冲模滑动导向钢板模架三维参数化模架库及其标准件库构建毕业论文.doc

本科毕业设计第1页共34页1绪论由于产品零件的三维模型表示比二维模型具有明显的优越性，代表了CAD技术发展的主流，因此，国外商品化的CAD/CAM软件都以三维模型作为产品信息模型表示的主要方法，如Pro/ENGINEER、I-DEAS、CADDS5、UG和CATIA等1。但这些系统都没有标准件库，给设计工作带来许多不便，开发、建立适合国内设计标准的三维标准件库就成为国外CAD/CAM软件国产化的一项重要工作，标准件库已成为CAD应用系统的重要组成之一。随着CATIA和CADDS5上标准件建库工作的完成，作为国内唯一自主研发并具有自主知识产权的三维CAD软件CAXA实体设计的标准件建库就显得极为迫切和重要。本次毕业设计介绍了一种以CAXA实体设计为支撑软件，基于特征的三维参数化模架及其标准件建库方法的技术。1.1课题背景实现模具设计、制造信息化与智能化，是21世纪中国模具制造业光荣而艰巨的任务2。尽管目前CAD技术在造型设计方面有了长足的发展，但设计人员未完全摆脱繁复枯燥的绘图工作的困境。其重要原因之一就在模具标准化的今天，各国都产生了自己的标准，然而使用大量的标准零件、标准模架，在每一副模具的设计中是不可缺少的。现在，少数CAD软件系统提供类似的一些图形库。在模架的选择过程中如何减少设计过程中的主观因素，实现模架选择的自动化，一直是CAD/CAM软件开发商研究的课题3。一些外国的CAD软件已经在着手开发类似标准模架的模块，如UGNX2的MoldWizard模块，Pro/E的EMX模块，但模架自动选择功能未能实现4。中国正在大力鼓励自主创新，建设创新型国家。中国的制造业也将会发展成为拥有自主品牌、拥有自主知识产权的创新产品的制造业。为了适应新形势下各模具生产企业发展、增强竞争力的需要，一方面，企业的生产必须上档次，才有可能在更多的领域参与竞争，才能拓展更广阔的发展空间，获得效益的空间也才更广阔；另一方面，企业必须提高生产效率。生产效率的提高应从两方面着手，一是缩短设计的时间，二是减少花在制造零件上的时间。对于模具生产企业来说，要提高经济效益、提高企业的快速反应能力和市场竞争能力一个重要方面就是要缩短设计时间和制造时间5,作为一种尝试,本次课程设计设计了基于CAXA2009的冷冲模模架库及其标准件库。本科毕业设计第2页共34页1.2产品造型与设计技术在现代零件设计与加工过程中，技术人员主要通过数字化的零件工程信息，诸如:图形、尺寸、符号、公差、配合等交换产品信息。产品设计过程中在计算机上表达产品信息的方式即称为产品造型技术，好的产品造型技术除了能在计算机上绘制二维工程图、三维实体图形外，还能够表达产品的材料、公差及配合等非几何信息。正是由于通过产品造型技术将产品的工程信息数字化，才使得计算机辅助设计的各个环节使用同一个产品数据模型，共享信息，从而实现CAD/CAE/CAM系统的集成6。在CAD技术的发展过程中，其造型技术大致经历了二维造型、线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型、基于特征的参数化和变量化造型等几个历史阶段7。线框造型、曲面造型、实体造型等几何造型的共同特点是，仅能描述产品的几何信息，难以在造型中表达材料、公差及配合等非几何信息，产品信息表达不完整和不精确，满足不了CAPP、CAM等的需要。从用户操作和图形显示上，往往感觉不到特征模型与实体模型的不同，其主要区别表现在内部数据表示上。通过定义特征，可以避免计算机内部实体模型数据与外部特征数据的不一致性和冗余，可以方便的对特征进行编辑操作8。本次设计采用了基于特征的参数化造型技术。传统的实体造型技术都是无约束的自由造型技术，即用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都有确定的位置，要想修改结构形状，只有从新造型。而新产品的设计不可避免地要多次反复修改，进行零件形状和尺寸的综合协调、优化。同时，从本质上看，设计就是一个约束满足问题，因此，基于约束的实体造型技术-参数化造型技术应运而生，使得产品的设计图形可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而自动修改图形，实现了工程设计的智能化和自动化9。