基于T-FLEX的三維參數(shù)化拉伸模CAD的實(shí)踐

2013-05-21 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

在T-FLEX平臺(tái)下,以中間導(dǎo)柱拉伸模具為例,完成了參數(shù)化零件庫的建立、參數(shù)化裝配過程的實(shí)現(xiàn)以及爆炸圖的生成;自動(dòng)生成BOM表,為后續(xù)處理莫定基拙,體現(xiàn)了一種新的參數(shù)化CAD設(shè)計(jì)方法。

李懷為宋愛軍來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 參數(shù)化設(shè)計(jì) T-FLEX

目前三維CAD軟件在工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,并且一些三維CAD軟件在其內(nèi)部嵌人了零件庫或經(jīng)過二次開發(fā)提供零件庫,但因?yàn)檫@些零件庫一般不具有開放性,用戶不能擴(kuò)充和管理零件庫,也不能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)零件庫進(jìn)行維護(hù),因而在一定程度上影響了三維CAD軟件的應(yīng)用和推廣。

本文建立了基于T-FLEX平臺(tái)下的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件圖庫,可使設(shè)計(jì)者方便地選擇所需尺寸規(guī)格的零件進(jìn)行裝配,大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期。文中以中間導(dǎo)柱拉伸模具為例,在T-FLEX平臺(tái)下開發(fā)建立起標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化圖庫,實(shí)現(xiàn)模具的參數(shù)化實(shí)體裝配,自動(dòng)生成爆炸圖等,最后生成裝配明細(xì)表,整個(gè)過程成功開發(fā)出一套具有PDM功能的參數(shù)化模具系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有開放性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳遞便捷、模具信息便于提取與圖庫便于維護(hù)修改等特點(diǎn),順應(yīng)了當(dāng)今模具行業(yè)信息化發(fā)展的新趨勢;此外,該系統(tǒng)還具備自動(dòng)生成裝配明細(xì)表和BOM(Bill of Material)表的功能,明細(xì)表的數(shù)據(jù)完全是從各個(gè)零件的信息欄傳遞過去,因此減少了人工繪制明細(xì)表時(shí)可能發(fā)生的錯(cuò)誤,而且大大縮短了設(shè)計(jì)周期;在設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)人員還可以通過修改、刪除或增減零件庫內(nèi)零件的尺寸和相關(guān)信息,來實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配圖中相關(guān)零件的尺寸及明細(xì)表中的有關(guān)參數(shù)的修改,從而裝配出不同類型的模型。本文還對(duì)產(chǎn)品信息提取模塊進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)。

在Delphi環(huán)境下,把裝配圖中所需要的零件參數(shù)信息提取出來,相應(yīng)地生成到一個(gè)零件的表和一個(gè)產(chǎn)品的表中;通過編寫一定的程序來實(shí)現(xiàn)參數(shù)——自動(dòng)對(duì)應(yīng)地傳送到相應(yīng)的新表中的行與列,并自動(dòng)對(duì)同一種零件的數(shù)目進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì),使生產(chǎn)管理時(shí)更方便,更清晰,提高工作的準(zhǔn)確性和效率。

    1 T-FLEX軟件介紹及其應(yīng)用實(shí)例

目前有不少CAD/CAM軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)是對(duì)特征尺寸的參數(shù)化,不管當(dāng)時(shí)的操作環(huán)境是在三維軸測圖上,還是在二維圖上,二維圖紙上的視圖只不過是三維物體在圖上的投影而已。當(dāng)所設(shè)計(jì)的物體比較復(fù)雜,涉及到數(shù)百個(gè)參數(shù)時(shí),預(yù)先定義參數(shù)化尺寸進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和尺寸約束就變得比較困難。后參數(shù)化的自適應(yīng)新思想則可解決這一問題:在進(jìn)行初始設(shè)計(jì)時(shí)不作參數(shù)定義,當(dāng)初始設(shè)計(jì)完成后,根據(jù)需要對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行定義,把注意力集中在重要的參數(shù)上,而不在沒有太大意義的數(shù)百個(gè)參數(shù)上浪費(fèi)時(shí)間。

