1、 模具的模塊化設計初探摘 要：傳統的摸具設計工藝復雜、開發周期長?？s短設計周期并提高設計質量，是縮短整個模具開發周期的關鍵之一，也是提高模具質量、降低設計成本、增強企業競爭力的有效途徑。作者通過“摸具的模塊化設計”方法，實現了縮短整個模具開發周期的目標。關鍵詞：摸具；模塊化；前 言縮短設計周期并提高設計質量是縮短整個模具開發周期的關鍵之一。模塊化設計就是利用產品零部件在結構及功能上的相似性，而實現產品的標準化與組合化。大量實踐表明，模塊化設計能有效減少產品設計時間并提高設計質量。因此本文探索在模具設計中運用模塊化設計方法。 1.模具模塊化設計的特點 模具的零部件在結構或功能上具有一定的相似性，

2、因而有采用模塊化設計方法的條件，但目前模具設計中應用模塊化設計方法的研究報道還很少見。與其它種類的機械產品相比，模具的模塊化有幾項明顯特點。1.1模具零件的空間交錯問題 模具的線條在三維空間上相互交錯，難于保證模塊組合后不發生空間干涉；模塊劃分難于清晰進行。 筆者采取以下辦法來克服這個問題：（1）利用Pro/E（或UGII等三維軟件）的虛擬裝配功能檢測干涉；（2）按功能與結構劃分相結合。模塊劃分就是部件劃分并抽取共性過程?？臻g上離散或結構變化大的部件則按功能劃分，設計出所謂的功能模塊；結構相對獨立的部件按結構進行劃分，設計出所謂的結構模塊。而在這樣劃分并進行相應的程序開發后，結構模塊的結構可由

3、結構參數為主，功能參數為輔簡單求得；而對于功能模塊，可由功能參數為主，結構參數為輔出發進行推理，在多種多樣的結構形式中做出抉擇。 1.2  凸凹模具及某些零部件外形無法預見 某些模具零件（如凸凹模具）的形狀和尺寸由產品決定因而無法在模塊設計時預見到，所以只能按常見形狀設計模塊（如圓柱形或立方體的沖頭）,某些模具零件（如沖壓模的工件定位零件）雖然互相配合執行某一功能，但它們的空間布置難尋規律與共性，因此即使按功能劃分也不能產生模塊。 筆者認為，模塊化是部件的標準化，而零件標準化可視為零件的模塊化。兩個級別上的標準化是互相配合的。因此，要開發零件庫并納入模塊庫，以彌補模塊覆蓋不全的缺憾。

4、當零件必須逐個構造時，一個齊全的便于使用的零件庫對提高效率很有幫助。 1.3 模具類型與結構變化多 模具可有不同的工序性質，如下料、沖孔等；有不同的組合方式，如簡單模、連續模等；還有不同的結構形式，種類極其繁多。因此，必須找到適當途徑，使較少的模塊能組合出多種多樣模具。 為此，筆者提出了以下方法：（1）在Pro/E（或UGII等三維軟件）的參數化設計功能及用戶自定義特征功能的基礎上進行二次開發，使模塊具有較大“可塑性”，可根據不同的輸入參數產生較大的結構變化；（2）分層次設計模塊。用戶可調用任一層次上的模塊，達到了靈活與效率兩個目標。使用小模塊有靈活多變的優點，但效率低，使用大模塊則相反。 2

5、. 模具模塊化設計的實施 為了實施模塊化設計，并證明以上方法的可行性，筆者基于Pro/E二次開發，開發出一套模具模塊化CAD系統。系統分兩大部分：模塊庫與模塊庫管理系統。2.1 模塊庫的建立模塊庫的建立有三個步驟：模塊劃分、構造特征模型和用戶自定義特征的生成。標準零件是模塊的特例，存在于模塊庫中。標準零件的定義只需進行后兩步驟。模塊劃分:是模塊化設計的第一步。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統的功能、性能和成本 。每一類產品的模塊劃分都必須經過技術調研并反復論證才能得出劃分結果。對于模具而言，功能模塊與結構模塊是互相包容的。結構模塊在局部范圍內可有較大的結構變化，因而它可以包含功能模塊；而功

6、能模塊的局部結構可能較固定，因而它可以包含結構模塊。 模塊設計完成后，在Pro/E的零件/裝配（Part/Assembly）空間中手工建構所需模塊的特征模型，運用Pro/E的用戶自定義特征功能，定義模塊的兩項可變參數：可變尺寸與裝配關系，形成用戶自定義特征(User-Defined Features，UDFs)。生成用戶自定義特征文件（以gph為后綴的文件）后按分組技術取名存儲，即完成模塊庫的建立。 2.2 模塊庫管理系統開發 系統通過兩次推理，結構選擇推理與模塊的自動建模，實現模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結構，第二次推理最終確定模塊的所有參數。通過這種途徑實現模塊“可塑性”目標。在結

7、構選擇推理中，系統接受用戶輸入的模塊名稱、模塊的功能參數和結構參數，進行推理，在模塊庫中求得適用模塊的名稱。如果不滿意該結果，用戶可指定模塊名稱。在這一步所得到的模塊仍是不確定的，它缺少尺寸參數、精度、材料特征及裝配關系的定義。在自動建模推理中，系統利用輸入的尺寸參數、精度特征、材料特征與裝配關系定義，驅動用戶自定義特征模型，動態地、自動地將模塊特征模型構造出來并自動裝配。自動建模函數運用C語言與Pro/E的二次開發工具Pro/TOOLKIT開發而成。UDFs的生成方法及參數驅動實現自動建模的程序。通過模塊的調用可迅速完成模具設計。這個系統應用后模具設計周期明顯縮短。由于在模塊設計時認真考慮了模塊的質量，因而對模具的質量起基礎保證作用。模塊庫中存放的是相互獨立的UDFs文件，因此本系統具有可擴充性。3.總結 由于采取了上述措施，模具從設計到驗收（按可比工作量計算），開發周期比以前縮短了約1/4，而且模具質量和成本都有所改善，明顯增強企業競爭力。參考文獻 1張林宣，童秉樞，王春河等，一種實用的綜合集成DFA系統的研究， J清華大學學報（自然科學版），1998，38（11）：2 69-72王知衍譯，面向制造與裝配