采用三维参数化构件库技术实现模具自动化设计

模具技术２００６．Ｎｏ．５　文章编号：１００１—４９３４（２００６）０５．００１　１．０３　采用三维参数化构件库技术实现模具自动化设计　郝泳涛　（同济大学ＣＡＤ研究中心，上海２０００９２）　摘要：提出了一种基于ＣＡＴＩＡ参数化和智能化技术实现自动装配的方法。首先将零部件　参数化，然后找出零部件特征之间的装配关系。通过改变其中的几个参数就可以很容易地建　立起一个新的装配体。最后以模架的装配为例说明了实现这种方法的过程。　关键词：自动装配；参数化；特征；ＣＡＴＩＡ　中图分类号：ＴＰ３９１．７２　文献标识码：Ａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＴＩＡ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐａｒｔｓ　ａｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｔｈｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐａｒｔ　ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ａ　ｎｅｗ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｗａｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｃｈａｎｇｅ．Ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｍｏｌｄ　ｂａｓｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ａｓｓｅｍｂｌｙ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ｆｅａｔｕｒｅ；ＣＡＴＩＡ　０　引言　ＣＡＴＩＡ软件是法国达索公司开发的高档　ＣＡＤ／ＣＡＭ软件。ＣＡＴＩＡ软件以其强大的曲面设　计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很　高的声誉。ＣＡＴＩＡ的曲面造型功能体现在它提供　了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比　如其特有的高次Ｂｅｚｉｅｒ曲线曲面功能，次数能达　到ｌ５，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要　求。　命令对一副模架进行数字化设计，使零部件生成　和装配分别实现了参数化、自动化，大大方便了　模具设计工程师对模具的设计和修改。　ｌ　相关理论　ｌ－ｌ零部件的参数化　传统的ＣＡＤ技术大都用固定的尺寸值定义　几何元素，输入的每一个元素都有确定的位置。　如果要修改设计内容则必须删除原有几何元素后　重画。而设计过程不可避免地要多次反复修改，　这极大地影响了设计效率。而参数化技术使得产　品设计可以随着某些结构尺　Ｊ’的修改和使用环境　的变化而自动修改，从而大大方便了设计。　参数化设计的目的就是通过尺寸驱动方式在　设计或绘图状态下灵活的修改图形，方便设计过　ＣＡＴＩＡ采用统一的数据库，集三维实体、曲　面造型、装配造型、三维工程图、数控加工、有　限元分析、机构运动仿真、钣金设计、加工和装　配工艺过程设计等功能于一体，特别是其全参数　化和相关功能强大的实体造型技术，为设计提供　了很大的方便。本文通过使用Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ以及　ＶＢ支持的ＡｃｔｉｖｅＸ技术，结合ＣＡＴＩＡ提供的宏　收稿日期：２００６—０６—１４　程，提高设计效率。参数化设计通常是指软件设　作者简介：郝泳涛（１９７２～），男，副教授。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１２　计者为图形设计及修改提供一个软件环境，工程　技术人员在这个环境下所绘制的任意图形可以被　参数化，修改图中的任一　尺寸，均可实现尺寸驱　动，引起相关图形的改变。同时，系统一般还预　先设置了一些常用的几何图形约束，提供设计者　在设计时使用。参数化设计的主要技术特点是：　基于特征，全尺寸约束，尺寸驱动设计修改和全　数据相关。　基于特征：将具有代表性的几何形状定义为　特征，并将其所有尺寸存为可调参数，通过特征　参数来生成特征实体，并以此为基础构造更加复　杂的几何实体。　全尺寸约束：将尺寸和形状联合起来考虑，　通过尺寸的约束来实现对几何形状的控制。　尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱　动几何形状的改变，尺寸驱动已经成为当今ＣＡＤ　系统的基本功能。　全数据相关：尺寸参数的修改将导致其它相　关模块中的相应尺寸的全盘更新（在本文中，这　点被大量运用在自动装配中）。　从应用上来说，参数化技术特别适用于那些　相当稳定、成熟的零配件和系列化产品行业。