基于T-FLEX的三维参数化拉伸模CAD的实践

2013-05-21 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

在T-FLEX平台下,以中间导柱拉伸模具为例,完成了参数化零件库的建立、参数化装配过程的实现以及爆炸图的生成;自动生成BOM表,为后续处理莫定基拙,体现了一种新的参数化CAD设计方法。

李怀为宋爱军来源:万方数据
关键字:计算机辅助设计参数化设计 T-FLEX

目前三维CAD软件在工程中已经得到了广泛的应用,并且一些三维CAD软件在其内部嵌人了零件库或经过二次开发提供零件库,但因为这些零件库一般不具有开放性,用户不能扩充和管理零件库,也不能在网络环境下对零件库进行维护,因而在一定程度上影响了三维CAD软件的应用和推广。

本文建立了基于T-FLEX平台下的三维参数化标准件和非标准件图库,可使设计者方便地选择所需尺寸规格的零件进行装配,大大缩短了产品设计开发周期。文中以中间导柱拉伸模具为例,在T-FLEX平台下开发建立起标准件和非标准件参数化图库,实现模具的参数化实体装配,自动生成爆炸图等,最后生成装配明细表,整个过程成功开发出一套具有PDM功能的参数化模具系统。该系统具有开放性强、数据传递便捷、模具信息便于提取与图库便于维护修改等特点,顺应了当今模具行业信息化发展的新趋势;此外,该系统还具备自动生成装配明细表和BOM(Bill of Material)表的功能,明细表的数据完全是从各个零件的信息栏传递过去,因此减少了人工绘制明细表时可能发生的错误,而且大大缩短了设计周期;在设计好的系统中,设计人员还可以通过修改、删除或增减零件库内零件的尺寸和相关信息,来实现对装配图中相关零件的尺寸及明细表中的有关参数的修改,从而装配出不同类型的模型。本文还对产品信息提取模块进行了开发设计。

在Delphi环境下,把装配图中所需要的零件参数信息提取出来,相应地生成到一个零件的表和一个产品的表中;通过编写一定的程序来实现参数——自动对应地传送到相应的新表中的行与列,并自动对同一种零件的数目进行自动统计,使生产管理时更方便,更清晰,提高工作的准确性和效率。

    1 T-FLEX软件介绍及其应用实例

目前有不少CAD/CAM软件参数化设计是对特征尺寸的参数化,不管当时的操作环境是在三维轴测图上,还是在二维图上,二维图纸上的视图只不过是三维物体在图上的投影而已。当所设计的物体比较复杂,涉及到数百个参数时,预先定义参数化尺寸进行参数化设计和尺寸约束就变得比较困难。后参数化的自适应新思想则可解决这一问题:在进行初始设计时不作参数定义,当初始设计完成后,根据需要对某些参数进行定义,把注意力集中在重要的参数上,而不在没有太大意义的数百个参数上浪费时间。

    1.1 T-FLEX软件介绍

T-FLEX是俄罗斯Top Systems Ltd.公司推出的计算机辅助设计软件,与其他参数化CAD系统相比,其最大的特点是全参数化柔性设计。在T-FLEX中,除了几何量可以通过参数、变量进行参数化管理外,其他非几何的设计参数,如公差精度、粗糙度、技术要求、文本、表格、材料、热处理等都可以通过参数、变量、表达式或数据库进行参数化管理。采用T-FLEXCAD系统提供的OLE Automation机制,可以很方便地提取零件图、装配图中的各种几何、工艺特征,为实现CAD系统与CAM.CAE.CAPP等后续模块的信息集成提供了简单的工具。此外,T-FLEX还提供了STEP,Parasoiid.IGES,DWG等图形接口。

T-FLEX系统集参数化二维工程制图及特征参数化三维实体建模功能强大的机械工程开发工具,采用参数化和变量化手段建立图形,使用T-FLEX设计人员无须懂得编程技术就可设计复杂而精确的几何结构,可以节省设计时间和费用。T-FLEX系统是以Parasolid为三维核心,具有强大的参数化实体建模功能。可以很容易地由二维工程图生成三维实体模型,如果用户已掌握了二维作图技术,利用本系统既可得到二维图形,也可得到三维图形。同样,T-FLEX系统也可以由三维实体模型生成二维工程图。

