基于T-FLEX的三維參數化拉伸模CAD的實踐

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

在T-FLEX平臺下,以中間導柱拉伸模具為例,完成了參數化零件庫的建立、參數化裝配過程的實現以及爆炸圖的生成;自動生成BOM表,為后續(xù)處理莫定基拙,體現了一種新的參數化CAD設計方法。

李懷為宋愛軍來源:萬方數據
關鍵字:計算機輔助設計參數化設計 T-FLEX

目前三維CAD軟件在工程中已經得到了廣泛的應用,并且一些三維CAD軟件在其內部嵌人了零件庫或經過二次開發(fā)提供零件庫,但因為這些零件庫一般不具有開放性,用戶不能擴充和管理零件庫,也不能在網絡環(huán)境下對零件庫進行維護,因而在一定程度上影響了三維CAD軟件的應用和推廣。

本文建立了基于T-FLEX平臺下的三維參數化標準件和非標準件圖庫,可使設計者方便地選擇所需尺寸規(guī)格的零件進行裝配,大大縮短了產品設計開發(fā)周期。文中以中間導柱拉伸模具為例,在T-FLEX平臺下開發(fā)建立起標準件和非標準件參數化圖庫,實現模具的參數化實體裝配,自動生成爆炸圖等,最后生成裝配明細表,整個過程成功開發(fā)出一套具有PDM功能的參數化模具系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有開放性強、數據傳遞便捷、模具信息便于提取與圖庫便于維護修改等特點,順應了當今模具行業(yè)信息化發(fā)展的新趨勢;此外,該系統(tǒng)還具備自動生成裝配明細表和BOM(Bill of Material)表的功能,明細表的數據完全是從各個零件的信息欄傳遞過去,因此減少了人工繪制明細表時可能發(fā)生的錯誤,而且大大縮短了設計周期;在設計好的系統(tǒng)中,設計人員還可以通過修改、刪除或增減零件庫內零件的尺寸和相關信息,來實現對裝配圖中相關零件的尺寸及明細表中的有關參數的修改,從而裝配出不同類型的模型。本文還對產品信息提取模塊進行了開發(fā)設計。

在Delphi環(huán)境下,把裝配圖中所需要的零件參數信息提取出來,相應地生成到一個零件的表和一個產品的表中;通過編寫一定的程序來實現參數——自動對應地傳送到相應的新表中的行與列,并自動對同一種零件的數目進行自動統(tǒng)計,使生產管理時更方便,更清晰,提高工作的準確性和效率。

    1 T-FLEX軟件介紹及其應用實例

目前有不少CAD/CAM軟件參數化設計是對特征尺寸的參數化,不管當時的操作環(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。當所設計的物體比較復雜,涉及到數百個參數時,預先定義參數化尺寸進行參數化設計和尺寸約束就變得比較困難。后參數化的自適應新思想則可解決這一問題:在進行初始設計時不作參數定義,當初始設計完成后,根據需要對某些參數進行定義,把注意力集中在重要的參數上,而不在沒有太大意義的數百個參數上浪費時間。

    1.1 T-FLEX軟件介紹

T-FLEX是俄羅斯Top Systems Ltd.公司推出的計算機輔助設計軟件,與其他參數化CAD系統(tǒng)相比,其最大的特點是全參數化柔性設計。在T-FLEX中,除了幾何量可以通過參數、變量進行參數化管理外,其他非幾何的設計參數,如公差精度、粗糙度、技術要求、文本、表格、材料、熱處理等都可以通過參數、變量、表達式或數據庫進行參數化管理。采用T-FLEXCAD系統(tǒng)提供的OLE Automation機制,可以很方便地提取零件圖、裝配圖中的各種幾何、工藝特征,為實現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)集參數化二維工程制圖及特征參數化三維實體建模功能強大的機械工程開發(fā)工具,采用參數化和變量化手段建立圖形,使用T-FLEX設計人員無須懂得編程技術就可設計復雜而精確的幾何結構,可以節(jié)省設計時間和費用。T-FLEX系統(tǒng)是以Parasolid為三維核心,具有強大的參數化實體建模功能?？梢院苋菀椎赜啥S工程圖生成三維實體模型,如果用戶已掌握了二維作圖技術,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)也可以由三維實體模型生成二維工程圖。

