基于UG和EXCEL函數(shù)的模具參數(shù)化設(shè)計(jì)

成都凱天電子股份有限公司 (四川 610091) 吳 濤

在工程應(yīng)用中，相似模具的設(shè)計(jì)，通常做法是復(fù)制類(lèi)似零件模型，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上修改，除工作尺寸需更改外，相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸也需調(diào)整。當(dāng)零件尺寸變化較大時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸變化也大，需反復(fù)計(jì)算調(diào)整，占用時(shí)間，而且易發(fā)生遺漏，造成各相關(guān)尺寸不能配合。

有沒(méi)有一種方法，輸入零件尺寸與公差，即能完成整套模具的設(shè)計(jì);或者將工作尺寸輸入模型中，即可驅(qū)動(dòng)相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸的生成，完成整套模具的設(shè)計(jì)。通過(guò)EXCEL函數(shù)與UG參數(shù)化建模，是可以實(shí)現(xiàn)其設(shè)想的 (見(jiàn)圖1)。

圖1

這種將EXCEL函數(shù)與UG參數(shù)化建模相結(jié)合的方式，為我們提供了一個(gè)新的模具設(shè)計(jì)模式:即通過(guò)EXCEL函數(shù)，用零件尺寸驅(qū)動(dòng)生成模具的工作尺寸;通過(guò)UG參數(shù)化建模，用模具的工作尺寸驅(qū)動(dòng)生成零件三維模型與二維圖樣、工藝流程。

為了便于描述，本文僅就簡(jiǎn)單的密封墊圈的簡(jiǎn)單沖切模設(shè)計(jì)，談?wù)劵赨G和EXCEL函數(shù)的模具參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1.通過(guò) EXCEL函數(shù)，用零件尺寸驅(qū)動(dòng)生成模具的工作尺寸

在模具設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)模具設(shè)計(jì)的合理性有決定性的作用。有沒(méi)有一種方法，將這種經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)值文件，設(shè)計(jì)人員輸入零件尺寸與公差，標(biāo)準(zhǔn)值文件自動(dòng)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)值，自動(dòng)生成模具的工作尺寸。通過(guò)建立EXCEL文件，并在EXCEL文件中引入查找函數(shù)LOOKUP，使沖切模的設(shè)計(jì)變得更簡(jiǎn)單和防錯(cuò)，達(dá)到新錄用員工也能完成設(shè)計(jì)工作的目的，如圖2所示，內(nèi)切刀工作尺寸D2建立公式，使D2=尺寸+公差－安全裕度;外切刀工作尺寸d1建立公式，使d1=尺寸+公差+安全裕度。由于密封墊圈材料多有彈性，沖切后尺寸會(huì)產(chǎn)生回彈，而且沖切零件的沖切面又具有錐度，因此增加安全裕度，目的是避免加工尺寸接近或超過(guò)極限值，而造成超差。由于墊圈厚度不同，沖切尺寸波動(dòng)幅度也不同，因此將安全裕度引入了查找函數(shù)LOOKUP。引入查找函數(shù)的目的是，EXCEL根據(jù)輸入的厚度，自動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)值中查找相接近的厚度所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)安全裕度值。需要注意的是，LOOKUP函數(shù)所指的接近是向更小的數(shù)值接近。如厚度1.8 mm，接近0而不是2 mm。如果標(biāo)準(zhǔn)值分組得更細(xì)，安全裕度值也更精準(zhǔn)。

圖2

在UG的表達(dá)式編輯器中，也有查找函數(shù)。選擇用EXCEL軟件實(shí)現(xiàn)查找標(biāo)準(zhǔn)值的功能，而不選擇采用UG實(shí)現(xiàn)，具有以下原因:①EXCEL軟件操作更簡(jiǎn)單。②在EXCEL軟件中操作，可自動(dòng)生成報(bào)表，便于建立數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)后來(lái)者使用時(shí)，可先查詢(xún)有無(wú)可借用沖模，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，可減少重復(fù)設(shè)計(jì)所造成的浪費(fèi)。③避免發(fā)生UG與EXCEL連接故障，減少設(shè)計(jì)工作難度，保證年輕設(shè)計(jì)人員也能勝任工作。

2.簡(jiǎn)單復(fù)合沖切模傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

密封墊圈簡(jiǎn)單沖切模設(shè)計(jì) (見(jiàn)圖3)，傳統(tǒng)的做法是復(fù)制類(lèi)似零件模型，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上修改，除墊圈內(nèi)外形尺寸需更改外，相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸也需調(diào)整。當(dāng)墊圈尺寸變化較大時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸需計(jì)算，甚至反復(fù)調(diào)整，占用時(shí)間，而且易發(fā)生遺漏，造成內(nèi)外切刀不能配合。

圖3

3.參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟

(1)建立裝配文件，裝入內(nèi)外切刀文件 (可以是空文件)，并在表達(dá)式編輯器中設(shè)立參數(shù) (見(jiàn)圖4、表1)。這些參數(shù)均與墊圈尺寸相關(guān)聯(lián)，但僅內(nèi)、外切刀工作尺寸需手動(dòng)更新，其他參數(shù)均自動(dòng)更新。而且，內(nèi)、外切刀工作尺寸通過(guò)EXCEL表格自動(dòng)計(jì)算。

圖4

表1 裝配文件參數(shù)示意表

在裝配文件以及內(nèi)外切刀文件中均采用了圓整函數(shù) (Round)，采用圓整函數(shù)的目的是:避免內(nèi)外切刀非工作尺寸存在小數(shù)，使操作人員在加工和測(cè)量過(guò)程中，增加讀取機(jī)床和量具示值的復(fù)雜程度，并易產(chǎn)生粗心大意的疏忽。通過(guò)這樣的設(shè)置，可減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，縮短周期，并避免發(fā)生錯(cuò)誤。

