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摘　要： 沖模典型結構，是指由標準模架、模具的固定和定位裝置及導向裝置、卸料裝置等組成的一個有機裝配體，它是進行模具結構設計的基礎。在以往的模具CAD系統(tǒng)中，進行模具結構設計時，往往預先定義好幾種典型的模具結構供用戶設計時選擇

沖模典型結構，是指由標準模架、模具的固定和定位裝置及導向裝置、卸料裝置等組成的一個有機裝配體，它是進行模具結構設計的基礎。在以往的模具CAD系統(tǒng)中，進行模具結構設計時，往往預先定義好幾種典型的模具結構供用戶設計時選擇，然后再在此基礎上進行模具結構設計。這雖然大大地減少了設計者的工作量，提高了設計效率，但由于沖模結構的復雜與多變性，又限制了系統(tǒng)的實用范圍，也不能讓用戶進行設計修改，從而降低了設計的靈活性。

為了滿足不同用戶的需求，使他們能夠方便地自定義所需要的模具結構，并能在設計過程中進行動態(tài)的設計修改。本文研究了在參數(shù)化技術的基礎上，利用變量裝配設計方法，建立一個支持層次功能劃分，并能方便用戶進行動態(tài)設計修改的模具裝配模型，并以Auto CAD R14為平臺，利用面向對象的ObjectARX為二次開發(fā)工具，結合MFC庫(Microsoft Fundamental Library)予以實現(xiàn)

1  動態(tài)設計的關鍵技術

動態(tài)設計是在設計變量、設計變量約束、裝配約束驅動下的一種可變的裝配設計，其中設計變量是定義產(chǎn)品功能要求和設計者意圖的產(chǎn)品整體或其零部件的最基本的功能參數(shù)和形狀參數(shù)，設計變量約束即設計約束或變量約束，設計變量和設計變量約束控制裝配體中的零部件的形狀。裝配約束是裝配體內(nèi)各個零部件的配合關系，它確定了零部件的位置。

動態(tài)設計的過程是正向設計與反向設計相互結合的過程，所謂正向設計是指從概念設計到詳細設計，從而得到裝配設計方案的自上而下的設計過程。而反向設計是指對產(chǎn)品設計方案中的一些不滿意的地方提出要求或限制條件，結合原有的裝配功能要求，通過約束求解對原有的設計方案進行設計修改的過程。

實現(xiàn)動態(tài)設計的關鍵技術主要有如下兩點：

(1)參數(shù)化技術。參數(shù)化設計為設計者提供了一個動態(tài)設計的環(huán)境。近幾年來，零件圖的參數(shù)化設計已經(jīng)比較成熟，這使將參數(shù)化方法引入裝配設計成為可能。利用參數(shù)化技術，不僅可以實現(xiàn)裝配圖中零部件的動態(tài)設計修改，還可以通過裝配模型定義裝配關系，以一組變量的某種特定的形式或裝配特征來表達裝配關系，通過尺寸的驅動，在裝配圖模型的基礎上參數(shù)化生成裝配圖。

(2)變量裝配設計理論。變量裝配設計理論是一種支持產(chǎn)品功能的裝配設計理論，其主要特點有：①支持從上到下的產(chǎn)品形狀和功能構想；②支持面向功能的產(chǎn)品設計；③支持動態(tài)裝配設計。在裝配設計中，概念設計、裝配設計、零件設計是三個相互交叉的過程。變量裝配設計對概念設計產(chǎn)生的設計變量和設計變量約束進行記錄、表達、轉播，使各個階段設計主要是在產(chǎn)品功能和設計者意圖的基礎上進行，它始終是在產(chǎn)品的功能約束下進行和完成的。其設計過程如圖1。

2  模具典型結構動態(tài)交互設計的實現(xiàn)

2.1  設計變量及設計變量約束的表達

設計變量是實現(xiàn)動態(tài)設計的基礎，零件的參數(shù)化設計及變量裝配設計是通過各種設計變量來實現(xiàn)的。設計變量的類表示如下：

　　class Design Variable:{

　　char ＊m_name;　　//變量名稱

　　value_type m_type;//變量類型

　　double m_real;　　//變量值

　　int m_int;　　　　//變量值

　　Point3d m_point;　　//變量值 

　　char＊m_string;　　//變量含義

　　Design Variable　�。猲ext;}

在級進模設計中，設計變量約束有如下3種：①等式約束，如上、下模板的Z方向坐標Z2=Z1＋H。②限制約束，常為不等式約束。③規(guī)則約束，模具設計中的一些經(jīng)驗知識。

采用設計變量約束網(wǎng)絡(Variable Constraint Network,VCN)來管理設計變量及其表達式。VCN是在模具典型結構的設計過程中逐步建立和完善的，用戶可交互的對設計變量和變量約束進行增加、修改、刪除等。

