問題，避免設(shè)計(jì)人員手工操作過程中可能存在的誤操作、漏操作現(xiàn)象，減少重復(fù)性工作。同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)件定位方面，提出了在移動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)顯示測量距離的方法，可以有效地避免標(biāo)準(zhǔn)件與其他零件之間的干涉問題，為標(biāo)準(zhǔn)件的快速準(zhǔn)確定位提出了一種新的方法。本系統(tǒng)的使用不受模具類型的限制，在實(shí)際工程中更具靈活性和實(shí)用性。

作者：張智霞章志兵柳玉起武朋飛單位：華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海大眾規(guī)劃部模具中心