三维装配技术的应用和优势

装配设计技术是冲模结构设计研究的核心环节之一。装配设计建模的方法主要有以下两种：

（1）自底向上（Bottom-Up）的设计方法 首先设计出详细零件，然后进行分析，发现问题再修改、拼装，如此反复，目前的商品化造型软件都具有这种功能。具体到冲模结构设计，自底向上的设计方法就是先设计出各冲模零件，然后再把设计好的零件逐个拼装在一起。这种方法最大的问题就是冲模装配结构与零件间不存在约束关联，因此当冲模装配结构改变时，相关零件的结构形式、尺寸不会自动改变；对应的冲模装配结构也不能随之更新。零件之间的装配关系和尺寸协调完全基于设计人员的经验和交互操作，设计效率难以提高，而且容易出现设计结果不一致现象。

（2）自顶向下（Top-Down）的设计方法 设计者首先建立待设计产品的功能描述，这种功能描述通常是以装配模型为框架进行的。然后分析装配模型，确定产品需求是否得到了满足。如果不满足，则对功能模型进行调整、修改；一旦满足，设计者就对构件进行详细设计。由于后续的零件详细设计是在总体的装配模型基础上进行的，因此这种设计方法能够保证产品的功能约束得到满足。在此过程中，产品的功能描述以约束形式由系统记录、求解和维护。显然，该设计方法符合设计习惯并便于修改更新。

在装配层次上进行产品建模，是从产品功能出发，设计和组装一系列的零件去实现产品的功能。为此，先设计出初步方案及其结构草图，建立基于约束的产品装配模型。然后进行零件的详细设计，对设计结果进行评价、分析、修改，最后得到满足功能要求的产品。它是一种在装配设计阶段统筹兼顾的设计思想和方法，是并行工程的一个重要组成部分，又是一种评价技术。

冲压模具装配模型是一个支持从概念设计到零件设计，并能完整、正确地传递不同的冲模设计参数、装配层次和装配信息的产品模型。冲压模具装配模型具有以下特征：

1）能完整地表达冲模装配信息。冲模装配模型不仅描述了冲模零部件本身的信息，而且还描述了冲模零部件之间的装配关系及拓扑结构。

2）可以支持并行设计。冲模装配模型不但完整地表达了冲模的信息，而且还描述了冲模设计参数的继承关系和变化约束机制，这样就保证了冲模设计参数的一致性，从而支持冲模的并行设计。

3）满足快速多变的市场需求。当冲压产品需求发生变化时，通过冲模装配模型可以方便地修改冲模的设计以适应新的产品需求。

模具作为一个整体产品，其功能不是由单个零件来实现的，这意味着装配模型是整个集成设计环境的关键。对于支持“Top-Down”的冲模设计系统来说，装配模型中的结构零件能够适应设计者频繁修改的意图。因此，装配模型应该是支持“Top-Down”的模型，支持面向全生命周期产品设计过程中与装配有关的所有活动和过程（即面向装配的设计），包括产品定义、生产规划和过程仿真中与装配相关的各子过程。

支持“自顶向下”模具结构的CAD装配模型，必须满足以下几方面的要求：

1）清晰表达装配体、子装配体、零件的层次结构关系。

2）为了实现“概念设计”向“详细设计”转化过程中的实例化，应表达实例、零件、几何表示这三个层次的信息。如果一个零件对应一个或多个实例，同一个零件所对应的多个实例之间只有空间位置的区别，而其余的几何信息、拓扑信息、工艺信息等则在零件层、几何表示层共享。

3）准确表达零件或实例在装配体中所处的位置（即空间位置）信息。(www.xing528.com)

4）记载各零件、子部件之间的几何配合约束关系。

5）记载各零件几何形状的设计变量表达式。

6）支持对于零件、子部件的频繁增、删、改、移操作。

建立装配模型的工作就是创建表达基本装配信息的装配元素和将装配元素聚合成结构化的易于用计算机表达的模型，实质上就是采用某种数据结构来组织模具结构零件。冲模装配模型的逻辑化结构本质上可以用一棵“树”来表示，即冲模装配“树”结构。冲模“树”的表达有多种方式，不同应用领域的装配结构树描述则可以理解为装配结构的不同视图。

（1）层次关系树 冲模零部件之间的关系是有层次的，可将总装配分解为具有层次结构的各子装配体，通过各子装配来实现总装配体。一个冲模可以分解成若干部件和零件，例如，顶出部件、卸料部件、成形部件等。一个部件又可以分解成若干子部件和零件。这种层次关系可以直观地表示成装配树。装配树的根节点是冲模，叶节点是各个零件，中间节点是各个部件。装配树直观地表达了冲模、部件、零件之间的父子从属关系。

在对子装配体进行划分时，需要根据零件间的配合关系来选择装配基础件。一般来说，尺寸比较大的零件和与之相连接的零件数目较多的零件常作为基础件。一个装配可有多个基础件。在一个基础件的某个连接范围内，如果和基础件相连接的零件不再和其他的零件产生偶合关系，或只和其他一个零件有连接关系，则可将这些零件与基础件一起构成子装配体（例如，在简单落料模当中，挡料销与凹模即可构成一个子装配体）。该子装配体通过基础件与整体子装配体发生配合关系，或者是子装配体整体作为基础件，再与其他零件发生配合关系，构成更大的子装配体。这个划分过程，通常需要借助冲模设计生产过程中的领域知识来实现。根据习惯，可在导柱与导套连接处将冲模分为上、下模两个子装配体。通过子装配体的划分，可以把设计过程中产生的相互间层次关系不明确的装配关系图结构转化成具有清晰层次关系的装配树结构。

（2）功能结构树 功能描述是对产品最直观、最自然的理解。例如冲模的装配体，可以很容易地从功能的角度用一棵树来描述其结构组成，如图5-37所示。可将功能结构作为产品信息模型中装配关系构造的骨架。

图5-37 冲模的功能结构树

产品的功能结构是在产品的定义过程中逐渐形成的。产品定义是一个从抽象到具体的逐步求精过程。一般步骤是，先通过产品规划和方案设计将总的需求目标转化为功能上的层次结构关系，然后经过结构设计和详细设计得到实现这些功能的部件和零件。这样，就可以得到对应于具体功能的各零部件的层次结构关系，即产品装配的功能结构关系。

（3）装配关系树 装配体是由各基元零件装配构成的。在面向装配的产品模型中，不但要能够全面完整地定义各个基元零件的形体及其相关信息，而且还要定义各个零件之间的装配关系信息。冲裁模具的CAD设计工作，是从满足工件生产要求出发，自模具工作零件（如凸模）设计开始，逐渐扩大至模座设计，在每个零件的设计中，除了全面定义其形体设计内容外，还应在零件实体模型定义形体的数据结构中，增加记载与相邻零件装配关系的属性。

许多CAD软件均支持产品装配技术，例如，NX、Pro/E、MDT等。