基于UG和EXCEL函数的模具参数化设计

成都凯天电子股份有限公司 (四川 610091) 吴 涛

在工程应用中，相似模具的设计，通常做法是复制类似零件模型，在原设计基础上修改，除工作尺寸需更改外，相关结构尺寸也需调整。当零件尺寸变化较大时，结构尺寸变化也大，需反复计算调整，占用时间，而且易发生遗漏，造成各相关尺寸不能配合。

有没有一种方法，输入零件尺寸与公差，即能完成整套模具的设计;或者将工作尺寸输入模型中，即可驱动相关结构尺寸的生成，完成整套模具的设计。通过EXCEL函数与UG参数化建模，是可以实现其设想的 (见图1)。

图1

这种将EXCEL函数与UG参数化建模相结合的方式，为我们提供了一个新的模具设计模式:即通过EXCEL函数，用零件尺寸驱动生成模具的工作尺寸;通过UG参数化建模，用模具的工作尺寸驱动生成零件三维模型与二维图样、工艺流程。

为了便于描述，本文仅就简单的密封垫圈的简单冲切模设计，谈谈基于UG和EXCEL函数的模具参数化设计。

1.通过 EXCEL函数，用零件尺寸驱动生成模具的工作尺寸

在模具设计中，往往设计人员的经验对模具设计的合理性有决定性的作用。有没有一种方法，将这种经验数据建立标准值文件，设计人员输入零件尺寸与公差，标准值文件自动调用标准值，自动生成模具的工作尺寸。通过建立EXCEL文件，并在EXCEL文件中引入查找函数LOOKUP，使冲切模的设计变得更简单和防错，达到新录用员工也能完成设计工作的目的，如图2所示，内切刀工作尺寸D2建立公式，使D2=尺寸+公差－安全裕度;外切刀工作尺寸d1建立公式，使d1=尺寸+公差+安全裕度。由于密封垫圈材料多有弹性，冲切后尺寸会产生回弹，而且冲切零件的冲切面又具有锥度，因此增加安全裕度，目的是避免加工尺寸接近或超过极限值，而造成超差。由于垫圈厚度不同，冲切尺寸波动幅度也不同，因此将安全裕度引入了查找函数LOOKUP。引入查找函数的目的是，EXCEL根据输入的厚度，自动在标准值中查找相接近的厚度所对应的标准安全裕度值。需要注意的是，LOOKUP函数所指的接近是向更小的数值接近。如厚度1.8 mm，接近0而不是2 mm。如果标准值分组得更细，安全裕度值也更精准。

图2

在UG的表达式编辑器中，也有查找函数。选择用EXCEL软件实现查找标准值的功能，而不选择采用UG实现，具有以下原因:①EXCEL软件操作更简单。②在EXCEL软件中操作，可自动生成报表，便于建立数据库。当后来者使用时，可先查询有无可借用冲模，再进行设计，可减少重复设计所造成的浪费。③避免发生UG与EXCEL连接故障，减少设计工作难度，保证年轻设计人员也能胜任工作。

2.简单复合冲切模传统的设计方法

密封垫圈简单冲切模设计 (见图3)，传统的做法是复制类似零件模型，在原设计基础上修改，除垫圈内外形尺寸需更改外，相关结构尺寸也需调整。当垫圈尺寸变化较大时，结构尺寸需计算，甚至反复调整，占用时间，而且易发生遗漏，造成内外切刀不能配合。

图3

3.参数化设计步骤

(1)建立装配文件，装入内外切刀文件 (可以是空文件)，并在表达式编辑器中设立参数 (见图4、表1)。这些参数均与垫圈尺寸相关联，但仅内、外切刀工作尺寸需手动更新，其他参数均自动更新。而且，内、外切刀工作尺寸通过EXCEL表格自动计算。

图4

表1 装配文件参数示意表

在装配文件以及内外切刀文件中均采用了圆整函数 (Round)，采用圆整函数的目的是:避免内外切刀非工作尺寸存在小数，使操作人员在加工和测量过程中，增加读取机床和量具示值的复杂程度，并易产生粗心大意的疏忽。通过这样的设置，可减少设计的复杂程度，缩短周期，并避免发生错误。