參數化T-FLEX CAD系統(tǒng)的主要特點是在保持圖素間相應關系的條件下,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)獨一無二的參數化功能可以大大簡化圖形的設計及修改。

利用變量及表達式直接驅動幾何圖形的設計及修改是所有自動化設計系統(tǒng)的發(fā)展方向。基于全參數化概念的柔性化設計特征使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)的設計者也宣稱他們的系統(tǒng)可以實現參數化設計,但實際上僅僅是極其有限的參數化。

T-FLEX CAD系統(tǒng)使用設計人員已經習憤的設計概念及方法,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。一旦草圖設計完成,設計者需要精確地決定圖形的精確尺寸時,利用變量不僅可以精確地設定圖形尺寸及公差,而且可以方便地設定變量及圖形圖素間的約束關系。T-FLEX CAD系統(tǒng)建立裝配圖的方法是獨一無二的。裝配圖中的每個零件圖可以隨意更換或修改它們的參數。裝配圖中的消隱方法十分簡單和方便。當修改裝配圖的參數后,裝配圖的結構將在一瞬間發(fā)生變化。隨著裝配圖的修改,其相應的零件圖的尺寸及結構也會隨之改變,進而也改變了與其相關的文本。與其他CAD系統(tǒng)相比,T-FLEX CAD系統(tǒng)最能體現"計算機輔助設計"這種現代化設計手段中"輔助設計"的概念,將設計師從煩瑣的編程中解放出來。

1.2 T-FLEX參數化功能應用實例

以鉆模夾具設計為例。所建立的鉆模裝配圖參數是根據被加工零件決定的。參數化設計使得被加工零件發(fā)生改變時,鉆模裝配圖也能夠很方便地作相應變化。實現方法是首先建立被加工零件圖和設置滿足可變參數的變量(如表1所示);然后,在組成裝配圖的塊圖中設置外部變量與表2中定義的被加工零件變量相關聯。在變量定義時還可以建立任何數學表達式、函數式以及邏輯表達式來適應不同的變化。如表2中的LD>80? do+6; do+10就表示當加工零件長度大于80時,則模架孔徑d=do+6,否則d=do+l0。

基于T-FLEX的三維參數化拉伸模CAD的實踐autocad技術圖片1

本例中,參數化設計的另外一種情況體現在當被加工零件的結構發(fā)生改變時,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上生成,這樣就大大地縮短了設計時間。

    2研究方案及技術路線

本文的核心是在T-FLEX的平臺上實現參數化裝配,其前期工作主要有:產品的設計計算,計算出產品生產所需要的凸凹模的有關參數,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,根據有關國家模具設計標準手冊,將拉伸模具中要用到的零部件在T-FLEX環(huán)境下建立起參數化零件庫,將手冊上所列的標準尺寸數據輸入數據庫,供裝配時隨時調用。參數化裝配完后,利用T-ILEX軟件明細表自動生成功能,得到一個標準的裝配明細表和一個". 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。其整個工作流程環(huán)節(jié)如圖1所示。

基于T-FLEX的三維參數化拉伸模CAD的實踐autocad技術圖片2

基于T-FLEX的三維參數化拉伸模CAD的實踐autocad技術圖片3

3拉伸模具參數化零件庫的建立

在拉伸模具參數化零件庫建立之前,首先對常用的拉伸模具的典型結構進行分析,將拉伸模具的零件具體分為標準件和非標準件兩大類,然后利用T-FLEX CAD的參數化造型功能建立拉伸模具零件的三維實體造型,進而實現拉伸模具參數化零件庫的建立,參數化零件庫建立的工作原理如下。

1)通過數據庫編輯器建立標準件、非標準件中關于零件標準信息描述的數據庫,然后在各數據庫中建立零件國家標準信息數據表,為T-FLEX通過數據庫驅動來實現零件的參數化設計做好準備。

