楊家鵬

（廣西水利電力職業(yè)技術學院 ，南寧 530023）

0 引言

虛擬裝配技術是近年來數(shù)字化設計制造中的一個新興的研究方向，在產(chǎn)品設計中應用虛擬裝配技術，有利于并行工程的實現(xiàn)和實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，有效地縮短產(chǎn)品研發(fā)、設計和制造的周期，提高產(chǎn)品的設計質量，降低設計和制造的成本。

虛擬裝配可以分為以設計為中心的虛擬裝配、以過程控制為中心的虛擬裝配和以仿真為中心的虛擬裝配三種。本文研究應用以設計為中心的虛擬裝配技術進行手機上蓋模具的主體設計。

1 基于UG平臺以設計為中心的虛擬裝配技術

基于UG平臺以設計為中心的虛擬裝配技術是指在產(chǎn)品設計過程中，結合面向裝配的設計理論與方法，使用UG軟件提供的裝配設計模塊，在設計初期就把產(chǎn)品設計過程與制造過程有機結合，從設計的角度來保證產(chǎn)品具有良好的裝配和制造工藝性。通過完成產(chǎn)品的實體造型，裝配與分析等協(xié)調的設計過程，實現(xiàn)產(chǎn)品設計過程與零部件制造，裝配過程的統(tǒng)一。

UG的裝配模塊中提供了自頂向下的基于裝配的產(chǎn)品設計技術和產(chǎn)品開發(fā)方式。應用主模型、上下文設計、WAVE技術、裝配分析和質量管理等技術，能很方便地完成產(chǎn)品的虛擬裝配設計。

基于UG虛擬裝配技術的產(chǎn)品設計的特點是：

1）便于實行并行工程，主模型技術提供了一個面向設計群體的裝配設計環(huán)節(jié)，能實現(xiàn)多部門協(xié)同工作的過程，允許在同一部件的設計中多個技術人員同時進行不同結構部分的設計。

2）在產(chǎn)品設計的初期階段，就可以在虛擬環(huán)境中進行模擬和測試，使產(chǎn)品的缺陷和問題在當時的設計階段就能被及時發(fā)現(xiàn)并加以解決，使產(chǎn)品的設計從開始就被有效地控制在最終產(chǎn)品可裝配的范圍之內，從而提高產(chǎn)品設計質量。

3）能方便地對產(chǎn)品進行設計和更改。詳細設計在概念設計并未全部完成就可以開始。在設計過程中或設計完成后，一旦裝配中任何部件進行修改，其它相關的數(shù)據(jù)會自動更新，不需要對具體的零部件作逐一的修改，大大減少修改設計的工作量，從而提高產(chǎn)品設計速度。

2 手機上蓋模具的主體設計

手機上蓋模具的主體設計包括手機上蓋的實體模型、分型面、型芯、型腔等。設計過程中各部件之間的參照和引用的關聯(lián)性很強，整個設計采用UG提供的自頂向下的設計方法，以手機上蓋作為主模型，并以其為主線，利用WAVE參數(shù)關聯(lián)設計技術，分別對縮水率、分型面、型芯、型腔等部件進行設計，在設計過程中，利用上下文設計能使初步設計與詳細的設計交替進行，從整體到局部來完成整個設計過程。這種設計方法可以保證設計出的產(chǎn)品相互間有一個正確和合理的位置，也與模具設計實際相符合。

2.1 手機上蓋模具主體的相關裝配信息和結構的規(guī)劃分析

在初期的設計階段，主要建立手機上蓋模具主體的主模型空間，劃分主要的裝配結構層次和裝配區(qū)域。手機上蓋模具的結構設計主要有5部份，分別為主模型設計、縮水率設計、分型面設計、型芯系統(tǒng)設計及型腔系統(tǒng)設計。型腔系統(tǒng)和型腔系統(tǒng)還包含有子裝配區(qū)域。其結構布局如圖1所示。

圖1 手機上蓋模具的裝配信息及結構布局

在UG中，新建一個裝配文件mobile_top_mould，作為總裝配文件。然后進入裝配環(huán)境。在裝配模式下按圖1所示的結構布局進行創(chuàng)建新的組件的操作，劃分虛擬裝配區(qū)域和層次。在總裝配下分別建立了主模型、縮水率、分型面。型腔部件和型芯部件四個子裝配區(qū)域，在型腔部件和型芯部件下建立型腔和型芯子裝配。整個裝配設計的規(guī)劃，即裝配區(qū)域和層次在裝配導航器中的裝配目錄中顯示出來，如圖2所示。

圖2 裝配目錄

2.2 主模型的設計

主模型技術是指UG的產(chǎn)品模型中使用的多文件構架。主模型的設計方法的重點在于使集成環(huán)境中各應用模塊之間保持完全的相關性，如何建立裝配文件，共享產(chǎn)品模型，在裝配文件中引用一個零件文件或子裝配文件，然后將每一個這種子裝配文件引用到整個產(chǎn)品的裝配中，利用不同的模塊來完成同一產(chǎn)品的不同的設計工作。

