基于UG自頂向下設(shè)計(jì)在沖壓模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

胡雅清,杜東方,李京筱

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽(yáng) 618000)

0 引 言

不論是對(duì)各種機(jī)器的設(shè)計(jì)還是模具設(shè)計(jì),各個(gè)部件之間以及零件之間都有尺寸或形狀的匹配關(guān)系。如果將一個(gè)一個(gè)的零件按要求設(shè)計(jì)好再裝配到一起,在設(shè)計(jì)每個(gè)零件時(shí),為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)零件之間尺寸關(guān)系的正確匹配,各個(gè)零件的尺寸都必須準(zhǔn)確無(wú)誤地輸入,這樣既耗時(shí)又費(fèi)力;對(duì)沖壓模具設(shè)計(jì)而言(本文僅考慮冷沖模),大多數(shù)情況下,凸模端面與凹模底面都有復(fù)雜的曲面形狀需要匹配,如果分別創(chuàng)建凸模端面與凹模底面曲面,更是費(fèi)力又耗時(shí)。而如果基于裝配模式,采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法[1-4],上述缺點(diǎn)都能得到克服。

1 沖裁模具(平底凸模)的設(shè)計(jì)建模方法

1.1 由零件到裝配的建模方法[1-2]

1.1.1 Wave模式下的自頂向下的設(shè)計(jì)方法[1-2][5-6]

從上到下依次創(chuàng)建模具的各零件,具體操作步驟如下。

1) 新建裝配文件(圖1)

2) 單擊新建圖標(biāo)或單擊文件主菜單→新建圖標(biāo)或同時(shí)按住Ctrl+N。創(chuàng)建組成模具的第一個(gè)零件。以模柄為例,在導(dǎo)航區(qū)點(diǎn)擊部件導(dǎo)航器圖標(biāo),并用各種三維造型方法設(shè)計(jì)符合要求的模柄零件(圖2,3)

圖2 模柄零件的部件導(dǎo)航器Fig.2 Part navigator for shank parts

圖3 模柄Fig.3 Shank

3) 依次創(chuàng)建上模座、墊板等零件

(1) 創(chuàng)建上模座(圖4)。在創(chuàng)建上模座、繪制其平面圖形時(shí),可直接點(diǎn)擊投影曲線圖標(biāo),再點(diǎn)擊模柄與上模座配合的圓柱面任意一端的“圓”(高版本是“圓柱面”),即實(shí)現(xiàn)了模柄相關(guān)圓柱面尺寸與上模座上對(duì)應(yīng)孔的尺寸匹配。特別要注意的是,模柄與上模座是兩個(gè)獨(dú)立的零件,所以布爾關(guān)系要選擇“無(wú)”(圖5)。

圖4 上模座的平面圖形Fig.4 Plane figure of upper die base

圖5 模柄與上模座的布爾關(guān)系Fig.5 Boolean relation of shank and upper die base

(2) 創(chuàng)建墊板。在創(chuàng)建墊板、繪制其平面圖形時(shí),可先點(diǎn)擊投影曲線圖標(biāo),再點(diǎn)擊上模座的輪廓邊和其上的4個(gè)螺釘孔邊,即實(shí)現(xiàn)了墊板的輪廓尺寸、其上螺釘孔的尺寸以及螺釘孔的中心距均與上模座上相應(yīng)的尺寸相等,如圖6所示,圖6中藍(lán)色線是創(chuàng)建墊板時(shí)需要繪制的平面圖形,是通過(guò)上模座相應(yīng)輪廓投影獲得的。同樣要注意的是墊板與上模座是兩個(gè)獨(dú)立的零件,所以布爾關(guān)系要選擇“無(wú)”。

圖6 通過(guò)投影功能獲得墊板與上模座相關(guān)尺寸Fig.6 Through the projection function, the matching of the relevant dimensions of the padding plateand blank and the upper die base is obtained

4) 依次創(chuàng)建其他未創(chuàng)建的模具零件

依次創(chuàng)建完模具的所有零件,凡是零件間有尺寸匹配關(guān)系的都可以采用步驟3)中上模座、墊板的創(chuàng)建方法來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí),創(chuàng)建的模具零件是獨(dú)立的,因此布爾關(guān)系要選擇“無(wú)”。圖7為創(chuàng)建完模柄、上模座、墊板和上模座的部件導(dǎo)航器和模具零件。

