文献翻译-注射模设计的三维模型发展

毕业设计论文文献翻译院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程注射模设计的三维模型发展摘要如今，为了使注塑工艺变得更简单，很多嵌入式软件都在高级3D注塑平台的基础上开发出来的，如有限元分析、计算机辅助模制造、注射模设计，模拟以及形象化设计。这些软件都是很有利的。然而，这不是没有缺点。事实上，这些“嵌入式软件”也可以通过低级别的3D更灵活和更轻便性开发出来。本文查阅了各种各样基于3D应用发展的期刊和方法，主要是关于软件方面。首先，提出了一种基于3D应用发展的方法，这种观点通过使用PARASOLID模型的注射模实现的。基于在已建立的模具设计中的模具设计概念，文中说明了一种被叫做IMOLD的模件。在一个WINDOWSNT平台上，面向对象的编程语言被用来开发这种软件。关键词3D模型，计算机辅助设计，注射模设计1介绍三维计算机辅助设计系统已经越来越被用来加速产品的实现过程。涉及产品自动化过程的第一步是3D建模应用的组成部件的建立，在建模的过程中，这种3D模型的建立称为数字化建模，这种数字化建模得到的3D的关键一步是生产过程自动化。组成部件的3D数字化建模仅仅是第一步。还有许多其它辅助任务必须在零件被生产之前完成。这些任务包括有限元分析、夹具和固定装置的设计、注射模设计、计算机辅助制造、模拟和形象化设计。当今很多在高级3D平台上发展起来的嵌入式软件来促进这些辅助任务。这种3D建模平台提供了具有编程的用户界面和风格的嵌入式软件。结果，这种嵌入式软件的开发时间大幅度的减少。这种方法在很多方面都是有利的，但是，它也有它的缺点，特别是从长远的角度考虑。为了为现有的软件开发另外一种嵌入式软件，那些开发者必须兼顾很多现有的限制条件，必须与源软件的风格一致。那些开发者必须利用系统提供的各种库函数来实现各种功能性操作，大多数的终端用户需要源软件和嵌入式软件。不过，在很多情况下，他们可能对使用只有嵌入式的软件更感兴趣。在注射模设计过程中就有这种情况的例子，不过，这些用户必须购买包括很多他们不需要的特征和功能的软件包，这么大的程序通常是硬件上必需的，同时这意味着费用会更高。这种嵌入式软件也很大程度上依赖源软件的发展。一旦源软件版本被更新，那些嵌入式软件的开发者必须采用相应的行动，如果这些应用在一个低级的平台上发展，这些缺点可能会不存在。事实上，这些嵌入式软件可以使用低级的3D模型更灵活和更轻便性的发展。在很多情况下，这样的操作既可行又有利。传统上注射模设计可以直接在计算进设计系统上执行，整个注射模，可能由数百个组件部件组成，在计算机辅助设计系统（例如AUTOCAD,PRO/E和UNIGRAPHICS）上建模和装配，因为注射模设计过程是反复的，所以重新建模和装配是相当费时的，在这个方面，像这些基于特征的PRO/E以及UNIGRAPHICS那样的3D。计算机辅助设计系统比像AUTOCAD那样的2D计算机辅助设计系统更有优势，为加速注射模设计工艺的发展，这种嵌入式软件在3D系统上自动发展一些注射工艺，这种附加应用的例子包括在新加坡国立大学，基于UNIGRAPHICS上发展的IMOLD（智能模型设计和装配系统）、专家模具设计（基于CADKEY）及模型制作（基于EUCLID）。因为以上每一个都是基于特定的计算机辅助设计系统，所以都没有嵌入兼容性。在1994年，MOK和张1基于UNIGRAPHICS的注射模设计应用上做了研究。在1997年，SHSH2在几何建模之间的联系以及标准化之间提出了互访结构模型，他的目标是在基于PARASOLID3的3D应用以及ACIS之间获得嵌入兼容性，只不过它包括三维建模。在这篇文章里，作者试图直接发展一种质量轻的、使用低级的3D注射模设计应用，并把重点放在软件开发的灵活性和速度上。设计概念和程序来自IMOLD45、模具设计和3D装配中应用，尽管这些讨论仅仅局限于注射模设计，但是这种方法很容易被应用在其他基于3D的建模中，并且有相似的作用。开发工具的结合就是为了这个目的而选择的。在方法被讨论之前，对于其中先提出的工具做一个简短的介绍，它们分别是IMOLD、PARASOLID101版本、VC60版本和微软的基础课程。2IMOLD用作模具设计应用IMOLD（智能模型设计和装配）是在基于3D的应用致力发展的注射模设计。它在一个叫做UNIGRAPHICS的高级计算机辅助设计系统之上发展起来的。该发展正在通过使用系统所提供的编程接口（API）来实现。