    1.1 T-FLEX軟件介紹

T-FLEX是俄羅斯Top Systems Ltd.公司推出的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,與其他參數(shù)化CAD系統(tǒng)相比,其最大的特點(diǎn)是全參數(shù)化柔性設(shè)計(jì)。在T-FLEX中,除了幾何量可以通過參數(shù)、變量進(jìn)行參數(shù)化管理外,其他非幾何的設(shè)計(jì)參數(shù),如公差精度、粗糙度、技術(shù)要求、文本、表格、材料、熱處理等都可以通過參數(shù)、變量、表達(dá)式或數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參數(shù)化管理。采用T-FLEXCAD系統(tǒng)提供的OLE Automation機(jī)制,可以很方便地提取零件圖、裝配圖中的各種幾何、工藝特征,為實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)與CAM.CAE.CAPP等后續(xù)模塊的信息集成提供了簡單的工具。此外,T-FLEX還提供了STEP,Parasoiid.IGES,DWG等圖形接口。

T-FLEX系統(tǒng)集參數(shù)化二維工程制圖及特征參數(shù)化三維實(shí)體建模功能強(qiáng)大的機(jī)械工程開發(fā)工具,采用參數(shù)化和變量化手段建立圖形,使用T-FLEX設(shè)計(jì)人員無須懂得編程技術(shù)就可設(shè)計(jì)復(fù)雜而精確的幾何結(jié)構(gòu),可以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和費(fèi)用。T-FLEX系統(tǒng)是以Parasolid為三維核心,具有強(qiáng)大的參數(shù)化實(shí)體建模功能。可以很容易地由二維工程圖生成三維實(shí)體模型,如果用戶已掌握了二維作圖技術(shù),利用本系統(tǒng)既可得到二維圖形,也可得到三維圖形。同樣,T-FLEX系統(tǒng)也可以由三維實(shí)體模型生成二維工程圖。

參數(shù)化T-FLEX CAD系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是在保持圖素間相應(yīng)關(guān)系的條件下,具有極好的圖形修改性,并且使用方便,作圖簡單。T-FLEX CAD系統(tǒng)獨(dú)一無二的參數(shù)化功能可以大大簡化圖形的設(shè)計(jì)及修改。

利用變量及表達(dá)式直接驅(qū)動(dòng)幾何圖形的設(shè)計(jì)及修改是所有自動(dòng)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展方向。基于全參數(shù)化概念的柔性化設(shè)計(jì)特征使T-FLEX CAD系統(tǒng)從根本上區(qū)別于其他CAD系統(tǒng)。盡管許多CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者也宣稱他們的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì),但實(shí)際上僅僅是極其有限的參數(shù)化。

T-FLEX CAD系統(tǒng)使用設(shè)計(jì)人員已經(jīng)習(xí)憤的設(shè)計(jì)概念及方法,他們在繪草圖階段完全不必將圖形的圖素(如線條)放在精確的位置上。一旦草圖設(shè)計(jì)完成,設(shè)計(jì)者需要精確地決定圖形的精確尺寸時(shí),利用變量不僅可以精確地設(shè)定圖形尺寸及公差,而且可以方便地設(shè)定變量及圖形圖素間的約束關(guān)系。T-FLEX CAD系統(tǒng)建立裝配圖的方法是獨(dú)一無二的。裝配圖中的每個(gè)零件圖可以隨意更換或修改它們的參數(shù)。裝配圖中的消隱方法十分簡單和方便。當(dāng)修改裝配圖的參數(shù)后,裝配圖的結(jié)構(gòu)將在一瞬間發(fā)生變化。隨著裝配圖的修改,其相應(yīng)的零件圖的尺寸及結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之改變,進(jìn)而也改變了與其相關(guān)的文本。與其他CAD系統(tǒng)相比,T-FLEX CAD系統(tǒng)最能體現(xiàn)"計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)"這種現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段中"輔助設(shè)計(jì)"的概念,將設(shè)計(jì)師從煩瑣的編程中解放出來。

1.2 T-FLEX參數(shù)化功能應(yīng)用實(shí)例

以鉆模夾具設(shè)計(jì)為例。所建立的鉆模裝配圖參數(shù)是根據(jù)被加工零件決定的。參數(shù)化設(shè)計(jì)使得被加工零件發(fā)生改變時(shí),鉆模裝配圖也能夠很方便地作相應(yīng)變化。實(shí)現(xiàn)方法是首先建立被加工零件圖和設(shè)置滿足可變參數(shù)的變量(如表1所示);然后,在組成裝配圖的塊圖中設(shè)置外部變量與表2中定義的被加工零件變量相關(guān)聯(lián)。在變量定義時(shí)還可以建立任何數(shù)學(xué)表達(dá)式、函數(shù)式以及邏輯表達(dá)式來適應(yīng)不同的變化。如表2中的LD>80? do+6; do+10就表示當(dāng)加工零件長度大于80時(shí),則模架孔徑d=do+6,否則d=do+l0。

