基于PROE的压铸模CADCAM系统开发.pdf

中北大学硕士学位论文基于PRO/E的压铸模CAD/CAM系统开发姓名张超彦申请学位级别硕士专业材料加工工程指导教师靳玉春20090605中北大学学位论文基于PRO／E的压铸模CAD／CAM系统摘要作者以PRO／E为开发平台，利用VC中的MFC，结合PRO／ENGINEER自带的PRO／TOOLKIT二次开发工具，并结合ACCESS数据库，完善了压铸模CAD模架设计系统，开发了压铸模CAD浇注系统，并集成了压铸模CAD／CAM系统，为使用者提供了一种快捷有效的压铸模设计加工工具。本系统可以通过压铸模CAD系统完成压铸模的理论计算、设计工作；压铸模模架图形库系统自动产生系列模架，并在压铸模CAM系统完成NC操作。压铸模CAD系统主要包括压铸机选择、浇注系统设计、模体尺寸计算、压铸机数据库等八个模块，取代传统设计繁琐的计算过程，并且通过参数化造型技术，自动生成浇注系统的三维图形；压铸模模架图形库系统包括了标准零件图形库和系列模架图形库，集成了常用的标准件以及114套系列模架，以供CAD系统调用；压铸模CAM系统调用CAD系统选取的系列模架，通过特征识别、毛坯设定并且调用工艺库、刀具库、NC参数库等数据库，来实现NC代码的自动生成。三个子系统均可单独使用，数据库都可方便的扩展。本系统可有效缩短压铸模设计、制造时间，提高设计效率，具有一定的实用性。关键词压铸模，PRO／E，CAD／CAM，二次开发，系列模架中北大学学位论文ADIECASTCAD／CAMSYSTEMBASEDONPRO／EZHANGCHAOYANJINYUCHUNABSTRACTINTHISPAPER,THEAUTHORIMPROVESTHECARDERDESIGNSYSTEMOFTHEDIECASTINGMOULDCAD，DEVELOPESTHEGATINGSYSTEMOFTHEDIECASTINGMOULDCAD，ANDINTEGRATESTHEDIECASTINGMOULDCAD／CAMSYSTEMBYUSINGTHEMFCOFVCANDTHEDEVELOPMENTMOULDPRO／TOOLKITONTHEPLATFORMOFPRO／E，ANDINTEGRATINGTHEDATABASEOFACCESS，WHICHCANPROVIDEANEFFECTIVETOOLFORUSERSTODESIGNANDMANUFACTUREDIECASTINGMOULD．INTHESYSTEM，THETHEORETICALCALCULATIONANDTHEDESIGNEFFORTOFTHEDIECASTINGMOULDCANBEFINISHEDBYUSINGTHEDIECASTINGMOULDCADSYSTEM；SEVERALCARRIERSAREGENERATEDAUTOMATICLYBYTHECARRIERPATTERNBASEOFTHEDIECASTINGMOULD，ANDTHEOPERATIONOFNCISFINISHEDTHROUGHTHEDIECASTINGMOULDCAMSYSTEM．THEDIECASTINGMOULDCADSYSTEMMAINLYINCLUDESEIGHTDIEBLOCKSTHEELECTIONOFTHEDIECASTINGMACHINE、THEDESIGNOFTHEGATINGSYSTEM、THECOMPUTATIONOFTHEDIEBODY’SSIZE、THEDATABASEOFTHEDIECASTINGMACHINEANDSOON．INSTEADOFTHECONVENTIONALCOMPLEXCOMPUTINGPROCESSING,ITGENERATESAUTOMATICUYTHE3DPATTERNSOFTHEGATINGSYSTEMTHROUGHTHEFORMATIVETECHNOLOGY；THECARRIERPATTERNBASEOFTHEDIECASTINGMOULD，WHICHINCLUDESTHEPATTERNBASEOFSTANDARDPARTSANDSEVERALE瑚RIERS，INTEGRATESTHEFREQUENTSTANDARDPARTSAND114CARRIERSINORDERTOBEUSEDBYCADSYSTEM；THEDIECASTINGMOULDCAMSYSTEMCALLSCALRIERS，SELECTEDBYCADSYSTEM，INORDERTOFORMATENCCODE，THROUGHTRICKRECOGNITION、SETSLUGANDCALLTHEDATABASEOFTHEPROCESSANDCUTTER、NCPARAMETER．