此　外参数化设计还能较好地支持类比设计和变形设　计，即在原有产品的或零件的基础上只需要改变　一些关键尺寸就可以得到新的系列化设计结果，　如模具制造行业。模具除了零件成形部位外，其　它零部件的形状改变很少，通常只需要采用类比　设计或改变一些关键尺寸就可以得到新的系列化　设计结果。　１．２装配自动化　零件合理分类：建立多层树状结构。如机床　夹具零件包括定位元件、夹紧元件、导向元件等　九大类；定位元件中包括内孔定位、外圆定位、　点面定位三小类；内孔定位又包括台阶定位销、　呵换定位销、固定式定位销等零件。　零部件问的几何及装配拓扑关系：定义父零　件和子零件，各子零件中包含几何拓扑关系、尺　寸参数及其初值等几仙信息，而父零件中包含各　Ｄｉｅ　ａｎｄ　Ｍｏｕｌｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．５　２００６　子零件的装配、约束笑系，以及整个组件所有的　尺寸参数（并与各子零件相应的尺寸参数建立关　联）。　建立合理的零件装配图（图１）：　露　Ｉ　装配点ｐｌ蕊　　解释器　一　装配体　图１　自动装配示意图　基于零件分类和零件问的拓扑关系，建立装　配图。图１是实现自动装配过程的简单描述。这　种方法将整个装配过　分解到了各独立的零部件　参数化的过程中　。　对于模具设计来说，模具的各个零件存在丁　各个子装配中，零件进行了参数化；整个模具的　结构采用基准特征进行建模，各个模具部件的装　配关系和相对位置记录在这个骨架文件中，针对　具体的设计零件产生主要的模具尺寸，如闭合高　度、行程等，再按照尺寸传递和尺寸分解的步　骤，逐步生成各个子装配的约束尺寸，进而生成　各个参数化零件的具体参数，最后由系统生成完　整的三维模具装配结构。　２　实例　以‘个模架的装配为例来说明如何按照上面　的方法实现零部件的自动装配。　（１）通过零件的二维工程图提取出零件特征　（图２）。　产Ｉ　０ｆ寸１　蒽　Ｉ一　・　ＩＯ　００８ＩＡｌ　ｌ：Ｉ：　Ｉ　　Ｉ　Ｉ１　・ｌ　ｌ０　００３ｌ　：Ｉ：　Ｉ　ｌ　，　’＼　，　图２　零件工程图　维普资讯 http://www.cqvip.com

模』＿Ｉ技术２００６．Ｎｏ．５　由图２零件‘Ｌ程图，提取　导柱的特征尺寸　参数：　１、　２、　３、ｆ１、，２、ｆ３、，４、，．１、ｒ２。不　同的零件需要根据其特定的情况提取出各不相同　的特征尺寸参数。　（２）提供零件的特征尺寸　图３提供了导柱的一系列特征尺寸。　２５　１４０　Ｊ６０　１　８０　１４０　Ｉ６０　１　８０　２００　１４０　Ｉ６０　１　８０　２００　２２４　２５０　２８０　Ｉ６０　１　８０　２００　２２４　２５０　２８０　３１　５　３５５　１８０　２００　２２４　２５０　２８０　３１　５　３５５　４００　２２４　２５０　２８０　３１　５　３５５　４００　２８０　３１　５　３５５　４００　３Ｉ　５　３５５　４００　４００　图３特征尺寸　（３）不同零部件尺寸的关联　由于导套与导柱需要配套使用，因此需要把　导柱的直径和导套的内径进行智能关联。这一关　联过程可以使用ＣＡＴＩＡ白带的智能模块Ｋｎｏｗｌ—　ｅｄｇｅ　Ａｄｖｉｓｏｒ来完成。在关联的过程中，系统调　用Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　Ａｄｖｉｓｏｒ模块使得导套内径尺寸与　导柱外径尺寸发生关联，尺寸山现尺寸链关系，　这样建　起关联的尺寸传递路径。　（４）程序实现　结合ＣＡＴＩＡ白带的宏命令，采用ＶＢ为支持　语言实现导柱３Ｄ模型的动态生成。实现过程如　图４、图５所示。　图４程序平台　图ｓ　３Ｄ模型　１３　（５）对所有模架组成零件按照（１）～（４）　步骤进行参数化设置，并依照合理的零件分类和　零部件间装配拓扑关系对相关尺寸进行智能关　联。模架的装配和定位关系见图６模架爆炸图。　：鲞－＝　遴譬　莲　遴煞鎏麓　熬　．壁，蠹意　蠢盔　整整　藏；　．．壁薹盆　图６　模架爆炸图　３　结论　如何利用标准零部件进行装配，并实现装配　图自动生成，一直是ＣＡＤ领域研究探讨的热门　话题。按照本文所述方法完全可以达到仅仅输入　一个或几个标准零部件几何信息，就建立整个模　架的设计效果。这种设计理念将大大减少工程师　的设计工作，提高效率。本文所述方法目前已应　用到上海大众汽车公司的实际生产中，并取得了　良好的成效。　参考文献　［１］张萍，廖文和，刘Ｋ毅．基于装配特征的零件自动装　配ｌＪ１．机械制造　自动化，２００４，３３（５）：９３一－９５．　［２］沈梅，何小朝，张铁吕．基于装配特征的装配建模　［Ｊ］．中围机械工程，２００１，１２（９）：１　０２５　１　０２９．　［３］赵岩，成刚虎，张景霞．荩于ＵＧ的自动装配模块开　发［Ｊ］．机械研究与应用，２００３，１６（４）：６５￣６６．　［４］董　梅，下风岐．用ＣＡＤ由　维零什陶ｆＬＩ动　成装　图方法的探讨［Ｊ］．机电工程技术，２００４，（１２）：３３￣３５．　［５］陈天Ｊ、Ｌ，汤文成．基丁拆卸的零部件　配方向信息提　耳又［Ｊ］．机电技术，２００４，（２）：３４￣３６．　［６］齐从谦．制造业信息化导论［Ｍ］．北京：［１Ｊ囤宁航山版　社，２００３．