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1. 结构设计在模具CAD中的地位及存在的问题
塑件建模的目的不仅要设计出满足实用要求的塑件，而且要考虑到设计、制造出生产这种塑件的模具.在模具设计中，模具结构设计是其中最为关键的一步，采用CAD技术比传统模具设计方法大大提高了效率，但要进一步提高模具CAD技术的应用水平，提高模具设计的标准化、通用化、系列化及自动化程度，一方面要在现有的CAD系统上进行二次开发，另一方面就是要使CAD技术更好地对设计过程进行支持。
所谓自下至上的设计过程，先对组成设计概念模型的零件进行详细几何结构设计，然后对所有的结构零件进行拼装，生成模具装配图，从而完成棋具的结构设计。通过这种方式完成的设计，一经分析发现问题，必须修改零件再装配，如此反复直至最终产生满意的装配图。这种设计过程由于违反了设计工程师惯用的自顶向下（TOP-DOWN）的设计流程，模具零件之间缺乏内在的联系，装配约束、装配协调、功能保证等总体性问题只得由操作者自己掌握。注塑模结构复杂，其中含有许多零部件，构成多个子装配体系统。设计时不但要完成各子系统的结构设计，而且要考虑各子系统之间的相关性，并妥善解决各子系统之间可能的冲突。注塑模设计具有反复修改的特点，如果采用这种自底向上的设计过程，势必会影响注塑模CAD系统的效率、速度和精确性。对于结构设计，正常的设计过程应是先设计装配图，再设计零件图。由于模具的功能几乎是由装配体实现的，模具的结构设计实际上是一个产生模具功能的装配设计，因此建模工具必须是基于装配的，而不是基于零件。实际上工程技术人员的多数设计顺序也是先进行装配草图的构思以实现预定的功能，定义主要的装配关系和装配尺寸，然后再进行装配图的详细设计，最后实现零件图的设计.装配图与零件图相互关联，因此，能否构造一个合理的装配模型，将零件设计与装配关系关联起来，实现装配图与相关零件图的一致性设计是改警目前模具CAD设计的关键。现在，这种模具结构CAD的柔性技术的研究己引起人们的关注。另外，如前所述基于特征的设计虽然比纯粹的几何模型如表面模型、实体模型抽象层次高，但它仍然主要是面向零件的细节设计。CAD技术的发展趋势是不仅要支持零件的细节设计，更重要的是要支持产品的豁求分析、方案设计、总体功能要求等。对于注塑棋类产品设计，其需求分析、方案设计、总体功能要求等阶段的输入输出信息抽象层次一般更高。从这方面考虑，面向零件的细节设计显然不利于注塑模设计各子系统的全面集成。因此，这种以零件为中心来组织产品的各种信息，无法从全局把握产品的加工方法、精度分配、成本估算等方面的因素对设计的影响，不便于对设计结果进行总体优化，极大地限制了系统的功能和今后的扩展。根据以上的分析，我们同样可以得出：注塑模设计应该从装配层次上而不是从零件层次上去组织产品各个方面的信息，以实现系统的集成。向上可以支持从方案设计到详细设计阶段的过渡，向下则可以支持产品工作模拟、装配工艺分析及评价等过程。在本章中，作者对棋具设计过程进行了研究与分析，把特征技术、关联技术与装配模型结合起来，提出了在模具设计过程中，先建立一个基于特征和关联技术的装配模型，该模型将零件之间的装配关系记录下来，一旦某一零件改变之后，与之相关联的零件或装配形式就可以根据事先所记录的约束关系自动修改。这种通过约束的传递与满足来实现零件图与零件图、零件图与装配图的一致性设计与维护是注塑模设计领域中一个很有意义的研究课题。它改变了传统的设计思想，减少了重复劳动，为模具设计人员提供了表达设计构思和反复修改计方案的有效手段，从而可提高设计结果的合理性和CAD系统的设计效率。
2. 自顶向下CAD的基本概念
通常的设计过程是：先需求分析，概念设计，再进行结构设计，详细设计，最后试制实验修改。其中的结构设计一般是先设计总装图，再设计零件图。初始的总装和零件图设计都是粗略的，以后逐步反复细化和充实，这种设计流程叫做自顶向下（TOP-DOWN）的设计。自顶向下作为一种新的设计方法，它有如下许多优点，可以用在组织和管理各种复杂零件、大型装配件的设计以及在设计过程工作组之间共享信息。
（l）管理在设计过程中用户可以调入大型装配体的主体结构到内存，在用户界面内进行变更和相关修改。主体结构包括许多重要的设计要求，如装配配合位、子装配体及零件在主体结构中所豁的空间以及一些标准设计参数。通过约束传递及关联修改，可以将对设计的更改传播给各子装配体和各个零件。