THREESUBSYSTEMSCANBEEXCLUSIVEUSE，ANDTHEDATABASECANBESPREADEDCONVENIENCLY．BYTHESYSTEM，THEDESIGNOFTHEDIECASTINGMOULDANDTHEMANUFACTURECYCLESCANBESHORTENED,ANDTHEDESIGNEFFICIENCYCANBEIMPROVED．THESYSTEMISVALUABLEINPRACTICE．KEYWORDSDIECASTINGMOULD，PRO／E，CAD／CAM，DEVELOPMENTAPPLICATION,SEVERALCARRIERS原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名巡氢日期关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容保密学位论文在解密后遵守此规定。签名主查墅日期．堡12‘翌导师签名．杰亟量聚日期鲨I星中北大学学位论文第一章绪论1．1课题研究的背景模具是工业生产的基础工艺装备，用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。而随着我国汽车，摩托车制造业的崛起，以及世界模具技术的高速发展，我国压铸模制造业有了飞跃式发展。压铸模的生产在产量和数量上仅次于冲模和塑料模，已占各类模具总产量的8％左右，主要应用于汽车、摩托车、家用电器、电力、电讯、五金、玩具等领域【LL由于压铸模设计非常复杂，要考虑诸多因素。要对零件图和模具结构进行初步的分析，然后根据分析方案，布置分型面，型腔位置，等，要对各组成机构进行合理的设计，其间要涉及大量的运算，要参考大量的经验数据，加之我国压铸模的标准化体系不够完善，很多情况下要依靠设计人员的经验来决定，这就使其不仅设汁周期长，而且对设计人员的要求高，因而设计人员的培养时间也长。如何在最短的时间内、以最低的成本生产出优质压铸件，提高产品竞争力，已成为企业的迫切任务。采用传统经验设计和人工设计图样，不仅达不到精确、优化设计要求，而且设计周期很长；同时，由于模具和制造之间的关系密切，可以说，模具制造是模具设计的延续，是验证设计正确性的过程。而采用人工设计方法不可能实现模具设计与制造一体化，必将造成设计与制造脱节，使设计质量不高，不精确、不可达到优化设计的要求。如何在最短的时间内、以最低的成本生产出优质压铸件，提高产品竞争力，已成为企业的迫切任务。模具行业的发展需要先进制造技术的有力支持，它包括现代设计技术、先进制造工艺技术、综合自动化技术、现代系统管理技术。其中，模具CAD／CAE／CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是当代最合理的制造方式，可使工程技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。而压铸模CAD／CAE／CAM技术的使用不仅可以显著缩短压铸模的设计与制造周期，提高压铸件质量，降低生产成本，提高产品竞争力，而且可以促进设计标准化，数据库化【2】。模具CAD／CAE／CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成型工艺、数控加工等进行设计和优化。模具CAD／CAE／CAM技术能显著缩短模中北大学学位论文具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。我国模具的CAD／CAM／CAE技术起步较晚，主要靠引进国外先进软件如美国EDS的UG、美国PTC公司的PRO／ENGINEER、英国DELCAM公司的DOCT5、以色列的CIMATRON、美国AC．TECH公司的C．MOLD等通用软件，以及法国M．DARAVISION公司用于汽车及覆盖件模具的EUCLID．IS，用于压铸模的德国软件MAGMASOFT等行业专用软件。此外，国内一些高等院校如中北大学、清华大学、华南理工大学、哈尔滨工业大学等对压铸模软件进行开发和研究。中北大学开发的压铸模专用软件DCDSOFI，由CAD、CAE、CAM三大部分组成，其中CAD部分主要包括三维实体造型模块、初步设计模块、参数几何模块、设计数据库等部分，CAE部分主要包括压铸件充型过程三维流场模拟模块、压铸件凝固过程及压铸模三维温度场模拟模块，CAM部分包括NC自动编程模块、后置处理模块，使用较为方便，符合用户操作习惯，具有一定的实用性【3】。