劉占峰

摘 要：本文論述了參數(shù)化設(shè)計的主要界定、設(shè)計觀念和方式，并提供了參數(shù)化設(shè)計設(shè)計在模具不動板設(shè)計中的運用。該方式的運用可以大大縮短模具型殼的設(shè)計時間，對提升模具的市場競爭能力具備重要和實際意義。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計;模具設(shè)計;應(yīng)用研究

引言

伴隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品的基本功能和構(gòu)造更加繁雜，新品的發(fā)布時間愈來愈短。設(shè)計階段在生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)率中起著關(guān)鍵的作用。工程圖是具體項目中表述設(shè)計觀念的方法，提升工程圖的制作品質(zhì)和效果是提升設(shè)計品質(zhì)、減少設(shè)計周期的重要環(huán)節(jié)之一。

一、傳統(tǒng)CAD繪圖技術(shù)

傳統(tǒng)式的CAD繪圖技術(shù)使用固定的尺寸值定義集合元素，每條輸入線都是有一個明確的部位。在改動方式時，只需改動一個原素，隨后通過反復(fù)的刪除以及重畫操作。因而，在某種程度上，通用性CAD系統(tǒng)只有保證繪圖員的工作環(huán)境從繪圖板遷移到計算機。傳統(tǒng)式CAD在幾何造型和工程圖的發(fā)展中起到了關(guān)鍵作用。但是實際中，依舊存在一部分問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）無法支持快速的設(shè)計修改以及有效使用之前的設(shè)計結(jié)果。傳統(tǒng)式的CAD只記錄產(chǎn)品的形狀坐標信息。（2） 不能完全支持維護設(shè)計完整性的工作。傳統(tǒng)的 CAD 系統(tǒng)不記錄設(shè)計對象的內(nèi)部元素之間的關(guān)系。當設(shè)計更改時，特定部分的更改不能自動反映在相關(guān)部分的更改中，必須由設(shè)計人員手動更改。在很多情況下，不能保證設(shè)計要求包含在設(shè)計中。重復(fù)時的可靠保證。（3）不符合工程設(shè)計者的習(xí)慣。在工程設(shè)計中，經(jīng)常會出現(xiàn)將結(jié)構(gòu)草圖定義為原型，不斷定義約束，通過一些高級設(shè)計指令調(diào)整參數(shù)值，隨著時間的推移進行改進以達到最佳設(shè)計效果的情況。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)面向特定的幾何圖形，只處理圖形元素的幾何信息，只記錄幾何圖形的精確坐標信息，大量的幾何圖形拓撲、尺寸約束信息、功能需求信息與實際工程意義被拋棄，應(yīng)用受到限制到產(chǎn)品的詳細設(shè)計階段。自1990年代初以來，CAD 技術(shù)已發(fā)展到第五階段，以參數(shù)化設(shè)計、功能建模等新技術(shù)為主要核心，成功解決了CAD技術(shù)前一階段CAD系統(tǒng)的缺陷。

二、參數(shù)化設(shè)計的基本概念

（一）參數(shù)設(shè)計與變量設(shè)計的區(qū)別

參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)和形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來定義大小-數(shù)量關(guān)系。參數(shù)的求解比較簡單，參數(shù)明確對應(yīng)設(shè)計對象的控制尺寸，設(shè)計結(jié)果的變化由尺寸決定。變分法是指設(shè)計對象的修改順序需要更多的自由度，通過求解一系列約束方程來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。約束方程可以是幾何關(guān)系或工程計算條件，設(shè)計結(jié)果的變化是由約束方程驅(qū)動的。可變設(shè)計可應(yīng)用于公差分析、運動機構(gòu)調(diào)整、設(shè)計優(yōu)化、初步設(shè)計和選擇等。從設(shè)計方法的角度來看，可變設(shè)計 CAD 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)仍有許多問題需要解決。

（二）參數(shù)模型

所謂參數(shù)模型，就是用形式參數(shù)表示的模型，包括參數(shù)之間的關(guān)系?？梢垣@取一組特定的數(shù)字來獲得相應(yīng)的設(shè)計模型。要實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，首先需要建立零件的參數(shù)化模型。一般來說，模型的結(jié)構(gòu)（即拓撲信息）沒有改變，每個參數(shù)的值都是可變的。但是，在某些情況下，拓撲結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生變化。

（三） 約束

約束是多個對象之間必須滿足的關(guān)系 R （a， b， c ...）。解決約束是找到約束為真的每個對象的值?？梢杂靡浑A謂詞邏輯來描述它們，以便統(tǒng)一幾何模型和約束的表示，便于集合的推理。例如，平行線 L1 和 L2 可以表示為 Parallels （L1， L2），兩條線在點 P 的交點可以表示為交點。（L1，L2，P），圓C與多邊形的包含關(guān)系可以用Inside（C，PL）來表示。約束的類型很多，但最常見的是數(shù)據(jù)完整性約束、代數(shù)約束、邏輯約束、函數(shù)約束和幾何約束等。幾何約束基本上可以分為結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是拓撲約束，例如不可變對象的對稱性、垂直度、平行度和切線。尺寸約束是確定幾何相關(guān)元素的大小及其相對位置的約束，例如對象之間的距離。圓的半徑（或直徑）、直線的長度、兩條直線之間的夾角等都可能發(fā)生變化。