圖7 創(chuàng)建完模柄、上模座和墊板的部件導(dǎo)航器和模具零的匹配件Fig.7 The part navigator afterthe shank, upper die base, padding plate blank

5) 創(chuàng)建空的模具零件名稱并與創(chuàng)建好的模具零件鏈接

(1) Wave模式的打開(kāi)。在導(dǎo)航區(qū)點(diǎn)擊“裝配導(dǎo)航器”圖標(biāo),在裝配導(dǎo)航器空白處單擊右鍵,在彈出的下拉菜單中勾選“Wave模式”,即打開(kāi)Wave模式(圖8)。

圖8 打開(kāi)Wave模式Fig.8 Turn on wave mode

(2) 創(chuàng)建空的部件。將鼠標(biāo)停在總的裝配體名稱上,單擊右鍵,在彈出的快捷菜單上先將鼠標(biāo)移到“Wave”上,再將鼠標(biāo)移到“新建級(jí)別”(高版本為“新建層”)并單擊,彈出新建級(jí)別(高版本為新建層)對(duì)話框,在對(duì)話框中輸入需要的名稱,如“shangmu”并回車(chē)。

(3) 創(chuàng)建空的模具零件名稱。將鼠標(biāo)停在總的裝配體名稱上單擊右鍵,在彈出的快捷菜單上,先將鼠標(biāo)移到Wave上,再將鼠標(biāo)移到“新建級(jí)別”(高版本為“新建層”)并單擊,彈出新建級(jí)別(高版本為新建層)對(duì)話框,在對(duì)話框中輸入需要的名稱,如“mubing”并回車(chē)(圖9)。要注意的是,每次創(chuàng)建空的模具零件名稱時(shí),總是將鼠標(biāo)停在總的裝配體名稱上單擊右鍵,而不能將鼠標(biāo)停在子裝配體名稱上(這里為shangmu)單擊右鍵,否則,后面無(wú)法將創(chuàng)建好的模具零件與空的模具零件名稱鏈接(圖10,繪圖區(qū)模具零件變成淺色,不能選擇相應(yīng)的零件)。

圖9 創(chuàng)建空的模柄零件Fig.9 Create an empty shank part

圖10 鼠標(biāo)停在子裝配體上創(chuàng)建空的模具零件的情況

(4) 將創(chuàng)建好的模具零件與空的模具零件名稱鏈接。在“新建級(jí)別”(高版本為“新建層”)對(duì)話框中輸入需要的名稱并回車(chē)后,將鼠標(biāo)移到繪圖區(qū)相應(yīng)的零件上(這里為模柄)并單擊,相應(yīng)零件的顏色發(fā)生改變(圖9),再單擊“確定”按鈕(圖9),即將創(chuàng)建好的模具零件與空的模具零件名稱鏈接,空的模具零件名隨即變成實(shí)在的模具零件。用同樣的方法將創(chuàng)建好的其他模具零件與相應(yīng)空的模具零件名稱鏈接,上模大部分零件鏈接好的圖如圖11所示。

圖11 鏈接好模具零件的導(dǎo)航器Fig.11 Navigator linkeddie parts

6) 將模具零件歸入子裝配體

根據(jù)隸屬關(guān)系,將模具零件歸入相應(yīng)的子裝配體,例如,模柄屬于上模,就將模柄歸入上模子裝配體中,這樣,設(shè)計(jì)好的模具層級(jí)關(guān)系明了,也符合模具結(jié)構(gòu)關(guān)系。將上模的所有零件選中,按住鼠標(biāo)左鍵移動(dòng)鼠標(biāo)到“shangmu”上釋放鼠標(biāo)。隸屬關(guān)系歸入完成的圖如圖12所示。

圖12 模具零件歸入子裝配體Fig.12 Die parts areclassifiedintosubassemblies

1.1.2 子裝配模式下的自頂向下的設(shè)計(jì)方法[1-2, 5-6]

前1)～4)步驟與Wave模式下的自頂向下的設(shè)計(jì)方法的前4個(gè)步驟完全一樣。

5) 移除關(guān)聯(lián)特征體參數(shù)

