基于NX的精密模具标准件库研究和开发

0引言

精密模具是一种用于生产高度精确的零部件的设备,根据其应用领域和制造工艺的差异,可以将其划分为多个类别,包括冲压模具、注塑模具、铸造模具(其中又可细分为低压重力铸造模具、高压铸造模具、熔模铸造模具等)。精密模具的多样性表现在其独特的特性和应用领域,这使得它们在市场上拥有广泛的发展潜力。当前,精密模具领域的市场规模正持续扩张,并展现出以下特征:市场规模不断攀升,我国模具企业数量已达3万家,市场总值约为3 467亿元,年度出口额接近50亿美元。在市场结构层面,近年来汽车轻量化进程的持续推进以及我国塑料工业尤其是现代新型材料工业的不断壮大,促使注塑模具市场迅速扩张,其占比约为45%。接下来依次为冲压模具和铸造模具,它们的占比分别约为37%和9%^[1]。观察我国模具应用市场现状,可以发现各类模具产品在电子、汽车、家电和通信等行业得到了广泛运用。依据相关数据分析,我国模具市场中,汽车相关模具的比例最高,约占34%,家用电子类占比约为28%,而IT(信息技术)类占比约为12%。这三个领域的总和约占我国模具行业总产值的74%^[2]。

在数字化技术逐渐渗透到制造业领域的背景下,尤其是随着计算机技术的迅猛发展与广泛推广,三维数字化技术已经成为精密模具设计和制造过程中的核心工具。在注塑模具的设计阶段,非标准零部件的开发所需工作量颇为繁重。在先进国家(例如日本和德国),模具标准化程度高达整套模具的80%以上,甚至更高。然而,在我国,精密模具标准件的使用及标准件定制开发应用的比例相对较低,大约为45%,有时甚至更低。因此,在精密模具设计与开发过程中,交付时间相对较长,同时也提高了模具生产成本^[3]。借助三维设计软件平台,构建精密模具的三维标准零件库(其中可包含零件二维工程图、零部件制造工艺等信息),能够显著提升精密模具的设计与制造效率及质量,同时降低生产成本。这对于提高我国精密模具设计与制造水平具有重要意义。

在三维设计软件平台上构建参数化的标准零件库是一项关键的应用开发任务。通过这些开发的标准件模具零件库,可以直接提供可重复使用的模具零件三维模型、二维工程图纸以及制造工艺等相关信息。当前,市场上普遍使用的三维设计软件大多采用国外标准件库,与我国国家标准存在一定差异,这对我国精密模具设计师造成了诸多困扰。因此,利用适宜的设计软件平台构建一个符合我国实际情况的精密模具零部件标准库显得尤为关键。

自20世纪80年代后期起,我国开始采纳国际先进的三维工业设计软件。经过多年的实践与沉淀, 目前在模具行业已基本实现普及。在众多工业cAD软件应用平台中 ,NX、Creo、Catia、Solidedge、Solidworks、中望3D、CAX、CrownCAD、Sinovation等使用尤为广泛。在模具设计与制造领域,NX软件的应用已经普及。然而,其标准零件库中所包含的零件数量较少,且大多为国外标准件,这一现象已成为制约行业企业发展的关键技术障碍。本研究以NX2206为核心,借助其全面的定制开发功能,构建了一套精密模具标准零件库。通过该标准件库,可以实现高效便捷地调用库中零件。此外,采用开放式标准件库的定制开发策略也为行业工程技术人员提供了机会,以打造具有企业特色的标准件库。这一做法能够显著增强模具企业在市场竞争中的地位和生存能力。

1 NX的标准件定制开发功能

NX软件属于西门子PLM公司旗下的CAD/CAM/ CAE集成工业软件应用平台,它提供了多样的二次开发工具 (NX Open API、NX Open Grip、NX Open Menu Script、NX Open UI Styler、Knowledge Fusion、Visual C++、Python、Java等接 口 ;API函数库,例如.Net等),可用于实现相关功能。

除了上述二次开发语言工具,NX还提供了一系列客制化定制工具。这类工具的应用不需要掌握高级编程技能,仅需借助NX自身的三维建模功能以及办公电子表格软件,便可实现标准件库的定制开发。这类定制开发工具包括:复用组件(Reuse Components)、零件系列(Part Family)、模具导向模块内的标准部件注册工具、产品模板编辑室(Product Template Studio)、用户自定义特性(UDE)、块UI样式编辑器、验证规则编辑器、知识融合脚本语言等。这些工具能够充分利用经验证的行业专家知识库,构建适用于特定行业或企业的零件标准化库和专业知识库,从而显著提升企业产品质量,缩短产品交付时间,减少生产成本,并增强企业竞争力。

2精密模具标准件的研发方法(基于NX2206版本)

