0引言
汽車工業是國民經濟的支柱產業,汽車的更新換代主要取決于車身的開發周期,而車身開發的關鍵在于汽車沖壓模具的設計與制造。在汽車覆蓋件中,特別是中高檔轎車覆蓋件中,個性化、表面精度高的產品較多,且更新換代周期越來越短,因而對汽車沖壓模具的設計和制造要求也越來越高。在汽車覆蓋件中不同程度地存在系列化的問題,雖然汽車型號各不相同,但對各種型號汽車的車身、車門等覆蓋件而言,均具有幾何拓撲結構相同或類似的特征。由于只是曲面形狀不同,沖壓模具設計人員常因不同的曲面形狀而重復進行設計,設計效率低,模具開發周期長。作者利用成組技術對汽車沖壓模具進行分類編碼,實現汽車沖壓模具的系列化,在UG平臺上進行二次開發實現汽車沖壓模具的全參量化設計,從而縮短產品的設計周期,提升設計水平和設計效率。
1成組技術的原理
成組技術(GroupTechnology,簡稱GT)是按照事物的相近性,將許多不同但具有相近的事物依照一定的準則分類成組,使類似的事物能夠采取相同的解決辦法,以達到節省時間、精力和費用的目的。它研究如何識別和發掘生產活動有關事物的相似性,并在零件設計和制造中充分地利用他們的相似性,相似零件被列入一個零件組或零件族。成組技術能把相似的問題歸類成組,尋求解決這一組問題的最優方案,以取得所期望的經濟效益。
成組技術最基本的原理是相似性,即產品零件的幾何形狀、結構特征的相似性,制造零件工藝規程的相似性,材料毛坯的相似性等。只要充分利用這一特點,就可將零件按相似原理劃分為具有共性的一體,在加工中以群體為基礎集中對待,從而使多品種小批量的生產轉化為近似大批量的生產。
成組技術的關鍵是按照一定的規則進行分類編碼,實現產品的數字化表示。機械零件分類編碼系統,就是用數字、字母或符號,將機械零件圖上的各種特征進行描述和標識的一套特定的法則和規定。
2系統開發平臺
在汽車沖壓模具的生產中,廣泛采用UG軟件進行汽車沖壓模具的設計、分析和加工,UG軟件實現了設計優化技術與基于產品和過程的組合,顯著地改進了汽車沖壓模具的生產率。此外,UG還提供了CAD/CAE/CAM業界最先進的編程工具集UG/Open,用來滿足用戶二次開發的需要,以開放性架構面向不同的軟件平臺提供靈活的開發支持,因此,本設計選擇UG軟件作為開發平臺。
UG中提供了豐富的建庫工具,本設計綜合運用 UG/OpenMenuScript、UG/OpenUIStyler、UG/Open API、VisualC++60和Access數據庫等開發工具利用程序設計法建立汽車沖壓模具參數化系統。如圖1為汽車沖壓模具參數化系統開發程序流程圖。
3 汽車沖壓模具參數化系統設計
3 1 汽車沖壓模具零件分類
如前所述,成組技術的核心是利用零件的相似性,將相似問題歸類成組以便提出統一的解決方案。利用成組技術的原理,對中國模具工業協會2002年版汽車沖模標準匯編中的零件按構件結構相似性和其屬性的相似性分類成組,分為模座、導向裝置、安裝裝置、起重裝置、限制裝置、成翻裝置、定位裝置、進出口料裝置、緊固元件、沖切裝置10大類,每一大類中分為若干個子類,每個子類又包含若干個具體系列的零件。這種分類組織形式非常適合采用分類樹來組織零件進行建庫。用戶可以根據需要對分類樹進行擴充、修改或刪除等操作。圖2為汽車沖壓模具零件分類樹。
32汽車沖壓模具零件的編碼規則
