压铸模具结构的自动设计

彼岸花开

【摘 要】本文主要介绍应用先进的参数化设计软件Pro/ENGINEER，组建图形库、数据库、知识库、程序库，实现压铸模具结构的自动设计。
( k" C1 Z" V; {/ D' _3 Z* u0 x【关键词】压铸模具 参数化设计 程序
+ G& e! f: A! G" \# @" b. B; s
) t  L% p8 o. l6 x6 z6 w7 {: j3 R0 xPro/ENGINEER软件是美国PTC公司推出的CAD/CAM/CAE软件产品，Pro/ENGINEER通过一种独特的参数化设计及基于特征的实体造型设计制造技术，为压铸模具设计和生产提供了前所未有的新局面。共立精机（大连）有限公司是日本著名压铸模具制造商共立精机株式会社在大连建立的全资独立子公司。公司主要从事精密金属压铸模具的设计、制造。公司从生产管理到模具的设计、生产、制造过程中全面采用了先进的计算机技术，其技术含量较高。其客户主要为中国和世界其他国家的汽车、家电、机械、电子等各种行业。由于公司设计制造压铸模具采用了先进的Pro/ENGINEER软件，实现CAD/CAM一体化，提高了产品质量保证了使用寿命，使许多老客户又纷纷要求制造复制模具，或设计制造他们新研制的产品模具。进而推动公司及国内压铸模具同行业发展。

3 A! l$ d  p7 j. ~: }: ~- p  F; D本项目主要基于Pro/ENGINEER2001高级装配及软件特有的族表Family table，关系式Relations，程序Program，运行轨迹Play Trail等，依据本公司压铸模具结构设计标准，组建图形库、数据库、知识库、程序库对其进行二次开发。实现压铸模具结构自动设计。

* S; }* J7 P' [0 ~6 P/ _; ]1 图形库建立
2 z2 N4 V) C8 }$ o
6 R' o) r3 ^) r" z! C利用Pro/ENGINEER参数化设计特性，对模具结构设计中每一零件对应建立一个基本模型，即三维实体模型，在模型中设制族表Family Table，将可变化的尺寸命名并输入相对应数据。这个模型将代表同类图形各种参数模型，当需要某个命名参数图形时，模型将自动调用族表Family table尺寸参数，驱动模型自动改变。Pro/ENGINEER特有的参数化设计使单一的图形库数量大大减少，节省图形库占用机器容量，提高计算机运算速度。Pro/ENGINEER具有很强的三维实体造型功能，组建图形库都为三维实体模型。如图1所示，压铸模零件导柱的图形库。

图1 导柱图形库

2 数据库建立
4 _5 t! r4 E+ M2 d6 \6 x
4 n  a% `/ V- l) B' f数据库是在图形库基础上，应用Pro/ENGINEER族表Family table组建的尺寸数据表，这种数据表可以为___tmp.prd文本形式存在；还可以为电子表格Excel形式存在。Pro/ENGINEER这种族表便于工程设计者，根据需要不断补充扩展、修正、完善其数据库。如下面文件所示，图形库中导柱Family table数据文件。
1 g; Q& g/ e$ x! s
2.1 Daozu_tmp.ptd文件
2 Y/ {$ V, j1 F* v5 w: \
Generic part name: DAOZU
! 标识 D6 D9 D2 D7 F453 F613 F618 F623 F684
4 Q5 T9 A8 F9 K# jl di do m [开槽] [曲线] [曲线] [曲线] [开槽]
' `4 C" m, F1 j- j- _0 k! GENERIC 150.0 35.0 35.0 20.0 N N N N N
9 B* ~# j1 e6 U5 ADAOZU-40 170.0 40.0 40.0 20.0 N * * * *
3 u) R0 U9 ]+ h; q- vDAOZU-80 320.0 80.0 80.0 30.0 Y * * * *
% u- M- ?3 z1 U; I: [DAOZU-60 230.0 50.0 50.0 25.0 * * * Y Y
DAOZU-30 130.0 30.0 30.0 16.0 * * * * *