(2)建立外切刀文件。进入外切刀文件，在表达式编辑器中设立参数，需要强调的是，这些参数需链接至装配文件 (见图5、表2)。这些参数均与垫圈尺寸或装配文件尺寸相关联，并自动更新。当装配文件中的外切刀工作尺寸被手动更新后，所有参数均自动更新，外切刀文件自动更新到位。

图5

表2 外切刀参数示意表

其他参数，如P26是卸模用缺口尺寸，采用表达式，使其与工作尺寸间接相关，随工作尺寸更新。需要强调的是，在建立模型的过程中，必须保证尺寸完全被驱动，既不能漏尺寸约束，也不通过约束尺寸。只有图形完全被约束后，其尺寸和位置才能协同变化，系统才会将尺寸约束转化为系统参数，保证模型可实现自动更新。

(3)建立内切刀文件。进入内切刀文件，在表达式编辑器中设立参数，需要强调的是，这些参数需链接至装配文件 (见图6、表3)。这些参数均与垫圈尺寸或装配文件尺寸相关联，并自动更新。当装配文件中的内切刀工作尺寸被手动更新后，所有参数均自动更新，外切刀文件自动更新到位。

图6

表3 内切刀参数示意表

与外切刀相同，在内切刀建模时，也必须保证尺寸完全被驱动，既不能漏尺寸约束，也不通过约束尺寸。

通过以上3个步骤可完成整个垫圈简单冲切模的设计模型。在以后的设计中，只需复制该模型，在装配文件中更改两个参数，即内、外切刀的工作尺寸，整个冲切模的设计就可以完成了。

4.其他常见模具参数化设计实践

本文仅以简单模具的设计对参数化建模进行讲解。在工作中，我们可以在各种各样的设计中引入参数化建模与EXCEL函数。这里，仅举几个简单的例子。

(1)EXCEL函数的利用。仅以冲模为例，可将冲模的间隙建立EXCEL文件，通过查找函数自动查找，降低设计难度，避免出错。

(2)塑压成型模设计的参数化建模。①图7所示为塑压成型模模型，其上模、下模外形、导柱孔位置和孔径等均相同，仅开模处尺寸有差异，可设置链接，尺寸修改一处，其余均得到自动更新。②可将零件链接至上、下模板中，采用布尔运算自动生成型腔，避免出错。需注意的是，零件必须按收缩系数成比例放大后再进行链接。

图7

(3)钻模设计。图8所示为翻转式钻模模型，其铰链结构、支柱结构均可以制作成标准件，并分别建立装配文件夹。①将支柱装配文件的装配轴与轴距与钻模板链接，可实现自动更新。②将铰链结构的装配尺寸与钻模板链接，也可实现自动更新。

图8

(4)其他设计。由于同一类模具均具有结构相同的特点，在实际的生产中，各车间均为模具设计建有专门的标准件库，UG数据库中也有一些可用的结构。当UG数据库中的模型不适合工厂使用时，可将实际的标准件库移入到UG中，并进行适当的链接和参数化设计，可大大减少模具设计的周期，减少模具更改可能遗漏而造成的错误，提高模具的设计和生产效率。

5.结语

将EXCEL函数与UG参数化建模相结合，为我们建立了一个函数模型:

(1)通过EXCEL函数，用零件尺寸驱动生成模具的工作尺寸;通过UG参数化建模，用模具的工作尺寸驱动生成零件三维模型与二维图样、工艺流程。

(2)将UG的参数化设计与EXCEL函数相结合，使模具设计更简单、更智能，并减少错误发生。通过这种模式，可更好地实现模具设计的自动化、通用化、标准化和系列化，从而降低设计的人力成本和周期成本。

(3)最重要的是，设计难度下降，不需要依赖有经验、能力高的设计人员，年轻设计人员也可轻松、高效地进行模具的设计。