（2）组织可以帮助组织装配体之间的相互制约和相互作用，比喻在两块模板之间的一个装配安装孔，当其中一块模板上孔的位！发生变化，如移到另一位，相应的另一块模板上孔的位置也移到相应的位t，方便设计意图的更改。
（3）信息共享一个组织好的大型装配结构可以方便装配体中不同层次信息的共享。同样如果在某一层作出修改，其它相关联的子装配体和零部件也随之适当变化。这就为团队协作，分担不同层次的设计任务提供了一个技术基础。然而，目前很多机械CAD一般都只能采用自下至上的设计，这是因为目前的通用CAD系统只提供了制图、造型、某些CAE分析及零件装配功能，至于CAD中的装配协调、功能保证、修改优化等总体性问题都只得由操作者自己掌握，这就大大限制了设计的自动化程度，设计效率也不可能大幅度提高。所以，使CAD系统本身具有自顶向下设计的功能，是提高CAD自动化程度的必由之路。
3. 自顶向下结构CAD一般从概略装配图开始，其初始信息不多。注塑模CAD的初始输入信息是注塑件的特征模型和成型工艺参数，针对某一具体注塑件如何直接进行总装设计，是CAD的一个新问题。为此，本文提出了参考模型的概念。参考模型是实际零件的一个拷贝，它在结构空间中占一个确定的位t。它有如下特性：
（l）其位置矢t与实际零件的形状特征模型相同。
（2）参考模型与实际零件的形状特征模型之间建立了一个关联关系。
（3）以参考模型为基础，可以自动形成模具的型腔。
（4）参考模型的参数应满足模具工作零件的详细设计。
有了参考模型，就为装配棋型设计和模具成型工作零件的生成提供了依据和墓础。
4. 注塑模传统的设计方法己无法适应当前的需要，缩短模具
设计与制造周期。提高塑料制品精度与性能的正确途径之一是采用CAD/CAE/以M技术。目前国内己有不少单位开展了注塑模以O的研究，一些工厂则从国外引进注塑模CAD软件。分析了现代注塑模CAD系统的功能要求，阐述了系统的总体设计方案和工作流程，对系统的结构和各组成功能进行了详细设计。以猎豹汽车仪表盘的三维参数化特征模型作为注塑模结构CAO系统的初始信息，通过特征识别和特征映射，结合系统的特征设计模块，在基于特征和关联约束技术的注塑模装配模型的基础上，贯彻自顶向下设计思想，实现柔性注塑模结构C沁系统。系统的设计是利用Pro/Tonlkit工具二次开发出来的，与Pro/Engineer具有很好的兼容性。应用该系统可提高注塑模具设计的效率，具有较高的实用价值。■
塑件建模的目的不仅要设计出满足实用要求的塑件，而且要考虑到设计、制造出生产这种塑件的模具.在模具设计中，模具结构设计是其中最为关键的一步，采用CAD技术比传统模具设计方法大大提高了效率，但要进一步提高模具CAD技术的应用水平，提高模具设计的标准化、通用化、系列化及自动化程度，一方面要在现有的CAD系统上进行二次开发，另一方面就是要使CAD技术更好地对设计过程进行支持。
所谓自下至上的设计过程，先对组成设计概念模型的零件进行详细几何结构设计，然后对所有的结构零件进行拼装，生成模具装配图，从而完成棋具的结构设计。通过这种方式完成的设计，一经分析发现问题，必须修改零件再装配，如此反复直至最终产生满意的装配图。这种设计过程由于违反了设计工程师惯用的自顶向下（TOP-DOWN）的设计流程，模具零件之间缺乏内在的联系，装配约束、装配协调、功能保证等总体性问题只得由操作者自己掌握。注塑模结构复杂，其中含有许多零部件，构成多个子装配体系统。设计时不但要完成各子系统的结构设计，而且要考虑各子系统之间的相关性，并妥善解决各子系统之间可能的冲突。注塑模设计具有反复修改的特点，如果采用这种自底向上的设计过程，势必会影响注塑模CAD系统的效率、速度和精确性。对于结构设计，正常的设计过程应是先设计装配图，再设计零件图。由于模具的功能几乎是由装配体实现的，模具的结构设计实际上是一个产生模具功能的装配设计，因此建模工具必须是基于装配的，而不是基于零件。实际上工程技术人员的多数设计顺序也是先进行装配草图的构思以实现预定的功能，定义主要的装配关系和装配尺寸，然后再进行装配图的详细设计，最后实现零件图的设计.装配图与零件图相互关联，因此，能否构造一个合理的装配模型，将零件设计与装配关系关联起来，实现装配图与相关零件图的一致性设计是改警目前模具CAD设计的关键。现在，这种模具结构CAD的柔性技术的研究己引起人们的关注。另外，如前所述基于特征的设计虽然比纯粹的几何模型如表面模型、实体模型抽象层次高，但它仍然主要是面向零件的细节设计。CAD技术的发展趋势是不仅要支持零件的细节设计，更重要的是要支持产品的豁求分析、方案设计、总体功能要求等。