该软件通过提供常用的设计工具促使模具设计者能够迅速进行设计。在设计中所需要的常用标准组成部件，可以在软件里预先创建并且可能容易被设计者调用，这很大程度上降低了设计时间。模具设计过程可以分成几个阶段，以一种固定的方式给设计者们提供模具设计方法。如下数据准备填充系统设计模具基础设计插件与零件设计冷却系统设计滑板和提升设计注射系统设计标准零件库每个阶段都可以被认为是一个独立的模件设计过程，基于3D的每个模件的要求变化甚微。成功的建立模型基础模件意味着在发展其它模件过程中也是可行的。3用作3D模型设计的PARASOLIDPARASOLID被用作设计为基于3D模型数据系统的核心。实体建模有必要被用作建造并且操作实体计算质量和惯性矩，并且进行干涉检测以多种方式输出实体在特定的数据库或档案内储存实体并且稍后提取出来在计算机辅助设计中，PARASOLID是最先进的3D模型设计软件。它是UNIGRAPHICS和SOLIDWORKS的3D核心。它独特的公差模拟运作功能使得它能以其它格式接收和存储数据。因此PARASOLID模型文件时十分方便的而且它也是独立应用发展的高级平台。基于3D的应用与PARASOLID之间通过它的3个界面中的一个相连接SEEFIG1。这些被称之为PARASOLID核心界面、模型界面KI以及底端界面。PK界面和模型界面位于建模系统的颈部，通过这些方法来建模和对实体进行操作以及控制建模的功能。底端界面位于建模窗口的底部。当需要执行集中数据或系统类型操作时建模便需要它。它由3个部分组成函数、图形输出（GO）和外形几何，以下对其作出简短的介绍。31KI和PK界面KI和PK是提供程序员进入PARASOLID模型里进行建模的接口，它们是建模功能的标准库。程序员在他们的程序里称之为建模功能。因为KI不久将被淘汰，所以我们选择使用PK界面。图1PARASOLID的组成部分32函数函数是一个必须由程序员编写的功能，当数据必须被存储或者提取时需要使用该功能。当使用PARASOLID时，应用程序员必须首先决定怎样管理数据的存储，通过该功能PARASOLID输出该数据。公告该功能转存数据通常与写入文件或导出文件有关。文件的形式和存储位置在编写该功能时被确定。33图形的输出（GO）对图形输出功能是由应用程序员所编写的另一种功能。对需要PK给予功能的设计者来说，图形数据是由GO界面输出的。然后3D数据被传给3D图像包。OPENGL是图形卡片的一个软件接口可以为我们提供我们所需要的数据包。34外形几何外形几何学可以为用户几何类型的发展（例如机构内部及表面的曲线）提供功能操作，它通常与在PARASOLID内的建模标准几何类型一起使用。4使用VISUALC以及微软公司基础类型的面向对象的程序设计面向对象的程序设计（OOP）已无可争议的成为软件开发者的选择。它是在目前存在的软件中最高级的开发软件。微软公司VISUALSSTUDIO就是这样的一个软件包。它刻划了许多基于英特网和WINDOWS编程用的开发工具。在这些工具中包含有VC以及微软公司基础种类（MFC）。VC是面向对象的程序设计的强有力的开发工具，而MFC是一种基于WINDOWS编程的框架。它以强大的开发特性和功能性，例如自动编码基于WIZARD操作，为应用程序员提供开发工具，这大大改进了生产效率。我们使用的程序的整个用户界面是使用VC以及MFC开发出来的。5系统设计使用3D模型的附加应用直接发展的问题正待解决，在最高的水平上它由三个主要阶段组成。首先，必要特征和嵌入式应用软件功能的识别；其次，应用框架的设计与开发；最后，具有合适的开发工具的框架中个别模件的设计与开发。51必要软件的识别PARASOLID作为一种3D建模方法，只提供许多库函数以及3D应用开发的基本框架。因此，那些开发者有必要识别和开发3D计算机辅助设计系统中其它的必要设施。为了识别所需要的设施，理解两者之间的差异很重要。表格1总结了3D模型和3D计算机辅助设计系统所提供的主要设备的差别。其中的一些设备，例如特征和参数建模，在耗时与技术上都要求有发展。因为大多数嵌入式软件不使用源程序中的所有设备，只通过开发这些使用低级3D模型所需要的嵌入式软件生产单独的版本是很有可能的。表格1从第7条到第9条是使用基于3D的应用发展PARASOLID的必要条件。通过研究嵌入式软件的应用的必要条件，其它必要的设备的要求也可以被鉴定。然后提出了该应用程序的一个框架，该框架是基于由PARASOLID建模所提供的设备。