基于AutoCAD的模具参数化设计模型研究

第５卷第３期　２　０　０　６年９月　广东交通职业技术学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＵＡＮＧ　ＤＯＮＧ　ＣＯＭＭＵＮｌＣＡＴＩＯＮＳ　ＰＯＬＹＴＥＣＨＮｌＣ　Ｖｏ１．５　Ｎｏ．３　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２００６　文章编号：１６７１・８４９６一（２００６）０３—００５１・０３　基于ＡｕｔｏＯＡＤ的模具参数化设计模型研究　沈凌　，王建洲　ｆＩ．广东交通职业技术学院，广东广州５１０６５０；２．华南理工大学科技实业总厂，广东广州５１０６４１）　摘要：基于ＡｕｔｏＣＡＤ的模具参数化设计，文中归纳了定形约束和定位约束的判别方法，讨论了参数化模型　的求解。　关键词：参数化模型；模具；ＡｕｔｏＣＡＤ　中图分类号：ＴＧ７６　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　Ｍｏｕｌｄ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡｕｔｏＣＡＤ　ＳＨＥＮ　Ｌｉｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｚｈｏｕ　（１．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０６５０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｆａｃｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　０６４　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｏｍｅｔｉｃａｌｒ　ｇｒａｐｈｉｃ　ａｒｅ　ｍｏｄｉｉｅｄ　ｆｂｙ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ　ｉｎ　ｍｏｕｌｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡｕｔｏＣＡＤ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ　ｃｏｎｔａｉｎｓ　ｓｈａｐｅ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ　ａｎｄ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ，ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒ￣：ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ；ｍｏｕｌｄ；ＡｕｔｏＣＡＤ　模具是典型的技术密集型产品，其结构复　图，一经标注尺寸后，允许任意修改尺寸值，绘　图系统自动保持图形与最新尺寸保持一致的图形　杂，设计、制造难度高，周期长。为了表达模具　结构，设计人员必须花费大量时间来绘制模架、　顶杆、滑块等结构相对稳定的零部件。据统计，　平均每套模具中有４０％一６０％的零部件为标准件或　编辑方法。其中，操作对象是尺寸值，而操作结　果是图形的变换［２】。　参数化设计使用约束来定义和修改几何模　型，即用一组参数来约定尺寸关系，使参数与设　计对象的控制尺寸有一定的对应关系。设计结果　受尺寸驱动，一组数据对应着一个图形。通过约束　参数的修改能够方便地创建功能和形状相似的产　品对象。这样既保持了产品拓扑结构关系不变，　又保证了相关尺寸相对可更改，实现了尺寸驱动　绘制产品图对产品的设计具有不再重复绘制的优　点。