基于T-FLEX的三維參數(shù)化拉伸模CAD的實(shí)踐autocad技術(shù)圖片1

本例中,參數(shù)化設(shè)計(jì)的另外一種情況體現(xiàn)在當(dāng)被加工零件的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí),鉆模裝配圖也能隨之變化。這一過程完全可以在前一裝配圖的基礎(chǔ)上生成,這樣就大大地縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

    2研究方案及技術(shù)路線

本文的核心是在T-FLEX的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)參數(shù)化裝配,其前期工作主要有:產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算出產(chǎn)品生產(chǎn)所需要的凸凹模的有關(guān)參數(shù),然后在T-FLEX環(huán)境下造型生成上下模;模具零部件的圖庫的建立,根據(jù)有關(guān)國家模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)手冊,將拉伸模具中要用到的零部件在T-FLEX環(huán)境下建立起參數(shù)化零件庫,將手冊上所列的標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫,供裝配時(shí)隨時(shí)調(diào)用。參數(shù)化裝配完后,利用T-ILEX軟件明細(xì)表自動(dòng)生成功能,得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的裝配明細(xì)表和一個(gè)". mdb"格式的BOM表,為后期模具信息提取系統(tǒng)的開發(fā)提供前提條件。其整個(gè)工作流程環(huán)節(jié)如圖1所示。

基于T-FLEX的三維參數(shù)化拉伸模CAD的實(shí)踐autocad技術(shù)圖片2

基于T-FLEX的三維參數(shù)化拉伸模CAD的實(shí)踐autocad技術(shù)圖片3

3拉伸模具參數(shù)化零件庫的建立

在拉伸模具參數(shù)化零件庫建立之前,首先對(duì)常用的拉伸模具的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,將拉伸模具的零件具體分為標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件兩大類,然后利用T-FLEX CAD的參數(shù)化造型功能建立拉伸模具零件的三維實(shí)體造型,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拉伸模具參數(shù)化零件庫的建立,參數(shù)化零件庫建立的工作原理如下。

1)通過數(shù)據(jù)庫編輯器建立標(biāo)準(zhǔn)件、非標(biāo)準(zhǔn)件中關(guān)于零件標(biāo)準(zhǔn)信息描述的數(shù)據(jù)庫,然后在各數(shù)據(jù)庫中建立零件國家標(biāo)準(zhǔn)信息數(shù)據(jù)表,為T-FLEX通過數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

在設(shè)計(jì)過程中,我們往往要查閱有關(guān)手冊,從手冊中的圖表得到有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)。例如公差值的大小,軸承、螺栓、螺母等的相關(guān)尺寸。為了使CAD系數(shù)具備查閱手冊的功能,首先我們可以把手冊里的圖表轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫,然后利用CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫操作功能從數(shù)據(jù)庫中讀取我們所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。T-FLEX造型功能為我們提供了方便的參數(shù)化功能。在T-FLEX的參數(shù)菜單欄中,選擇數(shù)據(jù)庫選項(xiàng),新建一個(gè)數(shù)據(jù)庫,然后將有關(guān)參數(shù),添加到數(shù)據(jù)庫編輯器中如圖2,并將數(shù)據(jù)庫保存為內(nèi)部數(shù)據(jù)庫,存于和對(duì)應(yīng)圖形相對(duì)應(yīng)的文件目錄下,供圖形關(guān)聯(lián)變量聯(lián)接用。

2)通過變量編輯器定義零件信息參數(shù),分別可以定義為變量的形式,變量的取值可以直接從數(shù)據(jù)庫中獲得,改變對(duì)變量賦值,從而實(shí)現(xiàn)變量及數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)參數(shù)化零件庫的最終建立。圖3以圓為例,進(jìn)行了圓半徑的變量定義。

T-FLEX會(huì)自動(dòng)將所有變量添加到變量編輯器中,如圖4,此時(shí)還可以在變量編輯器中編輯修改圖形尺寸。

基于T-FLEX的三維參數(shù)化拉伸模CAD的實(shí)踐autocad技術(shù)圖片4

上述變量的數(shù)值可以人工輸入,也可以通過聯(lián)接數(shù)據(jù)庫的功能,實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)庫數(shù)值來驅(qū)動(dòng)圖形的變化,如圖5所示。