2 G1 m, @& W5 o5 J3 d- `' T3 P2.2 Excel表格文件

& z4 f# x+ h, ^& H* EPro/ENGINEER Family Table
DAOZU
INST d6 d9 d2 d7 F453 F613 F618 F623 F684
NAME l di do m [开槽] [曲线] [曲线] [曲线] [开槽]
9 E9 I1 I3 B; v" |!GENERIC 150 35 35 20 N N N N N
DAOZU-40 170 40 40 20 N * * * *
DAOZU-80 320 80 80 30 Y * * * *
DAOZU-60 230 50 50 25 * * * Y Y
$ Z; x1 x& n, j0 b" `3 o' C( sDAOZU-30 130 30 30 16 * * * * *
% @8 n) ]" a6 q. w2 D
, V  t( G$ Y2 f4 N1 P" {3 知识库建立

知识库主要描述设计过程中常用关系和规则。Pro/ENGINEER中特有的关系式Relations具有加减乘除四则运算，比较大小，逻辑判断“与、或、非”，轨迹参数（Trajpar），图特征（Graph），数学函数运算等功能。这为工程师建立设计标准，积累知识，运用知识，建立专家系统Expert system奠定了基础。如图2为显示尺寸关系的模具垫块图，表1为对应垫块图建立地关系式Relations。

1 A' z! I! p( x! I, \图2 垫块图

模具结构设计中，尺寸是相互约束、相互关联的，这完全可以运用Pro/ENGINEER关系Relations建立关系式来控制，保证尺寸同一，防止尺寸干涉出错。在一般设计中，零件之间相互关联尺寸都是独立标注，往往在现场装配模具时才发现尺寸错误，这会延误工期造成经济损失。建立知识库尺寸关系式，就可避免其发生。
' E8 C3 J9 q  R+ U) i
0 @! D% s' N2 J$ O* a6 l, U9 Q关系C320-T:
- n: V+ a+ l+ N: ~- b1 s) ~
0 C& o  v2 w2 H9 x5 a" A' d% Y初始关系

4 程序库Program
$ w& W2 P( M% C  u5 W3 `: |
! [0 I" d! j0 s  ~Pro/ENGINEER程序可以由模型或文件产生。最初程序必须由模型生成，模型应包含所有可能的特征以便增减和变化。当程序文件生成后，可进行编辑增加特征信息；增加“Input”描述以传递设计参数和值；增加零件关系；利用判断语句“IF”、“Else”描述产生设计分支；增加“Interact”描述而暂停程序的执行，以增加特征；程序能对零件特征进行处理如删除、压缩和重排序。
1 B; q- C, G0 W) _  _. r4 ]- ]
% b: a8 r, I* g% O2 O* t程序的输入可利用Current Vals保持已存在的值，利用Entre运行程序输入参数的描述及提示，或利用Read file从当前目录下的文本文件中读入所需要值。模具装配图自动设计总程序正是应用Read flie，即从建立输入文件kd.txt中获取模具型腔外形尺寸长、宽、高参数值等，通过关系式Relations自动运行编辑程序。更新的程序将驱动装配图中每个元件模型自动改变，从而实现模具结构的自动生成。
" R5 S  A+ \9 H
输入文件Kd.txt
7 A$ w1 p/ K% H' S7 R& H
- b9 I& ^: [7 m7 D% _2 I4 ]LENGTH=300
WIDTH=200
HIGHC=100
$ z! T% k1 g2 |HIGHE=60
HIGH1=40
DIA=60

5 k/ G, h# {% k; f1 ZPro/ENGINEER参数化设计软件中程序Program语句简明，便于设计工程师掌握和编辑，可以不需要连接其他高级程序语言就可实现。如下面所列程序，为模具结构设计中装配零件程序。程序主要包括输入部分自动提取输入文件的参数值，运算部分通过关系式计算尺寸值，增加特征部分装配零件等。
' _5 b* n0 x$ A3 j3 J; H
- t* |# j, k; Q  l4 l5 T& |6 EINPUT
4 G' k+ s* e$ i& ?1 _HIGH1 NUMBER
DIA NUMBER
7 T  ]; O0 l0 i, EEND INPUT
" W4 i0 z* a8 t- |% C! ^0 _
RELATIONS
" r: g/ r' Q' |; YD6:1=HIGH1+10+D11:8
+ U9 t( w* T% q* vD13:1=B:2
D17:1=B:0
END RELATIONS