1.3本次毕业设计课题研究内容与目的模具是在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。冲压模是用于板料冲压成形和分离的模具。模具一般分为两个部分：动模和定模，或凸模和凹模。除其本身外，还需要模座、模架、导向装置等，这些部件一般都是制成通用部件，以适用于一定范围的不同模具10。本科毕业设计第3页共34页模架（图1-1）一般指的是上模座、下模座、导柱、导套等的组合体11。其主要作用是把模具的结构及工作零件联结起来，以保证模具工作部分在工作时有一个确定的相对位置12。1-上模座2-下模座3-导柱4-导套图1-1模架的组成结构系列模架为冲压模具设计中普遍采用的基础标准构件，构建国标相关三维参数化模架库及其标准件库，可显著提高设计工作效率。课题针对国家标准“冲模滑动导向模架”，以国产通用三维CAD软件CAXA实体设计与MicrosoftExcel为支撑平台，利用CAXA实体设计自身的参数化模型构造工具，构建系列“冲模滑动导向模架”及其标准件参数模型；通过CAXA实体设计提供的与Excel的链接接口，对内嵌在Excel表格中的三维模型实现参数赋值与驱动，实现模架库及其标准件库的构建。课题要求如下：研究和分析国家标准“冲模滑动导向模架”所涉及的系列模架组成情况，及其相关标准件结构与数据构成特点。提出课题的实现方案。熟练掌握CAXA实体设计环境下参数模型的构建和驱动方式、CAXA实体设计与MicrosoftExcel的链接。在CAXA实体设计环境下，分类构建不同系列模架参数模型，以及相关标准件参数模型，并将其链接到相应的Excel表格之中。在Excel环境下，构建模架及其相关标准件数据表；通过参数赋值或修改，实现Excel表格中三维模型的参数驱动。本科毕业设计第4页共34页1.4参数化设计及标准库建库技术参数化设计(也叫尺寸驱动，DimensionDriven)，是CAD技术在实际应用中提出的课题，其不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图功能，目前是CAD技术应用的一个重要并有待于进一步研究的课题13。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，从而大大提高设计速度，并减少信息存储量。参数化设计技术以约束造型为核心,以尺寸驱动为特征,允许设计人员进行草图设计,勾画出设计轮廓,然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。参数化设计缩短设计周期,改善图形的修改手段,提高设计的柔性,并为初始设计、产品模型的修改、多方案比较和动态设计提供强大的手段,在实体造型、装配、公差分析与综合机构仿真、优化设计等领域的作用越来越多。标准件库把设计可能用到的标准件信息存放在一起,零件数据采用标准的描述格式,由专用的管理系统进行管理,设计人员可以进行检索、访问,并提供与CAD系统的标准接口,检索到的零件信息可以方便地纳入设计文件14。零部件的标准化是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效途径,在设计时可以直接从标准件库中调用标准件，改变需要变动的部分，以取代产品目录,完成企业之间的信息集成,提高CAD应用水平。这也是计算机技术用于制造业的一个必然结果15。系列模架为冲压模具设计中普遍采用的基础标准构件，构建国标相关三维参数化模架库及其标准件库，可显著提高设计工作效率。1.5课题研究准备工作为完成本次课程设计，需要大量的最新版的国家标准以及行业标准，为此我在指导老师的帮助下，搜集整理了相关的国家标准。本套标准为2009年的新版国标，内容包括：导柱、导套、上模座、下模座、模架等分为五大类、十六小类。以GB/T23565.4-2009四导柱模架为例，标准内容包括前言、范围、规范性引用文件、尺寸规格、技术要求以及标记等，设计时必须完全参照。此外，为更好地完成毕业设计，头脑中对模架需要有一个直观的印象，因此，我在指导老师的带领下参观了中航集团石飞公司，对飞机制造过程中所涉及到的模具加工及使用情况做了具体的参观实习，明确了企业所使用模架的种类，同时也对模架库及标准件库在实际应用中的作用有了直观的印象。