参数化T-FLEX CAD系统的主要特点是在保持图素间相应关系的条件下,具有极好的图形修改性,并且使用方便,作图简单。T-FLEX CAD系统独一无二的参数化功能可以大大简化图形的设计及修改。

利用变量及表达式直接驱动几何图形的设计及修改是所有自动化设计系统的发展方向。基于全参数化概念的柔性化设计特征使T-FLEX CAD系统从根本上区别于其他CAD系统。尽管许多CAD系统的设计者也宣称他们的系统可以实现参数化设计,但实际上仅仅是极其有限的参数化。

T-FLEX CAD系统使用设计人员已经习愤的设计概念及方法,他们在绘草图阶段完全不必将图形的图素(如线条)放在精确的位置上。一旦草图设计完成,设计者需要精确地决定图形的精确尺寸时,利用变量不仅可以精确地设定图形尺寸及公差,而且可以方便地设定变量及图形图素间的约束关系。T-FLEX CAD系统建立装配图的方法是独一无二的。装配图中的每个零件图可以随意更换或修改它们的参数。装配图中的消隐方法十分简单和方便。当修改装配图的参数后,装配图的结构将在一瞬间发生变化。随着装配图的修改,其相应的零件图的尺寸及结构也会随之改变,进而也改变了与其相关的文本。与其他CAD系统相比,T-FLEX CAD系统最能体现"计算机辅助设计"这种现代化设计手段中"辅助设计"的概念,将设计师从烦琐的编程中解放出来。

1.2 T-FLEX参数化功能应用实例

以钻模夹具设计为例。所建立的钻模装配图参数是根据被加工零件决定的。参数化设计使得被加工零件发生改变时,钻模装配图也能够很方便地作相应变化。实现方法是首先建立被加工零件图和设置满足可变参数的变量(如表1所示);然后,在组成装配图的块图中设置外部变量与表2中定义的被加工零件变量相关联。在变量定义时还可以建立任何数学表达式、函数式以及逻辑表达式来适应不同的变化。如表2中的LD>80? do+6; do+10就表示当加工零件长度大于80时,则模架孔径d=do+6,否则d=do+l0。

基于T-FLEX的三维参数化拉伸模CAD的实践autocad技术图片1

本例中,参数化设计的另外一种情况体现在当被加工零件的结构发生改变时,钻模装配图也能随之变化。这一过程完全可以在前一装配图的基础上生成,这样就大大地缩短了设计时间。

    2研究方案及技术路线

本文的核心是在T-FLEX的平台上实现参数化装配,其前期工作主要有:产品的设计计算,计算出产品生产所需要的凸凹模的有关参数,然后在T-FLEX环境下造型生成上下模;模具零部件的图库的建立,根据有关国家模具设计标准手册,将拉伸模具中要用到的零部件在T-FLEX环境下建立起参数化零件库,将手册上所列的标准尺寸数据输入数据库,供装配时随时调用。参数化装配完后,利用T-ILEX软件明细表自动生成功能,得到一个标准的装配明细表和一个". mdb"格式的BOM表,为后期模具信息提取系统的开发提供前提条件。其整个工作流程环节如图1所示。

基于T-FLEX的三维参数化拉伸模CAD的实践autocad技术图片2

基于T-FLEX的三维参数化拉伸模CAD的实践autocad技术图片3

3拉伸模具参数化零件库的建立

在拉伸模具参数化零件库建立之前,首先对常用的拉伸模具的典型结构进行分析,将拉伸模具的零件具体分为标准件和非标准件两大类,然后利用T-FLEX CAD的参数化造型功能建立拉伸模具零件的三维实体造型,进而实现拉伸模具参数化零件库的建立,参数化零件库建立的工作原理如下。

1)通过数据库编辑器建立标准件、非标准件中关于零件标准信息描述的数据库,然后在各数据库中建立零件国家标准信息数据表,为T-FLEX通过数据库驱动来实现零件的参数化设计做好准备。