ADD PART KES-E
INTERNAL COMPONENT ID 1
END ADD
* w1 |4 f* _2 R$ ?
ADD PART KES-C
INTERNAL COMPONENT ID 2
PARENTS = 1(#1)
END ADD
8 W0 r) b$ z: m6 X7 x: J+ ]  ?
3 r" q! ?' j; A9 VADD PART KES-R
1 u) _7 I% Q6 v* J, @% O$ {INTERNAL COMPONENT ID 27
PARENTS = 1(#1)
END ADD
　　…
* M; K7 H' J6 mMASSPROP
END MASSPROP

5 装配图自动生成

Pro/ENGINEER参数化设计软件中特有的运行轨迹Play Trail跟踪文件，能够记录元件模型设计及元件装配整个过程。应用模具结构设计装配过程的运行轨迹，可以实现自动调用输入文件kd.txt，通过程序库中主程序Program控制，运用知识库中关系式Relations计算变换参数值，调用图形库中三维实体零件，使每个零件得以修正并组装再生出新的装配。模具输入参数主要为以下两点。
. D. v  O- s: y
(1)动定模型腔基本参数，通过编辑kd.txt文本文件来实现。
(2)客户压铸机基本参数，通过选择Family Table值来确定。
9 _& P3 `0 h& D$ l
, Z  \9 P" A, c4 S% Z+ B3 o从而确定模具结构主要包括：模架部分——动模板、定模板尺寸；导向部分——导柱、导套尺寸；浇注部分——浇口套、分流锥尺寸；顶出部分——推板、顶杆固定板尺寸。
  l% q/ W; r8 G
轨迹Play Trail跟踪文件ASM.TXT文件内容如下：

!trail file version No. 1151
!Pro/ENGINEER TM 2001 (c) 1988-2001 by Wisdom Systems All Rights Reserved.
  ?- Z$ K+ j5 Q7 G# p!Select parts to regenerate.
' o) [4 A7 L! O2 A9 Y( E: U" r3 w#AUTOMATIC
!Choose source of values for Pro/PROGRAM inputs for model KES-E.
#READ FILE
* I# ~8 Y8 [9 J5 o0 X+ u!Enter file name [QUIT]:
& @" E+ e0 R1 R' z4 jkd.txt
!Ignoring invalid line 3 in input file kd.txt.
!Ignoring invalid line 5 in input file kd.txt.
  e$ _6 H) S. B, M3 K: [!Choose source of values for Pro/PROGRAM inputs for model KES-C.
& U, e: B; G+ C1 B#READ FILE
+ N8 G# Z: T% [* S% {!Enter file name [QUIT]:
& m* q" B- J3 v+ ]9 Y: u& ykd.txt
+ L' ?7 ]" ^* Y!Ignoring invalid line 4 in input file kd.txt.
!Ignoring invalid line 5 in input file kd.txt.
!Choose source of values for Pro/PROGRAM inputs for model KES-R.
#READ FILE
  W; c- J. v! m/ q+ M3 }!Enter file name [QUIT]:
& W+ A, G% ]1 Q+ W0 V5 skd.txt
!Ignoring invalid line 1 in input file kd.txt.
!Ignoring invalid line 3 in input file kd.txt.
!Ignoring invalid line 4 in input file kd.txt.
3 M& }' W2 K( @* b& D# f, S!Ignoring invalid line 6 in input file kd.txt.
! `* e) H. z7 P! a& v7 f* Z# Q3 Q!Automatic regeneration of the parts has been completed.
' l5 q4 D: v( q9 O6 V
如图3所示为运行程序自动生成模具结构设计总装配图。

# q# i. F3 k8 w. A8 a" ?# a5 e# @4 Y" n: r图3 模具结构设计装配图

本项目是作者结合实际工作压铸模具设计，应用Pro/ENGINEER参数化设计软件，构思开发压铸模结构自动设计。随着压铸模具发展及客户要求提高，还需要很好应用Pro/ENGINEER不断扩充新的知识，建立专家系统，实现人工智能完善之。