3)參數(shù)化零件庫的建立需要考慮為CAM.CAE集成提供接口,為裝配圖明細(xì)表、BOM表的自動(dòng)生成提供必要的數(shù)據(jù)。因此在變量表中應(yīng)詳盡定義零件的材料、熱處理工藝、公差精度、技術(shù)條件等有關(guān)參數(shù)。

在T-FLEX環(huán)境下,軟件本身有自動(dòng)生成裝配明細(xì)表及BOM表的功能,但要在建立零件庫的過程中將有關(guān)的參數(shù)在零件庫的變量編輯器中預(yù)先設(shè)定好。如圖6所示圖庫中凸模的有關(guān)參數(shù)設(shè)定。

分別建立起拉伸模具中的標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件,如上模座、下模座、中間導(dǎo)套、中間導(dǎo)柱、推桿等的零件庫。

    4裝配圖及其爆炸圖

按照T-FLEX提供的裝配功能,將建立好的零件進(jìn)行裝配,裝配成的拉伸模具如圖7所示。

    其中的凹凸模具可以根據(jù)實(shí)際的需要,在一個(gè)已經(jīng)定義好的數(shù)據(jù)庫中選擇,重新生成一套新的模型。為了清楚地看到各個(gè)零件之間的關(guān)系,T - FLEX平臺(tái)下可以方便地生成上述模型的爆炸圖,如圖8所示。

5 BOM表的自動(dòng)生成

物料清單是詳細(xì)記錄一個(gè)項(xiàng)目所用到的所有下階材料及相關(guān)屬性,包括與所有子件的從屬關(guān)系、單位用量及其他屬性。在所有數(shù)據(jù)中,物料清單的影響面最大,對(duì)它的準(zhǔn)確性要求也相當(dāng)高T-FLEX提供了非常方便的BOM表自動(dòng)生成功能,選擇三維塊圖參數(shù)屬性,在插人三維塊圖選項(xiàng)框中將塊圖設(shè)置為添加到明細(xì)表。在所有插人的塊圖都以這種方式設(shè)置好之后,裝配的全過程已經(jīng)為自動(dòng)生成明細(xì)表做好了準(zhǔn)備,最后只需在裝配圖中,打開二維窗口,執(zhí)行"功能選項(xiàng)、設(shè)置明細(xì)表一新建",然后選擇預(yù)先設(shè)定好的明細(xì)表模板,此時(shí)即可生成一個(gè)完整的明細(xì)表。與此同時(shí),T-FLEX會(huì)在該裝配圖的文件目錄下自動(dòng)生成一個(gè)". mdb"格式的數(shù)據(jù)庫文件,即BOM表,如圖9所示。

    將明細(xì)表欄中的信息統(tǒng)計(jì)于一個(gè)列表中,這就為后續(xù)信息提取工作的順利進(jìn)行提供了準(zhǔn)備,并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)接。

基于T-FLEX的三維參數(shù)化拉伸模CAD的實(shí)踐autocad技術(shù)圖片5

5結(jié)束語

提出了一種新的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,完成了零件的參數(shù)化設(shè)計(jì),參數(shù)化裝配,以及BOM表的自動(dòng)生成,體現(xiàn)了一種新的參數(shù)化設(shè)計(jì)思想;在已有二維CAD系統(tǒng)軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出開發(fā)模具三維全柔性化CAD系統(tǒng),與已有的一些二維CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比,擬開發(fā)的模具三維全柔性化CAD系統(tǒng),從設(shè)計(jì)一開始就以實(shí)體模型再現(xiàn)整套模具的真實(shí)面目,完全避免了零件之間的干涉問題;可以直接對(duì)三維的模具零件進(jìn)行強(qiáng)度剛度等設(shè)計(jì)計(jì)算,使其結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化;可以直接調(diào)用三維零件進(jìn)行加工.避免了加工和設(shè)計(jì)兩套程序引起的差錯(cuò),縮短了開發(fā)周期,減少了設(shè)計(jì)過程可能的出錯(cuò)環(huán)節(jié),提高了設(shè)計(jì)制造質(zhì)量;可以通過三維實(shí)體對(duì)模具的工作原理進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,既可用來檢驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,又可用于模具教學(xué)。另外,采用全柔性化的設(shè)計(jì),如果相同類型模具中的一個(gè)被確定,只需輸入少量的參數(shù),其它尺寸規(guī)格的模具就被確定,而不需全部重新設(shè)計(jì)。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才