对于注塑棋类产品设计，其需求分析、方案设计、总体功能要求等阶段的输入输出信息抽象层次一般更高。从这方面考虑，面向零件的细节设计显然不利于注塑模设计各子系统的全面集成。因此，这种以零件为中心来组织产品的各种信息，无法从全局把握产品的加工方法、精度分配、成本估算等方面的因素对设计的影响，不便于对设计结果进行总体优化，极大地限制了系统的功能和今后的扩展。根据以上的分析，我们同样可以得出：注塑模设计应该从装配层次上而不是从零件层次上去组织产品各个方面的信息，以实现系统的集成。向上可以支持从方案设计到详细设计阶段的过渡，向下则可以支持产品工作模拟、装配工艺分析及评价等过程。在本章中，作者对棋具设计过程进行了研究与分析，把特征技术、关联技术与装配模型结合起来，提出了在模具设计过程中，先建立一个基于特征和关联技术的装配模型，该模型将零件之间的装配关系记录下来，一旦某一零件改变之后，与之相关联的零件或装配形式就可以根据事先所记录的约束关系自动修改。这种通过约束的传递与满足来实现零件图与零件图、零件图与装配图的一致性设计与维护是注塑模设计领域中一个很有意义的研究课题。它改变了传统的设计思想，减少了重复劳动，为模具设计人员提供了表达设计构思和反复修改计方案的有效手段，从而可提高设计结果的合理性和CAD系统的设计效率。
2. 自顶向下CAD的基本概念
通常的设计过程是：先需求分析，概念设计，再进行结构设计，详细设计，最后试制实验修改。其中的结构设计一般是先设计总装图，再设计零件图。初始的总装和零件图设计都是粗略的，以后逐步反复细化和充实，这种设计流程叫做自顶向下（TOP-DOWN）的设计。自顶向下作为一种新的设计方法，它有如下许多优点，可以用在组织和管理各种复杂零件、大型装配件的设计以及在设计过程工作组之间共享信息。
（l）管理在设计过程中用户可以调入大型装配体的主体结构到内存，在用户界面内进行变更和相关修改。主体结构包括许多重要的设计要求，如装配配合位、子装配体及零件在主体结构中所豁的空间以及一些标准设计参数。通过约束传递及关联修改，可以将对设计的更改传播给各子装配体和各个零件。
（2）组织可以帮助组织装配体之间的相互制约和相互作用，比喻在两块模板之间的一个装配安装孔，当其中一块模板上孔的位！发生变化，如移到另一位，相应的另一块模板上孔的位置也移到相应的位t，方便设计意图的更改。
（3）信息共享一个组织好的大型装配结构可以方便装配体中不同层次信息的共享。同样如果在某一层作出修改，其它相关联的子装配体和零部件也随之适当变化。这就为团队协作，分担不同层次的设计任务提供了一个技术基础。然而，目前很多机械CAD一般都只能采用自下至上的设计，这是因为目前的通用CAD系统只提供了制图、造型、某些CAE分析及零件装配功能，至于CAD中的装配协调、功能保证、修改优化等总体性问题都只得由操作者自己掌握，这就大大限制了设计的自动化程度，设计效率也不可能大幅度提高。所以，使CAD系统本身具有自顶向下设计的功能，是提高CAD自动化程度的必由之路。
3. 自顶向下结构CAD一般从概略装配图开始，其初始信息不多。注塑模CAD的初始输入信息是注塑件的特征模型和成型工艺参数，针对某一具体注塑件如何直接进行总装设计，是CAD的一个新问题。为此，本文提出了参考模型的概念。参考模型是实际零件的一个拷贝，它在结构空间中占一个确定的位t。它有如下特性：
（l）其位置矢t与实际零件的形状特征模型相同。
（2）参考模型与实际零件的形状特征模型之间建立了一个关联关系。
（3）以参考模型为基础，可以自动形成模具的型腔。
（4）参考模型的参数应满足模具工作零件的详细设计。
有了参考模型，就为装配棋型设计和模具成型工作零件的生成提供了依据和墓础。
4. 注塑模传统的设计方法己无法适应当前的需要，缩短模具
设计与制造周期。提高塑料制品精度与性能的正确途径之一是采用CAD/CAE/以M技术。目前国内己有不少单位开展了注塑模以O的研究，一些工厂则从国外引进注塑模CAD软件。分析了现代注塑模CAD系统的功能要求，阐述了系统的总体设计方案和工作流程，对系统的结构和各组成功能进行了详细设计。以猎豹汽车仪表盘的三维参数化特征模型作为注塑模结构CAO系统的初始信息，通过特征识别和特征映射，结合系统的特征设计模块，在基于特征和关联约束技术的注塑模装配模型的基础上，贯彻自顶向下设计思想，实现柔性注塑模结构C沁系统。系统的设计是利用Pro/Tonlkit工具二次开发出来的，与Pro/Engineer具有很好的兼容性。应用该系统可提高注塑模具设计的效率，具有较高的实用价值。■