利用UG裝配的上下文設計的功能，把手機上蓋的主模型文件mobile_top轉換為“工作部件”和“顯示部件”，對手機上蓋主模型進行實體造型設計。

在裝配環(huán)境中零件的設計方法和普通零件的設計方法相同，在設計中，可利用建模環(huán)境中的建立草圖、拉伸、掃描等各種建模命令構建三維實體模型，并自動生成設計參數(shù)變量表。圖3為在裝配環(huán)境下設計出來的手機上蓋的主模型。

設計主模型時，其上下文設計使主模型能建立起部件之間的幾何或尺寸相關性，通過“工作部件”和“顯示部件”之間的轉換從而使產(chǎn)品的總體設計與詳細設計可以同步或穿插進行，部件之間的幾何對象可以相互參照和引用，提高了產(chǎn)品設計的效率和準確性。

2.3 零部件的設計

利用自頂向下的設計方法根據(jù)手機上蓋模具的主體的裝配順序分別對各個部分進行設計。其創(chuàng)建過程和主模型創(chuàng)建過程相同。在其它零部件的設計中依據(jù)其相關性，分別應用了上下文設計和WAVE技術。

UG/WAVE技術是指參數(shù)關聯(lián)設計技術，它能基于一個部件的幾何體的形狀、尺寸及位置去設計另一個部件，即不同的部件間的參數(shù)化建模。利用該技術可以建立產(chǎn)品的控制結構，這樣就可通過集成系統(tǒng)級工程與參數(shù)化建模技術來實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)，降低產(chǎn)品設計成本。通常應用于參數(shù)化建模、加工工藝編制中的毛坯及工序的建模、模具設計等。

首先設計縮水率部件?？s水率部件是在主模型的基礎上進行放大，利用上下文設計將縮水率部件mobile_top_shrink轉換成“工作部件”，然后利用UG的參數(shù)關聯(lián)技術將主模型鏈接復制，把主模型引用到縮水率文件中來，使得所有參數(shù)都存在于縮水率文件，然后根據(jù)設計要求用比例縮放命令進行縮放。

其次設計分型面。將分型面轉換成“工作部件”，用WAVE技術將縮水率部件引用到分型面文件中，用縮水率文件為參照進行設計。分型面的形狀可選擇平面、斜面、階梯面和曲面等，分型面的選擇要有利于脫模。根據(jù)手機上蓋模具的結構特點，取在塑件尺寸最大處，并采用平面和直紋面作為分型面。設計中應用了擴大面、拉伸面、修剪、縫合等操作完成其分型面的設計。如圖4所示。

圖3 手機上蓋的主模型

圖4 分型面

型芯系統(tǒng)和型腔系統(tǒng)的設計主要是分別設計好型芯面和型腔面。在型芯和型腔部件目錄下都設立了裝配子目錄，分別用于設計型芯面和型腔面。在設計過程中，分別將其轉換成“工作部件”，使用WAVE技術鏈接復制縮水率部件，用UG建模中的簡化、提取等設計方法進行曲面設計，然后與分型面分別進行縫合，設計完成的型腔面和型芯面如圖5和圖6所示。用設計完成的型芯面和型腔面分別修剪毛坯，完成型芯系統(tǒng)和型腔系統(tǒng)的設計。

圖5 型腔面

圖6 型芯面

在設計過程中，手機上蓋模具主體各個部分的零部件的總體設計與詳細的設計可交替進行。還可根據(jù)各部份裝配路徑、裝配關系和約束條件，進行調整、修改，直到滿足最終的設計要求。

利用WAVE技術和匹配關系對上述的五個部分進行組合，完成整個初步設計過程。圖7所示是其設計完成后手機模具主體裝配體的爆炸圖。

圖7 裝配體

2.4 手機上蓋模具主體的干涉檢查

利用UG的分析功可以對設計好的裝配體進行干涉檢查，進行間隙分析。對手機上蓋模具主體的裝配體結構進行干涉檢查可初步評價其結構設計是否合理，以利于及時修改不合理的結構。分析結果如圖8所示。

圖8 干涉檢查信息欄

從干涉檢查結果看，存在著三處接觸干涉，即兩對象接觸但不相交，符合模具的設計要求，裝配體各部份的結構是合理的。另外，如果兩對象之間產(chǎn)生相交的硬干涉，干涉分析結果還會給出詳細的干涉數(shù)值，通常作為修改模型和重新設計的參考。

這樣設計的模具主體具有良好的裝配結構和制造工藝性。隨后可利用UG軟件的制造模塊或其它的CAM制造軟件對模具主體直接進行刀路設計和模具的后續(xù)設計。

3 結束語

通過在手機上蓋模具主體設計中應用虛擬裝配技術，可以實現(xiàn)并行設計和以主模型相關的可制造性設計。為模具的后續(xù)的設計、制造和分析打下了良好的基礎。虛擬裝配技術從根本上改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計、制造模式。虛擬裝配的實現(xiàn)有助于解決零部件從設計到生產(chǎn)所出現(xiàn)的技術問題，以達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本以及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的。以設計為中心的虛擬裝配技術在工業(yè)產(chǎn)品研制與設計中正逐步得到應用和具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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