點(diǎn)擊部件裝配導(dǎo)航器圖標(biāo)→選中上模所有零件→編輯→特征→移除參數(shù)(圖13)。在創(chuàng)建上模的各個(gè)零件時(shí),由于各個(gè)零件間在繪圖基準(zhǔn)、尺寸之間存在關(guān)聯(lián),移除參數(shù)的目的就是消除上模各個(gè)零件之間的關(guān)聯(lián)因素,使之成為獨(dú)立的個(gè)體,否則,在之后關(guān)聯(lián)模具零件時(shí),如果先關(guān)聯(lián)了父零件,其子零件會(huì)全部消失,圖14為移除參數(shù)后部件導(dǎo)航器中模具零件的變化。

圖13 移除參數(shù)Fig.13 Remove Parameter

6) 創(chuàng)建空的子裝配體

點(diǎn)擊裝配導(dǎo)航器圖標(biāo)→裝配→組件→新建組件→取消添加定義對(duì)象前的勾(圖15)→確定。特別要注意的是,引用集不能選擇“其他”,只能選擇“模型”或“僅整個(gè)部件”。

圖15 創(chuàng)建空的子裝配體Fig.15 Create an empty subassembly

7) 定義模具零件

裝配→組件→新建組件→輸入模具零件名稱(這里為mubing)→確定→確保添加定義對(duì)象前有勾(圖16)→在繪圖區(qū)選擇模柄→確定。特別要注意的是,引用集不能選擇“其他”,只能選擇“模型”或“僅整個(gè)部件”。用同樣的方法定義其他的模具零件,圖17為定義了上模部分零件的裝配導(dǎo)航器圖。要注意的是,每次定義模具零件時(shí)一定確保總的裝配體是工作部件,而不能僅子裝配體(這里為shangmu)是工作部件,否則,在添加定義對(duì)象時(shí),將無(wú)法在繪圖區(qū)選擇相應(yīng)的模具零件(圖16,繪圖區(qū)模具零件變成淺色,不能選擇相應(yīng)的零件)。

圖16 定義模具零件Fig.16 Define die parts

圖17 定義了上模部分零件的裝配導(dǎo)航器Fig.17 The assembly navigator with some parts

8) 將模具零件歸入子裝配體

根據(jù)隸屬關(guān)系,將模具零件歸入相應(yīng)的子裝配體,例如,模柄屬于上模就將模柄歸入上模子裝配體中,這樣,設(shè)計(jì)好的模具層級(jí)關(guān)系明了,也符合模具結(jié)構(gòu)關(guān)系。將上模的所有零件選中,按住鼠標(biāo)左鍵,移動(dòng)鼠標(biāo)到“shangmu”上釋放鼠標(biāo),隸屬關(guān)系歸入完成的圖如圖18所示。

圖18 歸入好隸關(guān)系的裝配導(dǎo)航器Fig.18 Assembly navigator with of the upper die definedsubordinate relationship

1.2 有裝配到零件的建模方法[1-2]

先搭建空的模具結(jié)構(gòu)框架,然后再將模具的各個(gè)零件設(shè)為工作部件進(jìn)行編輯。

1) 在裝配模塊下創(chuàng)建空的上模、下模

新建組件圖標(biāo)→輸入新建組件名稱(這里為shangmu)→確定→取消添加定義對(duì)象前的勾(圖19)→確定。特別要注意的是,引用集不能選擇“其他”,只能選擇“模型”或“僅整個(gè)部件”(圖19)。

圖19 創(chuàng)建空的子裝配體及其零件Fig.19 Create an empty subassembly and its parts

2) 將上模設(shè)為工作部件,在其下創(chuàng)建空的模柄零件

新建組件圖標(biāo)→輸入新建組件名稱(這里為mubing)→確定→取消添加定義對(duì)象前的勾(圖19)→確定。同樣要特別注意的是,引用集不能選擇“其他”,只能選擇“模型”或“僅整個(gè)部件”(圖19)。