2.2  零件信息的表達

裝配體中相同的零件會出現(xiàn)多次，它們的幾何信息、物理特性都相同，不同之處在于空間位置，利用面向對象的方法，可以將零件表達為各個類的一個個對象，這些類存儲零件的圖形(由塊組成)、位置(中心點的坐標(x,y,z)用數(shù)學表達式表達)、屬性(約束變量值及尺寸大小)。而設計一個零件的過程就是一個實例化的過程。零件的基類表示如下：

　　class Copart：public AcDbEntity{

　　Char ＊_instant;　　　//零件的名稱

　　Point3d mCenter;　　　//零件的定位點

　　AcGe Vector3d mRot;　//零件的方向矢量

AcDbHardPointerID mdef; //零件的信息，如尺寸變量、零件個數(shù)等，以CoParDef(見下文)類存儲，以對象ID標識

AcDbObjectIDArray mEntIds;//組成零件的實體信息，從圖塊中獲得

AcDbObjectIDArray mHoles;//零件上的孔的信息，由于級進模的裝配關系多為板孔關系，故此信息須記錄

AcDbObjectIDArray mCons;//零件的約束鏈，以CoCons類(見下文)存儲，以對象ID標識　}

存儲零件信息(約束變量，尺寸變量等)的CoPartDef類封裝了該零件的零件編號、數(shù)量、標識及變量表達式等。

2.3  裝配約束關系的表達

在級進模中各零件的裝配約束關系主要有以下幾點：①接觸關系；②依附關系；③裝配尺寸關系。

在級進模結構中，接觸關系和裝配尺寸關系相對比較簡單，它們用不同的類進行封裝，它們共同的基類CoCons表示如下：

　　class CoCons：public AcDbObject{

　　pointerID mBody1,mBody2;//裝配關系所約

　　束的兩個零件或子裝配體

　　pointerID mGeomRefl,mGeomRef2;//約束

　　關系的兩個圖形參考實體

　　}

而依附關系較復雜，在模具結構中，依附關系主要為板件上孔、槽等的描述。因此可用特征的隱式表達的方法，通過約束類型以及用變量表達式表示的約束參數(shù)來描述依附約束關系。當建立兩個零件之間的約束關系時，包括約束關系鏈的一方稱為擁有者(Owner)，另一方稱作連接者(Connector)。當任一方被刪除后，它們的約束關系也被刪除。在模具結構中，孔的類型主要有通孔、帶螺紋階梯孔、螺紋孔、盲孔、階梯孔、凸、凹模的型孔等。通過總結，可將這些建立成裝配約束關系庫，系統(tǒng)可根據(jù)裝配關系庫自動建立零件間的約束關系。下面為約束關系的一個實例，通孔(如圖2)的描述：

　　Relation(彈簧、凹模墊板)

　　{

　　Owner:彈簧(ID6)

　　Connector:凹模墊板(ID3)

　　Type:通孔

　　Paremeters:{

Center=[rxof(ID6),xyof(ID6),rzof(ID3)];

Ndir=[0,0,1];D=max(D1∷ID5,D∷ID6);H=T∷ID3;}}

2.4  動態(tài)設計及其約束求解

正向設計的過程為：先進行概念設計，確定模具的總體結構，從模具裝配圖庫中調(diào)出相應的典型模架裝配圖，在此基礎上，對裝配圖上的零件進行功能與形狀設計，同時進行裝配關系的定義(即貼合、同心、依附等)及修改，對所選零件的各個視圖進行參數(shù)化驅動或其它操作，并求解約束，約束求解采用動態(tài)變量約束求解。如設計方案中的一些不滿意，則須進行反向設計，如涉及到增加或刪除約束，則對VCN進行動態(tài)變量約束求解；如只需要進行修改零件的尺寸或設計變量，則選擇需要進行修改的零件，然后根據(jù)所選擇零件的約束，進行約束求解，并對相關零件進行設計修改。

所謂動態(tài)變量約束求解，即在建立VCN過程中，每輸入一個設計變量約束，如已知條件可以充分滿足該設計變量約束，就求解該約束。在此采用了分類分步分解的求解策略，將等式約束和其他約束分類進行分步處理，依次求解部分可解約束、循環(huán)處理，并應用序列分解方法選擇可解約束和決定約束求解的順序。等式約束的序列分解算法如下：

(1)把所有等式約束表達成一個鄰接矩陣M1，行表示等式約束，列表示設計變量，‘1’表示某設計變量出現(xiàn)在所有行的等式約束中，‘0’表示沒有出現(xiàn)。初始化一個堆棧S1。

(2)找出M1只含一個設計變量(對應只有一個‘1’)的行，如果沒有，則不可順序求解，轉入(4)。

(3)對只含一個設計變量的行，讀取該行的等式約束指針，并壓入堆棧S1，從矩陣中去掉該行，去掉含此設計變量的列，繼續(xù)(2)。

(4)求解S1中的等式約束所組成的方程組，返回。

當?shù)仁郊s束不可能再進行序列分解處理時，則需要進行方程組的聯(lián)立求解，其它類型的約束也可用以上類似的方法進行處理。

而反向設計中，如涉及到約束的增加或減少，也可對VCN進行動態(tài)變量約束求解。如約束不變，只是變量值發(fā)生了變化，則采用的約束關系的求解算法如下(如圖3)：

(1)找到零件P1的約束鏈；

(2)依次取約束鏈中的約束關系，得到約束關系記錄的連接者Pc，如已到鏈尾則轉(5)；

(3)如Pc的約束鏈中存在P1，則約束有效，轉(4)，否則繼續(xù)(2)；

(4)根據(jù)約束中記錄的約束參數(shù)，求解變量表達式，得到相應的圖形；

(5)依次取Pc中連接者ID鏈中每一個ID，取得零件PID，從PID的約束鏈中得到相應的約束關系，同樣進行(4)。

3  結束語

采用以上的裝配信息的表達方法，正、反向設計相應的求解策略及面向對象的程序設計方法，在模具典型結構設計中，零件及子裝配體的定義、存

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