在設計過程中,我們往往要查閱有關手冊,從手冊中的圖表得到有關的設計參數。例如公差值的大小,軸承、螺栓、螺母等的相關尺寸。為了使CAD系數具備查閱手冊的功能,首先我們可以把手冊里的圖表轉化成計算機的數據庫,然后利用CAD系統(tǒng)的數據庫操作功能從數據庫中讀取我們所需的設計參數。T-FLEX造型功能為我們提供了方便的參數化功能。在T-FLEX的參數菜單欄中,選擇數據庫選項,新建一個數據庫,然后將有關參數,添加到數據庫編輯器中如圖2,并將數據庫保存為內部數據庫,存于和對應圖形相對應的文件目錄下,供圖形關聯變量聯接用。

2)通過變量編輯器定義零件信息參數,分別可以定義為變量的形式,變量的取值可以直接從數據庫中獲得,改變對變量賦值,從而實現變量及數據庫的驅動來實現參數化零件庫的最終建立。圖3以圓為例,進行了圓半徑的變量定義。

T-FLEX會自動將所有變量添加到變量編輯器中,如圖4,此時還可以在變量編輯器中編輯修改圖形尺寸。

基于T-FLEX的三維參數化拉伸模CAD的實踐autocad技術圖片4

上述變量的數值可以人工輸入,也可以通過聯接數據庫的功能,實現由數據庫數值來驅動圖形的變化,如圖5所示。

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

在T-FLEX環(huán)境下,軟件本身有自動生成裝配明細表及BOM表的功能,但要在建立零件庫的過程中將有關的參數在零件庫的變量編輯器中預先設定好。如圖6所示圖庫中凸模的有關參數設定。

分別建立起拉伸模具中的標準件和非標準件,如上模座、下模座、中間導套、中間導柱、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實際的需要,在一個已經定義好的數據庫中選擇,重新生成一套新的模型。為了清楚地看到各個零件之間的關系,T - FLEX平臺下可以方便地生成上述模型的爆炸圖,如圖8所示。

5 BOM表的自動生成

物料清單是詳細記錄一個項目所用到的所有下階材料及相關屬性,包括與所有子件的從屬關系、單位用量及其他屬性。在所有數據中,物料清單的影響面最大,對它的準確性要求也相當高T-FLEX提供了非常方便的BOM表自動生成功能,選擇三維塊圖參數屬性,在插人三維塊圖選項框中將塊圖設置為添加到明細表。在所有插人的塊圖都以這種方式設置好之后,裝配的全過程已經為自動生成明細表做好了準備,最后只需在裝配圖中,打開二維窗口,執(zhí)行"功能選項、設置明細表一新建",然后選擇預先設定好的明細表模板,此時即可生成一個完整的明細表。與此同時,T-FLEX會在該裝配圖的文件目錄下自動生成一個". mdb"格式的數據庫文件,即BOM表,如圖9所示。

    將明細表欄中的信息統(tǒng)計于一個列表中,這就為后續(xù)信息提取工作的順利進行提供了準備,并且實現數據的聯接。

基于T-FLEX的三維參數化拉伸模CAD的實踐autocad技術圖片5

5結束語

提出了一種新的參數化設計方法,完成了零件的參數化設計,參數化裝配,以及BOM表的自動生成,體現了一種新的參數化設計思想;在已有二維CAD系統(tǒng)軟件開發(fā)經驗的基礎上提出開發(fā)模具三維全柔性化CAD系統(tǒng),與已有的一些二維CAD設計系統(tǒng)相比,擬開發(fā)的模具三維全柔性化CAD系統(tǒng),從設計一開始就以實體模型再現整套模具的真實面目,完全避免了零件之間的干涉問題;可以直接對三維的模具零件進行強度剛度等設計計算,使其結構達到最優(yōu)化;可以直接調用三維零件進行加工.避免了加工和設計兩套程序引起的差錯,縮短了開發(fā)周期,減少了設計過程可能的出錯環(huán)節(jié),提高了設計制造質量;可以通過三維實體對模具的工作原理進行動態(tài)仿真,既可用來檢驗模具結構設計的合理性,又可用于模具教學。另外,采用全柔性化的設計,如果相同類型模具中的一個被確定,只需輸入少量的參數,其它尺寸規(guī)格的模具就被確定,而不需全部重新設計。

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