基于Creo的陰極輥產(chǎn)品Top-Down參數(shù)化設(shè)計

劉黨偉，武紅霞，趙廣文，李輝元

（西安航天動力機(jī)械有限公司，陜西 西安710025）

0 引言

陰極輥是電解銅箔生產(chǎn)設(shè)備的重要部件，其性能指標(biāo)決定著銅箔產(chǎn)品的品質(zhì)和使用壽命[1]。多年來，我公司一直致力于電解銅箔陰極輥產(chǎn)品的研究開發(fā)，掌握了陰極輥設(shè)計制造的核心技術(shù)，在國內(nèi)享有良好的市場口碑。圖1為陰極輥的結(jié)構(gòu)示意[2]。早期的陰極輥制造圖紙是采用傳統(tǒng)的二維CAD軟件設(shè)計的，當(dāng)設(shè)計方案或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，設(shè)計改圖時存在的工作量大、效率低、易出錯等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)周期過長，不利于產(chǎn)品優(yōu)化升級。

圖1 陰極輥結(jié)構(gòu)圖

“十三五”以來，新能源動力電池用鋰電銅箔產(chǎn)品進(jìn)入了空前的快速發(fā)展時期，由此帶來我公司電解銅箔陰極輥產(chǎn)品的種類和需求量出現(xiàn)了數(shù)10倍的增加規(guī)模，以往采用傳統(tǒng)的二維CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)已完全不滿足現(xiàn)階段企業(yè)發(fā)展的需要。為此，需要采用一種成熟的三維參數(shù)化CAD軟件進(jìn)行高效率產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)。本文采用美國PTC公司的Creo2.0三維參數(shù)化軟件對陰極輥產(chǎn)品進(jìn)行自頂向下（Top-Down）參數(shù)化設(shè)計。

1 Creo軟件的Top-Down參數(shù)化設(shè)計方法

自頂向下是一種從總體設(shè)計到局部設(shè)計的過程和方法。它首先確定總體思路、設(shè)計總體布局，然后設(shè)計零部件，從而完成一個完整的設(shè)計過程[3]。

Creo軟件的記事本和骨架設(shè)計工具可以完全滿足產(chǎn)品Top-Down設(shè)計。通過Creo軟件的聲明、發(fā)布幾何、復(fù)制幾何、關(guān)系等功能可以快速的傳遞設(shè)計參數(shù)、幾何信息等設(shè)計意圖。當(dāng)設(shè)計發(fā)生更改時，設(shè)計意圖的變更可自頂向下快速傳遞，直至最底層的零件和二維圖紙，從而使產(chǎn)品的可修改性大大提高，設(shè)計更改的工作量也大大降低，同時還能保證各部分設(shè)計過程的相關(guān)性和一致性。具體表現(xiàn)如下：

（1）全相關(guān)性好。所有修改都會自動從設(shè)計信息傳播到制造信息，傳遞設(shè)計意圖快速、準(zhǔn)確。因此設(shè)計者可以自信地進(jìn)行設(shè)計變更。

（2）采用單一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，在多個設(shè)計師之間高效協(xié)調(diào)設(shè)計意圖，做到并行開發(fā)產(chǎn)品，大大減少設(shè)計周期。

（3）設(shè)計者能夠更快地提供更優(yōu)質(zhì)的設(shè)計質(zhì)量，并可在將來重復(fù)利用該產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)[4]。

圖2為采用Creo軟件進(jìn)行Top-Down設(shè)計的基本流程。首先，采用Creo軟件的記事本對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行整機(jī)布局，然后建立整機(jī)骨架，在整機(jī)骨架中通過“聲明”與記事本整機(jī)布局文件關(guān)聯(lián)。對頂層骨架進(jìn)行整體架構(gòu)設(shè)計，最后生成產(chǎn)品整機(jī)骨架。

圖2 Top-Down設(shè)計方法基本流程

建立二級子組件后，在二級組件內(nèi)新建二級子骨架，通過“復(fù)制幾何”將整機(jī)骨架中相應(yīng)的幾何信息復(fù)制進(jìn)來。如此反復(fù)，完成其他二級組件中二級骨架的參考及設(shè)計，直至底層組件和零件。

最后，進(jìn)行各級三維組件（含零件）的詳細(xì)設(shè)計，整套設(shè)計完成后，經(jīng)校驗(yàn)無誤后，即可發(fā)布，交付生產(chǎn)使用[5-6]。

2 陰極輥產(chǎn)品Top-Down參數(shù)化設(shè)計

2.1 陰極輥總體布局及骨架設(shè)計[7-8]

