Pro/ E 参数化技术在冲压模CAD中的应用

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1 　引言

    计算机辅助设计软件Pro/ E 是一个参数化的实体造型软件,不但能生成真实的几何形体,还可进行精确的模型分析,运动分析,干涉检查等。Pro/ E 的参数化特征造型技术大大减轻了设计人员的绘图工作量,提高了产品设计的效率和质量,利用Pro/ E相应的开发工具及技术开发冲压模具计算机辅助设计(CAD) 系统,可实现零件设计、装配设计、加工设计等同时进行,从而达到缩短模具的生产制造周期,提高产品质量的目的。

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    2 　冲压模CAD 系统的构成

    冲压模具按工艺性质可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模等,无论何种模具,基本上都需要上、下模体、导向装置、压料装置、定位装置等,因此冲压模具CAD 系统是集冲压模具设计系统、冲压模具加工仿真、冲压模具工作仿真为一体的方便易用的设计系统,系统构成如图1 所示。图2 为该系统在Pro/ E环境下运行的一个界面。

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    3 　Pro/ E参数化技术在冲压模具CAD 系统中的应用

    Pro/ E 软件在提供强大的设计、分析、制造功能的同时,也为用户提供了多种参数化设计开发工具。冲压模具中既包含大量的标准件和常用件,也包含一些专用件,在对零件进行设计和应用时,应用Pro/E 的二次开发工具,如族表( Family Table) , Pro/ Pro2gram ,Pro/Toolkit 等进行开发,可以高效快速地进行设计。

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    3. 1 　基于Pro/ E 的参数化设计开发步骤

    基于Pro/ E 的参数化设计开发一般有3 个步骤: ①利用Pro/ E 的实体造型及参数驱动功能,进行零件的建模; ②对所建的模型进行参数、以及参数间关系设定,从而满足参数驱动的需要—利用工具菜单中的关系下拉菜单进行; ③利用Pro/ E 提供的工具进行参数化设计开发。

    3. 2 　参数化设计开发及应用

    (1) 族表技术的应用

    在零件设计时,如果某些零件结构一样,只是尺寸不同,那么这些零件就不必一一单个建立,可建立一个父零件,定义各个控制零件形状大小的参数,在设计时通过改变各个参数的值来得到所需要的衍生件,从而建立一系列的零件,这些零件组成的集合称为族表。由于标准件的结构形状和尺寸都已经标准化,故模具设计系统中的标准件库采用族表技术开发,从而方便快捷地达到设计目的,图3 为利用族表设计零件的界面。在建立父零件时应注意以下2 个问题:

    ①父零件一般采用同类型标准件中尺寸最大的标准件。

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    ②父零件应包含同类型标准件的所有特征。

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(2) Pro/ Program技术的应用

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    Pro/ Program是一个记录模型建立过程的文件,它记录着模型产生的步骤和条件,包括所有的特征的建立过程、参数、尺寸和关系式等模型信息,系统将建立的每个特征的信息写到程序中,用户可以通过编辑非常简单的程序语言改变零件的特征。通过“program”可以控制零件中特征的出现与否,尺寸的大小和装配件中零件的出现与否,零件的个数等,从而很方便地设计一系列不同的产品。由于常用件的结构形状和尺寸比较相似,故采用Program 技术进行模具设计系统中常用件库的开发。

    Pro/ Program程序由5 个部分顺序构成:程序标题、输入提示信息、输入关系式、添加特征(或零件) 、和质量特性,用户可根据需要在输入提示信息部分( INPUT和END INPUT) 之间加入可修改的参数名即可。

    (3) 基于Pro/ Toolkit 开发的参数化设计技术应用

    基于Pro/ Toolkit 三维参数化设计的开发方法有2 种: ①应用特征描述法利用Pro/ Toolkit 提供的底层函数完成特征建模,并建立人机对话框,实现三维参数化设计,此方法程序设计繁琐,对于形状复杂的产品来说,用程序来生成三维模型非常困难; ②采用三维模型与程序控制相结合的方式,基本过程为在Pro/ E 环境下利用交互方式生成三维模型,然后在已创建的零件三维模型的基础上,根据零件的设计要求建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数。参数化程序针对该零件的设计参数进行编程,实现设计参数的检索、修改和根据新的参数值生成新的三维模型的功能,其流程如图4 所示。此种方法可以生成形状复杂的产品模型,编程相对来说较简单,被广大开发者采用。

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    用程序控制模型进行三维参数化设计的开发,主要包括3 项:参数对象的获取和显示;参数对象的更新修改;模型的再生。图5、图6 为利用所述方法开发的一个例子。图5 为零件模型样板,可以改变其中一参数大小进行零件重生, 还可以从列表中选择参数系列值进行零件重生,图6 即为将厚度改为50 min 后重生零件情况。

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    4 　结语

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    参数化设计是CAD 技术在实际应用中提出的课题,利用参数化设计手段不但可以开发专用产品设计系统,还可以进行产品的参数化设计,从而使设计人员从大量繁重而琐碎的设计工作中解脱出来,轻松实现零件设计、模具设计、装配设计、加工设计等同时进行,加快模具设计过程,缩短设计、制造周期,增强新产品开发能力,增强市场竞争力。