3) 創(chuàng)建上模所屬的其他空的零件

用同樣的方法創(chuàng)建上模所屬的其他空的零件。

4) 將下模設(shè)為工作部件,在其下創(chuàng)建空的下模零件

用創(chuàng)建上模所屬的空零件的方法創(chuàng)建下模所屬的空零件(圖20為搭建好的空模具結(jié)構(gòu)框架)。

圖20 空的模具結(jié)構(gòu)框架Fig.20 Empty die structure frame

5) 將模柄設(shè)為工作部件并進(jìn)行編輯

步驟2)所創(chuàng)建的空零件實(shí)際上只是一個(gè)零件名稱而已,還不具有零件的大小和形狀,這一步的目的就是用各種三維造型方法將模柄的三維形狀造出來(lái),并且大小也符合要求。

6) 將上模座設(shè)為工作部件并進(jìn)行編輯

要注意的是,在將上模座設(shè)為工作部件并進(jìn)行編輯時(shí),選擇范圍要設(shè)置成“整個(gè)裝配”,否則,將不能利用模柄上的現(xiàn)有平面作為繪圖平面(圖21的紅色面),也不能通過(guò)投影曲線功能來(lái)獲得模柄與上模座配合圓柱面的尺寸,并使之與上模座上對(duì)應(yīng)孔的尺寸匹配。

圖21 選擇范圍要設(shè)置成整個(gè)裝配Fig.21 The selection range is set to the entire assembly

7) 依次將上模其他零件設(shè)為工作部件并進(jìn)行編輯

同樣要注意的是,在將上模其他零件設(shè)為工作部件并進(jìn)行編輯時(shí),選擇范圍要設(shè)置成“整個(gè)裝配”,否則,將不能利用已有零件上的現(xiàn)有平面作為繪圖平面,也不能通過(guò)投影曲線功能來(lái)使相關(guān)零件間對(duì)應(yīng)部位的尺寸匹配。

2 成型模具(凸模底為復(fù)雜曲面)的設(shè)計(jì)建模方法[5-6]

成型模具凸模底往往為復(fù)雜曲面,與之對(duì)應(yīng)的凹模也為對(duì)應(yīng)的復(fù)雜曲面。如果分別創(chuàng)建,將耗費(fèi)大量的精力。在裝配模塊中,采用自上往下的設(shè)計(jì),當(dāng)設(shè)計(jì)好凸模底或凹模底的復(fù)雜曲面后,另一個(gè)就不需要再創(chuàng)建了。以一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明其方法。

如圖22所示,凸模的端面為球面,偏置曲面圖標(biāo)→選擇要偏置的曲面(這里為凸模端面的球面)→輸入偏置的距離→確定,即得到凹模底面的曲面。要注意的是,偏置的距離為凸模與凹模之間的間隙。

圖22 通過(guò)偏置凸模底面得到凹模底面

3 結(jié)束語(yǔ)

比較上述兩大類(由分到總和由總到分)、三小類(由分到總又包括Wave模式和子裝配體模式)自頂向下裝配模式下設(shè)計(jì)沖壓模具的方法可知,與一般情況(把一個(gè)一個(gè)的模具零件先創(chuàng)建好再裝配成一副模具)無(wú)異,都需創(chuàng)建構(gòu)成模具的各個(gè)零件,不同的是,自頂向下裝配模式下設(shè)計(jì)沖壓模具少了模具零件的裝配過(guò)程,同時(shí)又能方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件之間,以及零件之間的尺寸或形狀匹配關(guān)系,提高了設(shè)計(jì)效率?！坝煞值娇偂彪m也省去模具零件的裝配過(guò)程,但與“由總到分”相較,創(chuàng)建完成構(gòu)成模具的各個(gè)零件后,需要鏈接或定義空的模具零件與真實(shí)模具之間的關(guān)系,并做相應(yīng)的歸類(過(guò)程簡(jiǎn)單且快),設(shè)計(jì)效率稍低。裝配模式下自頂向下的設(shè)計(jì)方法雖然是以沖壓模具為例,但同樣適用于各種機(jī)器的設(shè)計(jì)。在UG中,也可以通過(guò)參數(shù)化來(lái)提高設(shè)計(jì)效率,但需要對(duì)UG進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),這對(duì)模具設(shè)計(jì)人員的程序設(shè)計(jì)能力要求很高。