在对NX各类定制开发策略进行综合评估后,本研究选取了基于NX重用库中标准件的结构作为 自定义精密模具标准件库的构建方法。这一过程涉及运用NX的三维建模技术,并通过电子表格实现标准件库的搭建。此方法无须精通高级计算机编程语言,适用于大多数NX应用工程师,只要熟悉NX的参数化建模技巧,便能迅速掌握并运用于定制专属(行业、企业)标准件库的实际开发。

基于NX重用库标准件的一般创建流程如下^[4]:

1)创建标准件的3D参数化模型;

2)制定标准零件的示意图(bmp格式),并在该图像上注明关键索引参数以及其他指示性参数名称;

3)创建标准件家族;

4)组织标准件库文件目录;

5)创建标准件知识融合(KRX)脚本文件;

6)调用标准件库零件进行测试、修改、定型。

3精密模具标准件库的系统结构

本文以N型(标准)平垫圈为例,阐述了基于NX软件的精密模具标准件库定制开发过程及规范要求。

3.1创建参数化标准件三维模型

依据GB/T 97.4—2002《平垫圈 用于螺钉和垫圈组合件》的标准件参数表(图1),在NX软件中运用建模工具创建3D模型(文件名称为:N型平垫圈,GB—T97—4—2002.prt),图2展示了相关的3D模型参数表达式。通过“工具—指派材料”选项,将3D模型的材质设置为“钢铁”。进而创建3D模型零件属性“直径”,该属性与标准件库中的“规格”参数相对应,其属性表如图3所示。

3.2创建标准件的示意图(bmp格式)

如图4所示,制定标准件调用索引(在本示例文件中,选取标准件的“规格”参数作为索引参数,对应3D模型文件中的属性为“Diameter”)。因此,在设计过程中,根据螺钉的直径规格来选择相应的垫片。若需 要挑选图1中的尺寸为“2”的垫片,其垫片规格参数如下:d(公称)=1.75 mm、d_c(公称)=5 mm、h(公称)=0.6 mm;针对3D模型标准零件的参数和属性,具体表现为:内径=1.75 mm、外径=5mm、体厚=0.6mm,直径规格为M2。3D模型参数与标准件参数对应关系如表1所示。

3.3创建标准件家族

在NX系统里导入之前已经建立好的垫圈三维图形,通过“工具→部件族”,在列表中添加“表达式”中 的参数“内径、外径、体高”,“属性 ”中 的参数“Diameter、$DESCRIPTION”,勾选部件族对话框“设置”中的“可导入部件族模板”,进而创建如图1表格所示的N型标准平垫圈系列部件家族参数库。具体数据如图5所示。

3.4组织标准件库文件目录

将之前制作好的N型平垫圈3D零件文件“N型平垫圈,GB—T97—4—2002.prt”以及图像文件“N型平垫圈,GB—T97—4—2002.bmp”复制到NX重用库文件中的“GB标准零件”目录的垫圈类别(NX2206版本的目录为:NX安装路径\localization\prc\GB Standard PartS\ Washer\Plain)下(图6),在指定目录中,复制一份知识融合脚本文件“*.krx”,并对其文件名进行修改,使之与3D部件文件、图片文件保持一致性,即更改为“N型平垫圈,GB—T97—4—2002.krx”。

3.5创建标准件知识融合(KRX)脚本文件

通过文本编辑调整“N型平垫圈,GB—T97—4—2002.krx”的内容,使其与部件文件、零件示意图片文件以及选用标准件时的索引尺寸规格、查询的标准件尺寸相协调。 具体如图7所示。

3.6 调用标准件库零件进行测试、修改、定型

在NX软件里创建一个新的零件模型,在重用库中选择“GB Standard Parts—Washer—Plain”文件夹,在“成员选择—Plain”中可以找到客制化的“N型平垫圈,GB—T97—4—2…”标准件库文件,选取指定图形后将其拖拽至建模区域,此零件将作为组件被纳入当前新创建的部件文件,并触发“添加可重用组件”对话框。在此对话框中,通过调整“主参数”来进行标准 件的筛选、修改和确定,如图8所示。

4 结束语

本研究阐述了基于Siemens NX平台 , 以重用库 知识融合为核心的参数化标准件库的设计原理和结构 。该方法无须运用计算机软件开发的各类高级编 程语言及语法 ,操作相对简便 , 易于学习 ,极适合行 业企业工程技术人员。

[参考文献]

[1] 余晖.2023年中国模具行业市场现状分析: 国内制造业蓬 勃发展 ,行业规模快速扩张[EB/0L].智研咨询 , (2023-09- 16)[2024-07-22].https://www. chyxx. com/industry/ 1156964.html.

[2] 观研天下. 中国模具行业现状深度分析与投资战略研究 报告(2023—2030年)[R] ,2023.

[3] 孙文学 .基于UG NX的压铸模三维标准件库开发及应用 [J].模具制造 ,2012 , 12(3): 13-16.

[4] 中国就业技术指导中心.模具设计师(注塑模)(国家职业 资格二级)[M].北京: 中国劳动社会保障出版社 ,2009.

2024年第21期第7篇