在设计过程中,我们往往要查阅有关手册,从手册中的图表得到有关的设计参数。例如公差值的大小,轴承、螺栓、螺母等的相关尺寸。为了使CAD系数具备查阅手册的功能,首先我们可以把手册里的图表转化成计算机的数据库,然后利用CAD系统的数据库操作功能从数据库中读取我们所需的设计参数。T-FLEX造型功能为我们提供了方便的参数化功能。在T-FLEX的参数菜单栏中,选择数据库选项,新建一个数据库,然后将有关参数,添加到数据库编辑器中如图2,并将数据库保存为内部数据库,存于和对应图形相对应的文件目录下,供图形关联变量联接用。

2)通过变量编辑器定义零件信息参数,分别可以定义为变量的形式,变量的取值可以直接从数据库中获得,改变对变量赋值,从而实现变量及数据库的驱动来实现参数化零件库的最终建立。图3以圆为例,进行了圆半径的变量定义。

T-FLEX会自动将所有变量添加到变量编辑器中,如图4,此时还可以在变量编辑器中编辑修改图形尺寸。

基于T-FLEX的三维参数化拉伸模CAD的实践autocad技术图片4

上述变量的数值可以人工输入,也可以通过联接数据库的功能,实现由数据库数值来驱动图形的变化,如图5所示。

3)参数化零件库的建立需要考虑为CAM.CAE集成提供接口,为装配图明细表、BOM表的自动生成提供必要的数据。因此在变量表中应详尽定义零件的材料、热处理工艺、公差精度、技术条件等有关参数。

在T-FLEX环境下,软件本身有自动生成装配明细表及BOM表的功能,但要在建立零件库的过程中将有关的参数在零件库的变量编辑器中预先设定好。如图6所示图库中凸模的有关参数设定。

分别建立起拉伸模具中的标准件和非标准件,如上模座、下模座、中间导套、中间导柱、推杆等的零件库。

    4装配图及其爆炸图

按照T-FLEX提供的装配功能,将建立好的零件进行装配,装配成的拉伸模具如图7所示。

    其中的凹凸模具可以根据实际的需要,在一个已经定义好的数据库中选择,重新生成一套新的模型。为了清楚地看到各个零件之间的关系,T - FLEX平台下可以方便地生成上述模型的爆炸图,如图8所示。

5 BOM表的自动生成

物料清单是详细记录一个项目所用到的所有下阶材料及相关属性,包括与所有子件的从属关系、单位用量及其他属性。在所有数据中,物料清单的影响面最大,对它的准确性要求也相当高T-FLEX提供了非常方便的BOM表自动生成功能,选择三维块图参数属性,在插人三维块图选项框中将块图设置为添加到明细表。在所有插人的块图都以这种方式设置好之后,装配的全过程已经为自动生成明细表做好了准备,最后只需在装配图中,打开二维窗口,执行"功能选项、设置明细表一新建",然后选择预先设定好的明细表模板,此时即可生成一个完整的明细表。与此同时,T-FLEX会在该装配图的文件目录下自动生成一个". mdb"格式的数据库文件,即BOM表,如图9所示。

    将明细表栏中的信息统计于一个列表中,这就为后续信息提取工作的顺利进行提供了准备,并且实现数据的联接。

基于T-FLEX的三维参数化拉伸模CAD的实践autocad技术图片5

5结束语

提出了一种新的参数化设计方法,完成了零件的参数化设计,参数化装配,以及BOM表的自动生成,体现了一种新的参数化设计思想;在已有二维CAD系统软件开发经验的基础上提出开发模具三维全柔性化CAD系统,与已有的一些二维CAD设计系统相比,拟开发的模具三维全柔性化CAD系统,从设计一开始就以实体模型再现整套模具的真实面目,完全避免了零件之间的干涉问题;可以直接对三维的模具零件进行强度刚度等设计计算,使其结构达到最优化;可以直接调用三维零件进行加工.避免了加工和设计两套程序引起的差错,缩短了开发周期,减少了设计过程可能的出错环节,提高了设计制造质量;可以通过三维实体对模具的工作原理进行动态仿真,既可用来检验模具结构设计的合理性,又可用于模具教学。另外,采用全柔性化的设计,如果相同类型模具中的一个被确定,只需输入少量的参数,其它尺寸规格的模具就被确定,而不需全部重新设计。

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