华南理工大学和东南大学采用TURBO．PROLOG语言开发的“压铸工艺参数及缺陷判断的专家系统”，按人工设计思路和计算机自动搜索判别的辅助设计法，具有一定的综合优化作用【4J。哈尔滨科学技术大学开发的“压铸模CAD系统”，具有一定的综合优化作用15J。以参数化为基础的PRO／ENGINEER，已成为国内最普及的三维CAD／CAM系统。该软件基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等的概念将产品从设计到生产加工的过程集成到一起，具有造型设计、零件设计、装配设计、二维工程图制作、结构分析、运动仿真、模具设计、钣金设计、管路设计、数控加工和数据管理等功能。PRO／ENGINEER还具有良好的数据接121，可以将图纸输出为多种格式，可以方便的和UG、AUTOCAD、POWERMILL、SOLIDWORK等常用软件进行数据交换。PRO／ENGINEER作为一种通用软件，尽管它针对不同行业有很多针对性模块，但产品设计的要求千差万别，设计人员所处的设计环境和所拥有的设计资源也不尽相同，PRO／E本身也存在着一些问题如造型技术以几何形体为着重点而产品设计是以零部件设计为着重点；系统的设计能力差，不能完全表达用户的设计意图等，再加上国外设计观念、标准和国内的差异，这在很大程度上使PRO／ENGINEER这一优秀的软件的巨大优势不能得以发挥。为克服上述缺点，PRO／ENGINEER系统的二次开发是必不可少的。PRO／ENGINEER有强大的二次开发能力和第三方软件的支持，用户可根据需要开发基于PRO／ENGINEER的应用程序，加强软件的针对性，简化使用流程，提高使用效率。2中北大学学位论文除了CAD／CAE／CAM技术的应用，模具标准化程度是衡量一个国家模具水平的重要标准，国外先进国家模具标准化率已达70％．80％，而我国一般不足30％，压铸模国家标准新的修订版于2004年3月颁布实施，有GBFF6478．1～4678．19．2003压铸模零件；GB／T4679．2003压铸模零件技术条件；GB／T8844．2003压铸模技术条件GB／T8847．2003压铸模术语。新颁布的修订版标准是在原有标准上参照或采纳国际先进模具技术标准，采纳或等效采纳国际通用标准，目的在于提高我国压铸模生产技术水平和产品质量，缩短与国际先进水平的差距，有利于国际间科技和商业交流，增强市场竞争力。但标准还过于简单，执行、推广力度不大，购买渠道太少。压铸模专用的标准件生产及使用覆盖面远远低于塑料模和冲模。所供应标准件品种不齐，规格不多，供应不迅速。压铸模常用的推杆、浇口套、液压油缸、模架、冷却系统元件、接头、油水管、耐热强力弹簧等采购渠道不顺畅【6】。因此，为适应专业化生产压铸模、缩短设计周期和提高设计精度，模具的标准化十分重要。模具标准化是指在模具设计和制造中应遵循的技术规范、基准和准则包括制图的标准化、模具零件的标准化、模具结构的标准化、设计资料的标准化等一切有规律可寻的标准化。其意义主要体现在以下几方面【7】1模具标准化的实施有助于稳定、提高和保证模具设计质量和制造中必须达到的质量规范，使模具产品的不合格率减少到最低程度。2模具标准化可以提高专业化协作生产水平、缩短模具生产周期、提高模具制造质量和使用性能。实现模具标准化后，模具标准件和系列模架可由专业厂大批量生产和供应。3模具标准化可使模具工作者摆脱大量重复的一般性设计，将主要精力用来改进模具设计、解决模具关键技术问题、进行创造性的劳动。4模具标准化，是采用现代化模具生产技术和装备、实现CAD／CAM技术的基础。5模具标准化有利于模具技术的国际交流和组织模具出口外销。因此模具标准化对于提高模具设计和制造水平、提高模具质量、缩短制模周期、降低成本、节约材料和采用高新技术，都具有十分重要的意义。1．2课题研究的内容本课题以中北大学已开发的基于PRO／ENGINEER的压铸模模架CAD框架为基础，完善3中北大学学位论文了压铸模模架CAD系统；开发了压铸模浇注系统CAD系统；着眼于标准化、系列化，集成压铸模CAD／CAM系统。1．3课题研究的现状关于压铸模的CAD／CAE／CAM的研究，国内外主要把研究重心放在压铸模CAD上。早期的压铸模CAD系统只对压铸工艺参数进行选择，仅利用计算机的计算功能，以减轻设计人员的工作强度，未充分发挥计算机在工程上的应用。