基于NX軟件的橡膠模具三維參數(shù)化設(shè)計(jì)與開發(fā)

羅沿進(jìn) 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(shù)化建模技術(shù)與方法，根據(jù)模具的裝配關(guān)系區(qū)分各類參數(shù)，在NX軟件中建立三維參數(shù)化的零件模型，利用其Expression工具將參數(shù)與模型結(jié)合起來，建立實(shí)體模型與其尺寸參數(shù)之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)模具尺寸隨膠圈產(chǎn)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(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì)；橡膠模具；NX軟件

Keywords：parametric design；rubber mold；NX software

0 前言

參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是當(dāng)前三維CAD 技術(shù)的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)所構(gòu)造的產(chǎn)品模型都只是幾何元素（如點(diǎn)、線、面等）的簡單堆疊，僅僅描述了產(chǎn)品的可視形狀，而不包含產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想（即產(chǎn)品幾何元素間的拓?fù)潢P(guān)系和約束關(guān)系），因此不能使產(chǎn)品模型隨幾何尺寸的變化而變動。參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過尺寸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)a(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)結(jié)果用可以改變的參數(shù)和明確統(tǒng)一的模型來表示，以便在人機(jī)交互過程中根據(jù)實(shí)際情況加以修改。參數(shù)與產(chǎn)品模型的控制尺寸相關(guān)聯(lián)，通過修改模型的參數(shù)就可以得到同系列不同尺寸的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)模型的自動化生成與修改。

本文以O(shè)型橡膠模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)為例，探索基于NX軟件的橡膠模具三維參數(shù)化建模技術(shù)與方法，旨在減少傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)時相似結(jié)構(gòu)的膠模因參數(shù)隨產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系列化，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和智能化水平。

1 確定設(shè)計(jì)與開發(fā)流程

本文主要研究基于裝配的參數(shù)化設(shè)計(jì)，將裝配關(guān)系引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)中，在參數(shù)化零部件的基礎(chǔ)上，利用裝配關(guān)系進(jìn)行零部件間的約束，并建立零部件間設(shè)計(jì)變量的函數(shù)關(guān)系，通過對設(shè)計(jì)變量的管理，實(shí)現(xiàn)模具各部件間尺寸的聯(lián)動，最終實(shí)現(xiàn)整套模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

由于O型橡膠模具的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固化，不需要重新設(shè)計(jì)，在NX環(huán)境下設(shè)計(jì)過程可描述為：首先，明確橡膠模具的設(shè)計(jì)變量，根據(jù)設(shè)計(jì)變量創(chuàng)建膠模模板文件，創(chuàng)建參數(shù)化模型，并利用NX的表達(dá)式功能設(shè)置參數(shù)之間的關(guān)系；其次，建立參數(shù)表，通過部件族命令及電子表單等創(chuàng)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(chuàng)建的橡膠模具零件族，修改膠圈參數(shù)后就可以重新生成一套模具，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互式的膠模設(shè)計(jì)。具體參數(shù)化設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2 基于NX軟件的橡膠模具三維參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與過程

2.1 確定設(shè)計(jì)變量

對圖2、圖3所示的膠圈產(chǎn)品和模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，明確特征變量。每類膠模的結(jié)構(gòu)相似，不同點(diǎn)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(chǎn)品的截面尺寸d0和內(nèi)徑尺寸Dq乘以相應(yīng)的收縮率s確定，ds3根據(jù)ds1和錐度確定。故設(shè)計(jì)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(chuàng)建膠模模板文件

在建立參數(shù)化模型之前，必須對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行形體分析，并進(jìn)行適當(dāng)簡化，只保留代表其特征的結(jié)構(gòu)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(shù)學(xué)表達(dá)式，并確定其相互間的變量關(guān)系；根據(jù)表達(dá)式以及膠模的各種特征，建立參數(shù)化模型。簡化模型的主要參數(shù)如圖4所示。

選擇【工具】→【表達(dá)式】，在表達(dá)式中設(shè)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(shè)定其單位是“恒定的”，所建立的表達(dá)式如圖5所示。

2.3 建立參數(shù)表

利用UG中的部件族Part Families提取參數(shù)化模型的設(shè)計(jì)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(shù)數(shù)據(jù)，同時將Part_Name（文件名）分別設(shè)置成對應(yīng)的產(chǎn)品圖號，如圖7所示。表中第一行為各個設(shè)計(jì)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(shù)。這一數(shù)據(jù)形式可以直接和UG鏈接，從而實(shí)現(xiàn)了零件的三維參數(shù)化模型。輸入完畢后，對輸入的每個記錄進(jìn)行驗(yàn)證，以確保參數(shù)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(xiàng)參數(shù)，并退回UG系統(tǒng)，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(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例

例如，需設(shè)計(jì)產(chǎn)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(nèi)徑Dq=Φ14.8±0.2，材料為5080橡膠GJB250A-1996，經(jīng)查該材料的收縮率s及s0均為0.014。設(shè)計(jì)步驟如下：

1）橡膠模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)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(dǎo)航器中”將膠圈三維模型_model1設(shè)置為工作部件，然后進(jìn)入膠圈三維模型的建模環(huán)境中。

2）選擇【工具】→【部件族】→【編輯】，進(jìn)入Office Excel，首先選擇需要創(chuàng)建的零件，如圖8所示，在加載項(xiàng)里點(diǎn)“創(chuàng)建部件”，這時電腦會在已選擇的【族保存目錄】中創(chuàng)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(jìn)入制圖環(huán)境下，更新工程圖即可完成FA3-14.8-2J7Z的密封圈模具設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

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

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