基于NX軟件的橡膠模具三維參數化設計與開發

羅沿進 戶建軍 李曉金

摘要：介紹了基于NX軟件的橡膠模具三維參數化建模技術與方法，根據模具的裝配關系區分各類參數，在NX軟件中建立三維參數化的零件模型，利用其Expression工具將參數與模型結合起來，建立實體模型與其尺寸參數之間的關系，實現模具尺寸隨膠圈產品尺寸及收縮率的變化而變化，從而自動生成符合要求的模具模型及工程圖，極大地提高了工作效率。

關鍵詞：參數化設計；橡膠模具；NX軟件

Keywords：parametric design；rubber mold；NX software

0 前言

參數化設計是新一代智能化、集成化CAD系統的核心內容，也是當前三維CAD 技術的研究熱點。傳統的CAD系統所構造的產品模型都只是幾何元素（如點、線、面等）的簡單堆疊，僅僅描述了產品的可視形狀，而不包含產品的設計思想（即產品幾何元素間的拓撲關系和約束關系），因此不能使產品模型隨幾何尺寸的變化而變動。參數化設計是通過尺寸驅動實現的，能夠將產品的設計要求、設計目標、設計原則、設計方法及設計結果用可以改變的參數和明確統一的模型來表示，以便在人機交互過程中根據實際情況加以修改。參數與產品模型的控制尺寸相關聯，通過修改模型的參數就可以得到同系列不同尺寸的產品，實現模型的自動化生成與修改。

本文以O型橡膠模具的參數化設計為例，探索基于NX軟件的橡膠模具三維參數化建模技術與方法，旨在減少傳統二維設計時相似結構的膠模因參數隨產品改變而變化而需修改大量工程圖所帶來的損失，使膠模結構設計系列化，提高產品的設計效率和智能化水平。

1 確定設計與開發流程

本文主要研究基于裝配的參數化設計，將裝配關系引入參數化設計中，在參數化零部件的基礎上，利用裝配關系進行零部件間的約束，并建立零部件間設計變量的函數關系，通過對設計變量的管理，實現模具各部件間尺寸的聯動，最終實現整套模具的參數化設計。

由于O型橡膠模具的結構已經固化，不需要重新設計，在NX環境下設計過程可描述為：首先，明確橡膠模具的設計變量，根據設計變量創建膠模模板文件，創建參數化模型，并利用NX的表達式功能設置參數之間的關系；其次，建立參數表，通過部件族命令及電子表單等創建模具的零件族；最后，建立全約束的三維裝配圖和工程圖，通過創建的橡膠模具零件族，修改膠圈參數后就可以重新生成一套模具，實現人機交互式的膠模設計。具體參數化設計流程如圖1所示。

2 基于NX軟件的橡膠模具三維參數化設計方法與過程

2.1 確定設計變量

對圖2、圖3所示的膠圈產品和模具結構進行分析，明確特征變量。每類膠模的結構相似，不同點在于上下模芯膠槽的截面直徑ds0、徑向直徑ds1和模芯的外徑ds3，其中ds0、ds1通過膠圈產品的截面尺寸d0和內徑尺寸Dq乘以相應的收縮率s確定，ds3根據ds1和錐度確定。故設計變量可確定為d0、Dq和s。

其中，ds1=（Dq+d0）×（1+s），ds0= d0×（1+s0）。s和s0為橡膠收縮率。

2.2 創建膠模模板文件

在建立參數化模型之前，必須對標準件進行形體分析，并進行適當簡化，只保留代表其特征的結構和尺寸，建立三維模型；利用UG的Expression功能建立膠圈、上模芯、下模芯之間主要控制尺寸的數學表達式，并確定其相互間的變量關系；根據表達式以及膠模的各種特征，建立參數化模型。簡化模型的主要參數如圖4所示。

選擇【工具】→【表達式】，在表達式中設定各變量，并輸入各變量的值，如果無法確定各變量的量綱，則可以設定其單位是“恒定的”，所建立的表達式如圖5所示。

2.3 建立參數表

利用UG中的部件族Part Families提取參數化模型的設計變量（d0、Dq和s、s0）到Excel工作表中，如圖6所示，并在Excel工作表中添加系列參數數據，同時將Part_Name（文件名）分別設置成對應的產品圖號，如圖7所示。表中第一行為各個設計變量，以下每行為一個記錄，表示確定某一尺寸零件的一組參數。這一數據形式可以直接和UG鏈接，從而實現了零件的三維參數化模型。輸入完畢后，對輸入的每個記錄進行驗證，以確保參數的正確性，并能夠生成正確的零件模型。最后保存該零件族的各項參數，并退回UG系統，則膠模模板零件庫建立完畢。

3 基于NX軟件的橡膠模具三維參數化設計實例

例如，需設計產品圖號為FA3-14.8-2J7Z的O型密封圈模具，該密封圈截面直徑d0=Φ2±0.1、內徑Dq=Φ14.8±0.2，材料為5080橡膠GJB250A-1996，經查該材料的收縮率s及s0均為0.014。設計步驟如下：

1）橡膠模具的參數化設計前，需先打開保存完整的三維總裝圖，在總裝配圖中的“部件導航器中”將膠圈三維模型_model1設置為工作部件，然后進入膠圈三維模型的建模環境中。

2）選擇【工具】→【部件族】→【編輯】，進入Office Excel，首先選擇需要創建的零件，如圖8所示，在加載項里點“創建部件”，這時電腦會在已選擇的【族保存目錄】中創建一個所需的Prt文件，另存該文件。

3）返回三維總裝圖，更新所有部件，進入制圖環境下，更新工程圖即可完成FA3-14.8-2J7Z的密封圈模具設計。

4 結論

本文著重探討了在NX8.0軟件中，以O型密封圈尺寸和材料的收縮率為設計變量建立O型圈橡膠模具三維參數化庫的方法，融合了橡膠模具設計計算、橡膠模具安裝和工程圖，最終完整地實現了O型圈橡膠模具的參數化設計。該參數化設計極大地提高了O型圈橡膠模具的設計效率，縮短了O型圈交付用戶的周期，提升了用戶滿意度。

參考文獻

[1]鄧敬東.UG標準件庫開發實例教程[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]袁蔚，陳拂曉，郭俊卿.二次開發中UG標準件庫的建立[J].河南科技大學學報，2005（5）.

[3]李鐵剛.基于UG的工裝標準件庫開發[J].組合機床與自動化加工技術，2009（8）.

[4] Unigraphics Solutions Inc. 龔勉譯. UG自由形狀特征建模培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2002.