為了既便于計算機檢索又能正確反映零件的整體信息,將零件的特征信息編碼分為3層:第1層代碼是汽車模具標準代號,共7位,第7位為個別標準代號,如標準代號為QM15041的起重棒,它的第1層代碼為QM15041;標準代號為QM1101的下模座,它的第1層代碼為QM11010。第2層是零件編號,共4位,如標準代號為QM1101下模座的第一個零件,它的第2層代碼為0001。第3層是零件屬性編號,實體模型為A,參數化后的模型為B,由實體模型修改后的模型為C。如圖3表示標準代號為QM1101下模座第一個零件,屬性為實體模型。
33汽車沖壓模具參數化系統設計
汽車沖壓模具參數化系統總體分為零件參數庫、裝配模型參數庫和模型管理3個部分,零件參數庫中主要包含模具設計的各個零件及其參數;裝配模型參數庫中包含裝配完成后的整套模具及其參數,主要采用自頂向下的裝配方式;模型管理中包含各零件及裝配模型的資料。
331零件參數庫設計
零件參數庫中,按照之前的分類和編碼,利用UG軟件的特征造型技術,每一種標準號的零件均手工建立一個模型,并在造型過程中完成對模型的幾何約束和尺寸約束定義,同時對需要尺寸驅動的特征尺寸定義相應的變量,以便程序訪問,實現尺寸驅動。零件參數庫采用數據庫來存儲零件的各種參數。當用戶在進行產品設計時,如果需要某一型號的零件,則通過用戶界面的零件庫或模型管理系統調用對應零件模型并檢索數據庫得到零件的驅動參數,直接對零件模型進行尺寸驅動,生成需要的零件模型。圖4為汽車沖壓模具參數化設計菜單,圖5為標準號QM1101的模型參數對話框,圖6為給定參數后的模型。
332裝配模型參數庫設計
在裝配模型中包括已設計好的幾種沖壓模具裝配模型,設計員可以直接調用,也可以根據需要修改其中的參數和結構來使用,模具中各個零件利用UG/WAVE技術參數關聯,可實現模型總體裝配的快速自動更新。在該模塊設計中,首先,計算模具主要空間尺寸,完成總體參數的設計;其次,根據總體產品參數進行子系統的參數設計,并由繼承的參數分別生成凸模子構件、凹模子構件和壓邊圈子構件,可進行并行工程的設計。各子系統之間又有一定的約束關系,通過WAVE的幾何連接器和關聯拷貝建立約束條件,以完成子構件的參數化聯動;然后,通過繼承子構件的參數模型進行詳細的產品設計,對于凸模和凹模,可建立加強筋、鑄造孔、空刀槽等;最后,添加輔助裝置,可以通過調用零件參數庫中的模型進行裝配,以完成整套模具的設計。圖7為汽車沖壓模具的控制結構和基本設計流程,寬箭頭表示參數的繼承關系,直線箭頭表示部件之間的幾何相關性。
333模型管理庫設計
在模型管理庫中包含零件及裝配模型的編號、名稱、屬性、材料、熱處理、技術條件及存儲路徑的各種詳細資料,可以通過查找、修改、刪除、新建等操作來完成模型管理庫的管理,也可直接在模型管理庫中調用所需模型并進行修改。圖8為模型管理對話框。
4結束語
(1)根據成組技術的相似性原理,結合汽車沖壓模具的結構特點對汽車沖壓模具進行分類編碼,將汽車沖壓模具分成10大類,若干小類,建立了分類編碼規則,使汽車沖壓模具的分類標準化。
(2)選擇UGNX40作為開發平臺,開發汽車沖壓模具參數化系統,該系統分為零件參數庫、裝配模型參數庫和模型管理3個部分,可以實現汽車沖壓模具的零件和裝配模型的快速調用。
(3)成組技術與汽車沖壓模具圖形數據結合,實現對汽車沖壓模具的集中管理和快速檢索,減少了重復設計,縮短了設計時間,提高了工作效率。
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