如美国贝特里研究所开发的锌合金压铸模CAD系统，其主要功能只是简化了浇注系统中繁冗的计算并没有图形的输出。其后随着计算机软硬件技术的高速发展，压铸模CAD技术也跨上了新的台阶。压铸模CAD增加了压铸过程金属充填数值模拟，压铸模温度场与应力场的数值模拟等功能，意大利比萨大学机械技术研究所开发的“PREHEAT’’程序，采用二维数值方法求压铸型的温度分布，以确定冷却管道的分布【81。目前，随着模具工业的飞速发展和CAD／CAE／CAM技术的重要性被模具界认可，较高级的压铸CAD／CAE／C蝴系统除了对压铸模设计参数进行计算、选择之外，还可以自动生成图形、输出图形，并能进行压铸过程模拟与分析，并输出数控加工程序，形成功能较完备的压铸模CAD／CAE系统。近几年来CAD开发商投入了很大的人力和物力，将通用CAD系统改造为模具专用的CAD系统，推出了参数化、一体化、智能化的专用系统，受到了广大模具设计工作者的好评19】。如美国P1IC软件公司与日本丰田汽车公司在PRO／E软件基础上开发的模具型面设计模块PR0／DIEFACE；澳大利亚联邦科学工业研究机构CS瓜O开发的压铸模专用系统METLFLOW，提供了一个集浇注系统设计分析与制造于一体的CAD／CAM系统；SHARPPRECISIONMACHINERY公司为金属型和压铸模开发的名为SCIOURE的CAD／CAE系统；SONY公司用于压铸模设计和制造的名为EVKUD的CAD／CAM系统等【LO】。国内对压铸模CAD技术发展比较晚。目前，国内一些院校、企业和科研单位已经或正着手于在PRO／ENGINEEL平台上进行CAD／CAM系统二次开发工作，中北大学开发的基于PRO／ENGINEER的压铸模CAD系统，在PRO／E开发平台上，利用VCH中的MFC，并结合PRO／ENGINEER自带的PROFROOLKIT二次开发工具开发出了一套压铸模辅助设计系统，为使用者提供了一种快捷有效的压铸模开发方法【11L。北京交通大学机械与电子工程学院进行的是基于PRO／ENGINEER的内燃机车三维标准件库的建立方面的研究，以适应机车新4中北大学学位论文产品的设计与开发2】；清华大学CIMS中心则提出基于ERO／ENGINEOR开发面向并行工程的CAD系统113I。在基于PRO／ENGINEER_二次开发的模具设计研究方面，特别是压铸模方面，国内在这方面做得比较少，而且一般都只是停留在纯理论上，真正开发出的实际系统并不多。长沙航空职业技术学院就提出用PRO／ENGINEER建立注塑模标准件数据库及注塑模模架库，生成三维参数化实体模型，并用PRO／ENGINEER本身提供的二次开发语言实现其数据及信息的统一管理【L41。合肥工业大学机械与汽车工业学院提出在基于WINDOWS开发环境下进行模具设计早期工作，PRO／ENGINEER五F境下进行产品详细结构设计【1引。还有就是上海交通大学材料科学与工程学院铸造研究所开发的基于PRO／ENGINEER的活塞模具系列建模系统，由于对同一系列的活塞模具在结构上除一些主要参数不同外，其余的辅助参数大都相同，因此该系统利用PRO／ENGINEER做二次开发来支持活塞模具系列建模，系列模具智能出图和系列模具管理等功能1酬。这些都只是针对模具的某一部分或是某一特定制件的模具设计所做的研究和开发，仍然不能满足我国大多数企业的设计要求。在压铸模模架的开发方面，由于目前只有相关零件的国家标准，缺少相关的模架标准，研究工作主要停留在一些理论性的试探或是标准件的图形库，而缺少统一的模架库，更缺乏具有可操作性的集成CAD／CAM模块的系统。据了解，只有中北大学在前期开发了基于IDEAS的压铸模标准零件和系列模架库，据资料，在基于PRO／ENGINEER的二次开发上，只有中北大学的前期研究中涉及到的模架系列表【17】。1．4课题研究的意义在国内模具行业飞速发展的情况下，开发适用范围广，功能强，真正满足设计生产要求的CAD／CAM系统是目前需要解决的关键问题。正是由于国内目前利用PRO／ENGINEER进行二次开发的模具CAD／CAM系统很少，功能不够强大，所以这方面的研究工作急待提高。通过PRO／TOOLKIT来对PRO／ENGINEER系统进行二次开发，研制出适合各模具企业设计生产要求的CAD／CAM系统，可以节省模具的设计时间，提高模具制造的效率，在实际应用中将会有很大的意义。随着我国模具行业的发展，在以后的CAD／CAM研究工作中，相信基于这些三维软件的二次开发系统会越来越多，技术也会越来越成熟，必将对我国的模具行业的发展起到重要作用。5