对对象结构形状比较定型的模具而言，可以　具有一定的固定结构［１】。采用传统的手工设计，　周期长、成本高、效率低，随着ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ　技术的引入，工作效率虽然有所提高，但结构设计　仍占了设计工作量的大部分时间。因此，应用　ＣＡＤ技术，采用参数化设计方式，来提高模具结　构设计的效率有着重大的意义。　１模具参数化设计　参数化设计是面向系列化产品的动态设计，　用一组参数来约定尺寸关系，通过约束参数的修　改，方便地创建功能和形状相似的产品对象，从　而达到通过尺寸驱动，实现模具结构设计的参数　化绘平面绘图软件是ＡｕｔｏＣＡＤ，它是高度开放结　构的ＣＡＤ平台软件，采用ＡｃｔｉｖｅＸ自动化界面技　即利用对象拓扑结构的共同特征进行设计，通过　对设计对象实际尺寸的驱动来实现相似对象的柔　性设计。所谓尺寸驱动。是指正式图或徒手勾画　收稿日期：２００６．０４．１９　作者简介：沈凌（１９７２．），女，讲师　研究方向：ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ教学　维普资讯 http://www.cqvip.com

５２　广东交通职业技术学院学报　第５卷　术，二次开发工具主要有ＡｕｔｏＬｉｓｐ、Ｏｂｊｅｃｔ　ＡＲＸ、　ＡＤＳ、ＶＢＡ或ＶＢ、ＶＣ等。其中ＶＢＡ具有两个优　点：一是与Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ有着几乎相同的开发环境　和语法，很好地继承了Ｂａｓｉｃ和Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ的特　点；二是针对性非常强，由于它是内嵌式的．结　构简单，且代码运行效率高，能与ＡｕｔｏＣＡＤ共享　内存空间，所以执行速度比较快。　２约束关系的判别　每个被约束实体总是由一个或几个几何约束　与结构约束所确定，而每一种实体的自由度是固　定的。约束可分为定形约束和定位约束两类ｌ　３ｌ。　定形约束是用于描述几何元素形状及位置的尺寸　约束，如：直线长度、角度大小、圆的半径与直　径等；定位约束是用于描述几何元素之问结构关　系（连接关系）的约束如：共点、相切、斜交、　平行、垂直等。　参数化设计，需考虑各几何元素间的约束关　系，即判别各种约束关系。几何元素的定形约束　判别．只需找出与其相连的几何元素，从而判断　与该元素相关的关键点是否是已知元素；定位约　束关系的判别，主要分为点与直线、点与圆、直　线与直线、直线与圆、圆与圆等几种类型。　（１）点与直线、点与圆的判别方法是将点的　坐标代人直线或圆的方程，判断其值是否为零。　（２１直线与直线的关系，有平行、垂直和斜　交几种关系。　设有两条直线的方程为Ａ１　＋Ｂ１　Ｙ＋Ｃ１＝０和　Ａ　＋Ｂ　Ｙ＋Ｃ２＝０，当两直线平行时，其夹角为０　等于０。，即Ａ　Ｂ　－Ａ　＝０。当两直线垂直时，其夹角　为０等于９０。，即Ａ１Ａ　２＋Ｂ１日　＝０。当两条直线斜交　时，其夹角不等于０ｏ且不等于９０￣，且队　Ｂ２－Ａ　ｌ≠０　且Ａ　１Ａ　２＋Ｂ１日２≠０。　（３１直线与圆的关系有相离、相切和相交几　种关系。　设有直线方程为Ａ　＋Ｂ　＋Ｃ＝０，圆的方程　为（ｘ－Ｘ。）２＋（ｙ—Ｙ。）２－＝Ｒ　，圆的半径为尺，圆　６，Ｎ直线　距离为Ｄ，若Ｄ＜Ｒ，则直线与圆相交；若Ｄ＝Ｒ，　则直线与圆相切；若Ｄ＞Ｒ，则直线与圆相离。　（４）圆与圆的关系，有相离、相外切、相交、　相内切、小圆在大圆内、同心几种关系。　设有两个圆的方程分别为（ｘ－Ｘ　）２＋（ｙ—Ｙ。）　钮　２、　（ｘ－Ｘ　）　＋（ｙ—Ｙ　）　，两圆心之间的距离为Ｄ，若　Ｄ＞Ｒｌ＋Ｒ２，则两圆相离；若Ｄ＝Ｒ１＋Ｒ２，则两圆　相外切；若ｍａｘ　ｌ，Ｒ２）＜Ｄ＜Ｒｌ＋Ｒ２，则两圆相　交；若Ｄ＝ｍａｘ（Ｒ１，Ｒ２）一ｍｉｎ（Ｒ１，Ｒ２）则两圆相内　切；若ｒａｉｎ（ＲＩ，Ｒ２）＜Ｄ＜ｍａｘ（Ｒｌ，Ｒ２），则小圆在　大圆内；若Ｄ＝０，则两圆同心。　