(2)建立外切刀文件。進(jìn)入外切刀文件，在表達(dá)式編輯器中設(shè)立參數(shù)，需要強(qiáng)調(diào)的是，這些參數(shù)需鏈接至裝配文件 (見(jiàn)圖5、表2)。這些參數(shù)均與墊圈尺寸或裝配文件尺寸相關(guān)聯(lián)，并自動(dòng)更新。當(dāng)裝配文件中的外切刀工作尺寸被手動(dòng)更新后，所有參數(shù)均自動(dòng)更新，外切刀文件自動(dòng)更新到位。

圖5

表2 外切刀參數(shù)示意表

其他參數(shù)，如P26是卸模用缺口尺寸，采用表達(dá)式，使其與工作尺寸間接相關(guān)，隨工作尺寸更新。需要強(qiáng)調(diào)的是，在建立模型的過(guò)程中，必須保證尺寸完全被驅(qū)動(dòng)，既不能漏尺寸約束，也不通過(guò)約束尺寸。只有圖形完全被約束后，其尺寸和位置才能協(xié)同變化，系統(tǒng)才會(huì)將尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)，保證模型可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新。

(3)建立內(nèi)切刀文件。進(jìn)入內(nèi)切刀文件，在表達(dá)式編輯器中設(shè)立參數(shù)，需要強(qiáng)調(diào)的是，這些參數(shù)需鏈接至裝配文件 (見(jiàn)圖6、表3)。這些參數(shù)均與墊圈尺寸或裝配文件尺寸相關(guān)聯(lián)，并自動(dòng)更新。當(dāng)裝配文件中的內(nèi)切刀工作尺寸被手動(dòng)更新后，所有參數(shù)均自動(dòng)更新，外切刀文件自動(dòng)更新到位。

圖6

表3 內(nèi)切刀參數(shù)示意表

與外切刀相同，在內(nèi)切刀建模時(shí)，也必須保證尺寸完全被驅(qū)動(dòng)，既不能漏尺寸約束，也不通過(guò)約束尺寸。

通過(guò)以上3個(gè)步驟可完成整個(gè)墊圈簡(jiǎn)單沖切模的設(shè)計(jì)模型。在以后的設(shè)計(jì)中，只需復(fù)制該模型，在裝配文件中更改兩個(gè)參數(shù)，即內(nèi)、外切刀的工作尺寸，整個(gè)沖切模的設(shè)計(jì)就可以完成了。

4.其他常見(jiàn)模具參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)踐

本文僅以簡(jiǎn)單模具的設(shè)計(jì)對(duì)參數(shù)化建模進(jìn)行講解。在工作中，我們可以在各種各樣的設(shè)計(jì)中引入?yún)?shù)化建模與EXCEL函數(shù)。這里，僅舉幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

(1)EXCEL函數(shù)的利用。僅以沖模為例，可將沖模的間隙建立EXCEL文件，通過(guò)查找函數(shù)自動(dòng)查找，降低設(shè)計(jì)難度，避免出錯(cuò)。

(2)塑壓成型模設(shè)計(jì)的參數(shù)化建模。①圖7所示為塑壓成型模模型，其上模、下模外形、導(dǎo)柱孔位置和孔徑等均相同，僅開(kāi)模處尺寸有差異，可設(shè)置鏈接，尺寸修改一處，其余均得到自動(dòng)更新。②可將零件鏈接至上、下模板中，采用布爾運(yùn)算自動(dòng)生成型腔，避免出錯(cuò)。需注意的是，零件必須按收縮系數(shù)成比例放大后再進(jìn)行鏈接。

圖7

(3)鉆模設(shè)計(jì)。圖8所示為翻轉(zhuǎn)式鉆模模型，其鉸鏈結(jié)構(gòu)、支柱結(jié)構(gòu)均可以制作成標(biāo)準(zhǔn)件，并分別建立裝配文件夾。①將支柱裝配文件的裝配軸與軸距與鉆模板鏈接，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新。②將鉸鏈結(jié)構(gòu)的裝配尺寸與鉆模板鏈接，也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新。

圖8

(4)其他設(shè)計(jì)。由于同一類(lèi)模具均具有結(jié)構(gòu)相同的特點(diǎn)，在實(shí)際的生產(chǎn)中，各車(chē)間均為模具設(shè)計(jì)建有專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，UG數(shù)據(jù)庫(kù)中也有一些可用的結(jié)構(gòu)。當(dāng)UG數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型不適合工廠(chǎng)使用時(shí)，可將實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)移入到UG中，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)逆溄雍蛥?shù)化設(shè)計(jì)，可大大減少模具設(shè)計(jì)的周期，減少模具更改可能遺漏而造成的錯(cuò)誤，提高模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。

5.結(jié)語(yǔ)

將EXCEL函數(shù)與UG參數(shù)化建模相結(jié)合，為我們建立了一個(gè)函數(shù)模型:

(1)通過(guò)EXCEL函數(shù)，用零件尺寸驅(qū)動(dòng)生成模具的工作尺寸;通過(guò)UG參數(shù)化建模，用模具的工作尺寸驅(qū)動(dòng)生成零件三維模型與二維圖樣、工藝流程。

(2)將UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)與EXCEL函數(shù)相結(jié)合，使模具設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、更智能，并減少錯(cuò)誤發(fā)生。通過(guò)這種模式，可更好地實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，從而降低設(shè)計(jì)的人力成本和周期成本。

(3)最重要的是，設(shè)計(jì)難度下降，不需要依賴(lài)有經(jīng)驗(yàn)、能力高的設(shè)計(jì)人員，年輕設(shè)計(jì)人員也可輕松、高效地進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。