表13D内核和CAD系统所提供的设施总结图2基于三维应用程序的概述52基于3D应用的框架对于由开发的工具和应用的要求所提供的设备，开发了一种框架，它专门被设计以使单个编程模件之间的差异最小化，将导致编程代码发生小程度的变化。事实上，程序代码使用起来更加的轻便和更有助于维修，而且将来的发展前景也是相当好的。这个框架的概述在图2里得以说明，各种各样的模件的详细情况会在以后的章节里讨论。521基于WINDOWS的用户界面APARASOLID不为程序员提供用户界面，因此，在每一个阶段基于3D应用的发展将涉及到从头开始设计用户界面。相关的必要开发内容如下基于3D应用的环境的设置和显示交互式图表的接口和全部应用功能操作的执行程序5223D开发图层的设置（B）因为不同的基于3D的应用在不同的程度上需要不同的3D设备，该框架必须为用户提供这些变量的设置，一个3D开发图层的设置（参阅图2）被概念化来解决这些变化。这是基于PARASOLID模型已经开发出来的对象的库函数或者类别。开发的程序取决于建模的要求情况。除了要满足应用条件中的变量要求外，3D开发设置层也要为非PARASOLID开发者提供一个编程接口。这样的一个接口能被其他基于3D开发者重新使用。3D开发设置层基本上由3个主要部分组成。他们可分别用于3D建模和装配，3D可视化以及3D数据管理。（1）建模和装配3D建模和装配模件是这3个部分中最重要和最精心制作的部分。它与由大多数计算机辅助设计系统提供应用编程接口（API）相似，模件由一基于3D对象或类别的库函数组成，它可用于核心应用模件的发展。大多数3D应用所需要的3D基本功能的操作性能被首先开发出来。基于单个3D应用所需的条件，其它更多的高级特性后来也被增加进来了。（2）3D的可视化在三维物体的显示窗口用户范围需要一个团体软件图表接口。图表的输出的输出以及所选择的图表的接口经常被用在基于3D的应用里以及视图对象管理和转变之中，为了这个目的而开发了一个类别库函数。（3）3D数据管理3D数据管理模件是在函数之上被开发出来的，函数是存在于是存档以及3D零件的进入而变得容易的PARASOLID的模件之中。为此开发了一种使用函数来处理的类型选择器，有以下功能3D目标文件形成诸如打开和保存3D目标文件这样的文件管理操作。523应用模块（C）这些是位于3D开发者设置层和应用用户界面之间存在的基于3D的应用模块。这些模块的设计主要取决于应用的属性并且相互之间的差别很大。工作的发展大部分在这一领域开展。然而，研发的难易主要取决于3D开发者设置图层的能力。524其它软件模块（D）通常基于3D的应用可能需要来自于其它已存在软件模块或应用模块的功能性操作，因此，诸如此类的连接是可能存在的。在这篇文章的应用部分就为这样的一个例子加以说明了。53单个模块的发展在进行一个合适设计之前，对每个模块都得进行研究和分析，它的开发难易很大程度上取决于所选的框架和开发者设置层。下一部分说明了注射模设计的3D模型开发的实施情况。6实施情况应用系统设计，开发了基于3D的注射模设计。这是通过使用前面章节所述的开发者工具获得的。因为模型基础需要更大范围的3D功能性操作，包括装配的生成，所以选用它来加以说明。61每个模块的要求应用框架和所需要的条件对于识别开发工作，专门设定了一个应用框架发展的工作鉴定。图3说明了基于WINDOWS用户的模型基础模块的详细情况，在每个模件里的详细要求讨论如下图3注塑模具基础设计中的应用概述611WINDOWSNT的用户界面（A）模型基础设计是一个反复的过程。模型设计者首先从目录中选择了一个标准模型，然后对模型的尺寸进行修改，直到所有的条件都得以满足。因此，为了这个目的有必要考虑使用交互式用户界面。使用VC和MFC来开发基于WINDOWS的界面，它包括菜单条栏目、菜单项和工具条按钮的创建、显示和管理，以便更方便地进行应用的功能性操作。引导用户或获得用户输入的对话框的创建、显示和管理。显示区域内各种视角的创建、显示和管理。鼠标的拖动作用。对每个功能的顺序操作设计。应用之后的结果如图4中所示，它是一个典型的基于WINDOWS用户的界面。图4基于WINDOWS的界面6123D开发者设置层（B）对基于3D模型基础设计的要求进行分析，然后识别一下即将开发的模块。基于3D模型基础设计的要求如下创建初始模型（例如矩形，圆柱，圆锥）创建圆角和倒角进行布尔运算并集和差集变换操作变换和旋转对象属性的管理，诸如名字和颜色创建引用特征创建总装配和子装配因为以上这些应用不是那么的广泛，所以可以开发一个基础建模集。有了单个模块的详细开发情况，就可以给开发者设置层添加更多的功能。