三、模具設(shè)計

模具設(shè)計是指型腔模具、冷沖壓模具等企業(yè)模具進行數(shù)字化設(shè)計的人員。在傳統(tǒng)模具設(shè)計的基礎(chǔ)上，充分應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計工具，提高模具設(shè)計質(zhì)量，縮短模具設(shè)計周期。模具是一種以特定方式形成特定結(jié)構(gòu)形式的材料的工業(yè)產(chǎn)品，也是可以批量生產(chǎn)具有特定形狀和尺寸要求的工業(yè)產(chǎn)品零件的生產(chǎn)工具。幾乎所有的工業(yè)產(chǎn)品，從飛機和汽車到小杯子和釘子，都必須在模具中成型。模制零件的精度、一致性和生產(chǎn)率是任何其他加工方法無法比擬的。模具對產(chǎn)品質(zhì)量、效率和新產(chǎn)品開發(fā)能力有重大影響，因此，模具享有“工業(yè)之母”的美譽。以電腦機箱為例，對設(shè)計的模具產(chǎn)品進行可行性分析。首先，使用設(shè)計軟件對每個組件的產(chǎn)品圖紙進行分析，即正在處理的一系列圖紙，并且每個產(chǎn)品的圖紙在模具設(shè)計之前都是準確的。另一方面，可以了解整個底盤中每個組件的重要性，并確定對模具設(shè)計合適尺寸，產(chǎn)品分析后進行的工作、產(chǎn)品分析中使用的模具結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品工序等進行組織的設(shè)計軟件，確定各工序的沖壓內(nèi)容，隨后進行設(shè)計。

四、參數(shù)化設(shè)計的基本原則

參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)和形狀比較定型?？梢允褂靡唤M參數(shù)來定義大小關(guān)系。參數(shù)明確對應(yīng)設(shè)計對象的控制尺寸，設(shè)計結(jié)果由尺寸決定。參數(shù)化約束設(shè)計使用自由度分析和理想結(jié)構(gòu)矩陣的概念為機械產(chǎn)品建立基于約束的幾何描述?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)有圖形準確有效地建立幾何約束依賴關(guān)系并實現(xiàn)幾何約束。參數(shù)約束設(shè)計中的中心關(guān)系是：模板圖 + 幾何約束或參數(shù) = 可變模板，模板圖是同一 CAD 環(huán)境中的任何繪圖：（1） 使用常用命令交互式創(chuàng)建的模板圖，（2） 使用現(xiàn)有圖形文件作為模板圖，以及 （3） 由參數(shù)約束命令生成或修改的圖形。該參數(shù)是指寫入維度實體的維度值。這將是以下尺寸文本之一：它由圖中的設(shè)計變量通過：尺寸測量值、設(shè)計者輸入值和、方程、計算得出。從包含尺寸設(shè)計變量的圖形文件中獲得的輸入值。幾何約束一般指平行、垂直、相切等形狀約束。變量映射是基于模板映射的大小相關(guān)變化的圖形表示，其形狀和大小與其包含的維度相同。變化圖表可以修改和編輯，也可以用作其他圖表的模板圖表。

五、應(yīng)用實例

根據(jù)注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可分為幾個主要模塊：標準件、動、定模固定板、動模、定模。每個零件在零件結(jié)構(gòu)形狀和圖紙表示上都有自己的特點，您可以根據(jù)用戶的需要創(chuàng)建模板圖紙或使用現(xiàn)有的圖形文件。參數(shù)化設(shè)計在模具設(shè)計中的應(yīng)用越來越成熟。以注塑模具固定板為例，采用尺寸驅(qū)動的方法在CAD中完成參數(shù)化設(shè)計。首先，運行 CAD 編程的 VBA 參數(shù)化設(shè)計程序，如圖 2 所示。用戶輸入注塑模具固定板的基本尺寸公差并單擊“生成圖形”按鈕。如圖4所示，在CAD繪圖區(qū)自動生成完整的注塑模具固定板零件圖。使用該程序設(shè)計一個零件每人大約需要 15 分鐘，如果不實施參數(shù)化設(shè)計，每人需要 2 天，大大減少了設(shè)計時間。

結(jié)束語

通過將參數(shù)化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用到模具設(shè)計中，可以快速設(shè)計模具零件，快速更改設(shè)計，有效利用之前的設(shè)計成果。參數(shù)化設(shè)計廣泛應(yīng)用于模具設(shè)計行業(yè)，對提高模具設(shè)計效率、縮短模具開發(fā)周期、降低模具開發(fā)成本具有一定的積極作用。

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