３参数化模型的求解方法　参数化设计模型的求解方法，如图１所示，　结点的集合ｆ１，２，３，４，５｝表示某模具标准件　的参数化设计图中的几何元素点、线、圆等；连　接结点的边的集合｛　，６，Ｃ，ｄ，ｅ｝表示几何元素　点，其分别表示元素１、２间，１、３间，３、４间，　４、５问，３、５间的约束关系。　图１　参数化设计的结点模型　用图１表示的方法．建立好模具图的参数化　设计模型后，即可进行模型的求解，求解方法可　表示为：　ｆ１１几何元素和约束关系的分类　将图形结点（几何元素）分为两类：ｋｎｏｗｎ　（已知元素）和ｕｎｋｎｏｗｎ（未知元素）；将连接边　（约束关系），定义为三类：ｕｎｄｏ（未作用过的约　束）、ｄｏ（作用约束）和ｄｏｎｅ（作用过的约束）。　（２）求解基本步骤，具体流程见图２。　①将参数化模型中的所有结点（几何元素）　标为ｕｎｋｎｏｗｎ，所有连接边（约束关系）标为ｕｎ—　ｄｏ；　②将模型中的任一结点设为ｋｎｏｗｎ；　③将与ｋｎｏｗｎ结点相关的ｕｎｋｎｏｗｎ结点的连　接边（约束关系）标为ｄｏ；　④根据ｄｏ约束找到该约束的另一个结点元　素，并判断该元素是否能由作用其上的ｄｏ约束推　出函数关系．若能推出，将该结点标为ｋｎｏｗｎ，并　将用来推出该结点的ｄｏ约束标为ｄｏｎｅ，执行步骤　⑤；若不能，转回执行步骤②；　⑤判断是否还有ｄｏ约束。若还有ｄｏ约束，执　行步骤④：若没有ｄｏ约束，判断新产生的ｋｎｏｗｎ　元素是否有ｄｏ约束，若有则执行步骤③，若没有　则退出。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　沈凌：基于ＡｕｔｏＣＡＤ的模具参数化设计模型研究　５３　图２　参数化模型的求解流程　４设计实例　以模具设计中常见的标准件定位销为例．用　ＶＢＡ为二次开发工具，其输入框窗体如图３。　当用参数化模型设计定位销时．以下窗体Ｕｓｅｒ一　图３定位销输入框窗体　ＦｏｒｍＩ中第一个复选框为定位销的国标代号，　是　定位销的直径．　是定位销的长度。当用户按下　完成按钮时即生成相应的定位销。　除了窗体ＵｓｅｒＦｏｒｍｌ的主程序外，还包括　ＵｓｅｒＦｏｒｍ　Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（）子程序．它是初始交谈框，　在下拉式列表框中加入定位销的标准与参数，即　选取上面对话框中的三项参数值；ｇｅｔｄａｔａＯ子程　序的作用是根据传递来的参数，从文本文件中读　取对应的数据；ｓｔｏａ（）ｑ￣程序是以空格为分隔符，　将一串文字转换为数组．并将一行文字拆为字符　串。在窗体ＵｓｅｒＦｏｒｍＩ的主程序中分别调用这三　个子程序（由于程序代码较长，在此不再列出）。　５结语　模具结构具有对象结构形状比较类似的特点，　故采用基于ＡｕｔｏＣＡＤ的参数化设计方法后．可以　用一组参数来约定尺寸关系。参数与设计对象的　控制尺寸有一定的对应关系。设计结果受尺寸驱　动．一组数据对应着一个图形。这样通过约束参数　的修改能够方便地创建功能和形状相似的产品对　象。运用ＶＢＡ在ＡｕｔｏＣＡＤ软件平台进行二次开　发．建立基于约束的参数化图形库如：标准零件　库和模具常用件库等．进而形成模具参数化设计　系统。只有形成了一套实用性强，通用性好的模　具参数化设计系统，才能真正实现模具设计的自　动化，这也是要进一步深入研究的问题所在。　参考文献：　［１】周星元，等．冲压模具零件标准件库的开发［Ｊ】．武汉　科技学院学报，２００５，１８（５）．　【２］龙军，等．智能化尺寸驱动法在参数绘图中的探索应　用［Ｊ］．工程图学学报，２００３（４）．　【３］阮锋，等．一种面向对象的参数化设计方法［Ｊ］．锻压　技术．１９９９（１）．　【４］徐灏，等．机械设计手册（第一卷）【Ｍ］．北京：机　械工业出版社．１９９４（２）．