每个模块的全部要求条件将在以后的章节加以说明。（1）3D建模和装配一个模型基础基本上是很多组件的集合，诸如键和螺丝。为了使模型基础设计变得容易，设计者必须必须提供一个事先准备好的模型基础库。通过选择特别的尺寸，可以生成一个标准的模型基础件。为了使这些变得容易，识别和开发了基于3D的功能库，该功能与前面612所提及到的要求条件相对应。正因为该编码是面向对象的，在需要的时候，它们很容易被延伸以适应其它模型设计模块。（2）3D视图的可视化使用图表的输出和作为图表界面的OPENGL所提供的功能共同来为3D的实体操作开发投影和视图变换等诸多功能。它们包括用所选择的颜色给3D零部件着色（图6）用所选择的颜色给3D装配体着色（图7和图8分别用阴影和线框的模式给3D装配体加以显示）用所选择的颜色在屏幕上给其它3D实体着色在模型基础装配中用不同颜色分别给单个组件着色交互式视图变换（诸如旋转，变换和缩放）装配树显示和操作图6B腔板块图7HOPPT的两板基础模具图8标准化的底部的螺丝尺寸（3）3D数据管理开发独立应用程序的好处之一就是它的轻便性，所以采用最大的轻便性打开的形式是很重要的，因此，以原先的PARASOLID文件形式（XMTFTXT）来代替新的文件形式。一个模型基础件的数据管理要求包括如下内容打开，保存，另存为和关闭PARASOLID零件文件打开，保存，另存为和关闭PARASOLID装配文件输入和输出零件文件613模型基础模件（C）为了促进标准模型基础组件的自动生成，系统必须提供一个模型基础零部件库，其尺寸大小取决于目录中的标准值。为是设计容易进行，需对这些尺寸进行顺序修改，这个模件详细情况将在第62部分进行讨论。614数据库支持（D）一个标准模型基础件需要用将近100个参数来对单个组件的尺寸和位置进行完全描述。这些参数的大部分都是相互联系的并且可以从其它数据库中获得。因此，一个数据库文件需要被用来存储基于目录的标准模型基础件的参数。MICROSOFTACCESS数据库形式被使用在MFC里进行直接存储数据库文件。在MFC里使用数据存取对象（DAO），一套被用作抽取和管理数据库相关参数的功能。62模型基础设计的发展模型基础模件由三个主要部分组成，即，模型基础组件生成、模型基础装配生成、模型基础类选择和自定义模件。第四个部分被称作为模型基础参数管理，也是被用来开发为应用提供数据支持。这些已经在图表5中说明了，注射模设计的开发部分的细节内容讨论如下图5模具的基础模块的细节（1）零部件库的生成有了3D开发者设置层的支持，就可以使有模型基础的标准组件部件被创建和存储在组件库中。通过规定合适的尺寸，这些组件部件可以被生成而且可以被模型基础装配生成器所使用。（2）装配生成器使用3D图层设置并将组件库生成器各标准模型基础集中并存储在装配库中。当提供从数据库中提取特定参数集时，由于它得到了特定的参数支持，所以特定的标准模具基础装配可以自动的生成。图7显示了组件库生成器创建的“HOPPT”两板模具。（3）参数管理者参数管理者将模型基础应用模件和数据库支持连接起来。当一个特定的标准模型基础被选择后，它的模型基础装配的相应参数已经从数据库中提取出来并且发送到组件库生成器和装配生成器中。图8说明了通过交互式用户界面对底部的螺丝尺寸的修改。（4）模型基础设计者模型基础设计者主要为两个目的服务。首先，允许用户选择来自装配生成器的标准模型基础。其次，通过允许模型基础设计者修改所选择的模型基础的尺寸来使模型基础设计变得容易。该样品代码给那些模型基础带来生成功能。从图9中我们可以注意到使用了许多代表模型基础的参数的变量的功能。这是装入那些零部件而生成各种各样的模型基础零部件库。装配生成器然后使用那些零部件和那些参数集来确定模型装配基础的创建，正如在3D开发者层设置外一样，在样本程序中又直接被叫作PARASOLID功能。图9模具基础设计的样品代码当今的模型基础设计应用能够实现模具车间里注射模具基本设计所要求的所有功能。因为模型基础是IMOLD模件中应用最广泛的3D模型，所以它的成功开发意味着实现了一个完整的3D注射模设计和装配应用的可行性。7结论高级编程语言的发展已经允许程序员用参数来从新使用编程代码，该编程代码存在于像微软公司基础类型那样的对象里。这些强大的特征已经使程序员从更多的编程标准函数的程序和建立用户界面中分离出来了。它们先在能够把精力集中在软件的核心部分，从而增加生产效率。这导致发展独立版本的软件诸如CAE、计算机辅助设计和计算机辅助制造的可