通過對陰極輥系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)（見圖1）進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，陰極輥設(shè)計過程中，關(guān)鍵的可變參數(shù)有陰極輥輥面幅寬（WW）、陰極輥外圓直徑（DD）、陰極輥總長度（LL）、軸承安裝中心距（BB）等，其它可變參數(shù)可以通過關(guān)系式予以控制。為此，在布局設(shè)計時，將這些關(guān)鍵參數(shù)定義為可變參數(shù)，如表1所示。

首先，在組件環(huán)境下對陰極輥進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分。新建名稱為YINJIGUN.LAY的記事本文件，對產(chǎn)品進(jìn)行整體布局，并對關(guān)鍵參數(shù)按表1的形式參數(shù)化定義。

表1 陰極輥整體設(shè)計可變參數(shù)表（部分）

完成整體布局后，在裝配環(huán)境下建立如圖3所示陰極輥裝配設(shè)計樹，建立名稱為“YINJIGUN_GUJIA.PRT”的整機(jī)骨架（見圖3），對設(shè)計骨架進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，然后通過“聲明”工具實(shí)現(xiàn)整機(jī)骨架與整機(jī)布局文件中重要控制參數(shù)的關(guān)聯(lián)。

圖3 陰極輥設(shè)計特征樹（部分）

在設(shè)計陰極輥整機(jī)骨架時，注意要將對應(yīng)二級組件所需要參考使用的安裝坐標(biāo)、曲線、曲面等幾何信息及時發(fā)布幾何，以便在設(shè)計二級骨架時獲取總體的關(guān)鍵設(shè)計信息。

在GUNTI.ASM二級組件設(shè)計時，可以發(fā)現(xiàn)復(fù)制進(jìn)來的空間位置、控制尺寸、曲線、曲面等信息與整機(jī)設(shè)計信息已經(jīng)具有相關(guān)性。當(dāng)整機(jī)關(guān)鍵設(shè)計信息發(fā)生更改時，各級骨架、子組件、底層零部件等設(shè)計參考也將及時得到更新，確保了各級設(shè)計信息的一致性。這就實(shí)現(xiàn)了陰極輥產(chǎn)品的并行協(xié)同設(shè)計。

按照以上方法可完成其它子組件的詳細(xì)設(shè)計。在三維組件詳細(xì)設(shè)計的同時，即可對已完成的零部件進(jìn)行二維工程圖的詳細(xì)設(shè)計。

2.2 陰極輥參數(shù)化建模模型

在以上Top-Down參數(shù)化設(shè)計過程中，各級零、部件三維詳細(xì)建模和二維工程圖設(shè)計可以同步進(jìn)行，不存在嚴(yán)格的先后順序。圖4為陰極輥參數(shù)化三維模型，在該參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，可通過cero分析模塊對其進(jìn)行相應(yīng)的分析，如強(qiáng)度校核、裝配干涉、質(zhì)量分析等[9]。

圖4 陰極輥三維參數(shù)化模型

2.3 生產(chǎn)制造驗(yàn)證

圖5 為本次設(shè)計、制造完成的陰極輥產(chǎn)品實(shí)物。經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，產(chǎn)品符合技術(shù)要求，達(dá)到設(shè)計預(yù)期。

通過本次參數(shù)化設(shè)計與加工制造的全過程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了我公司陰極輥產(chǎn)品從頂層布局設(shè)計、三維零部件設(shè)計、二維工程圖設(shè)計等過程在同一個平臺相關(guān)性設(shè)計開發(fā)，為后期陰極輥系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。使用該軟件輸出的二維工程圖符合國家制圖規(guī)范，可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)制造要求。為提高生產(chǎn)效率，提高批次質(zhì)量穩(wěn)定性，部分常用零件實(shí)體模型還首次采用Creo軟件進(jìn)行了NC編程及數(shù)控機(jī)床加工。

3 結(jié)束語

本文闡述了Top-Down的基本設(shè)計流程與思路，在Creo軟件平臺上，使用Top-Down的設(shè)計方法完成了陰極輥產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計。整個設(shè)計過程從頂層控制開始，設(shè)計之初就控制著整體結(jié)構(gòu)及設(shè)計目標(biāo)，對主要固定參數(shù)從頂層進(jìn)行了鎖定，對關(guān)鍵的可變參數(shù)在記事本文件內(nèi)進(jìn)行了表格化處理，方便后期設(shè)計更改，采用關(guān)系式對其它可變參數(shù)進(jìn)行了控制約束。通過該方法，可大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，為以后陰極輥產(chǎn)品模塊化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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