压铸件浇口去除装置参数化设计优化与管理VIP

分类号 密级 UDC注1 硕 士 学 位 论 文压铸件浇口去除装置参数化设计优化与管理（题名和副题名）李伟良（作者姓名）指导教师姓名 王益祥 副教授 学 位 类 别 工学硕士 学 科 名 称 机械制造及其自动化 研 究 方 向 计算机辅助设计 论文提交时间 2016.01 注1：注明国际十进分类法UDC的类号。 声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名： 年 月 日 学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名： 年 月 日 硕士学位论文 压铸件浇口去除装置参数化设计优化与管理摘 要目前许多压铸企业普遍以压铸机为中心，机器人为桥梁，集成周边设备形成自动取件、自动喷涂、自动切料的机器人系统。压铸件浇口去除装置是机器人系统的重要组成部分，其负责自动切除压铸件浇口。该装置是一种系列化产品，大部分情况要根据压铸件材料、形状大小以及浇口横截面积等参数进行定制，其中存在大量的重复工作，因此对压铸件浇口去除装置进行参数化设计具有深刻的实用意义。本文针对丰汉有限公司设计的压铸件浇口去除装置及图纸文件管理存在的问题，对系统进行了需求分析，确定了系统的总体设计方案。对压铸件浇口去除装置进行了力学分析及校核，并且按照参数化设计要求在SolidWorks中建立了参数化模型。以Visual Studio 2010为开发平台，使用C+开发工具，结合力学分析及校核公式与参数化模型，对SolidWorks进行二次开发，从而实现参数化设计系统。然后对参数化设计后模型的关键部件进行了有限元分析及结构优化。最后利用SQL Server数据库开发出了设计文档管理系统，实现了公司图纸文件的管理。设计了一套参数化设计系统与设计文档管理系统相结合的系统。该系统在公司实际应用中，不仅大大缩短了压铸件浇口去除装置的设计周期，而且使得图纸文件的管理更方便、更安全。关键字：参数化设计，SolidWorks二次开发，压铸件浇口，数据库，SQL ServerVAbstractPresently, many die casting enterprises generally take the die casting machine as the center, the robot as the bridge, and integrate peripheral equipment to form a robot system which automatic casting-fetching, automatic spraying and automatic cutting. The device that can remove the gate of die castion is an important part of the robot system. The device is a series of products, mostly, it should be customized that based on the material and shape size of die castion, and the cross-sectional area of the gate. There is a lot of duplicated efforts. So it is of great practical significance for parametric design of gate removal device for die castion.In this paper, according to the requirement of parametric design of gate removal device for die castion and the problem of drawing file management in FengHan co.,LTD, the overall scheme of the system is determined by the requirement analysis. the mechanical analysis and verification of gate removal device for die castion are carried out, and the parametric model is established according to the parametric design requirements in SolidWorks. Combined with the parametric model and the formula of mechanical analysis and verification and used C+ development tools, secondary development of SolidWorks is carried out in Visual Studio 2010, so as to realize the design system of parametric. Then the finite element analysis and structure optimization of the key parts of the model are carried out. Finally, using Server SQL database to develop the design document management system, and realize the management of the companys drawings. a system of parametric design and designed document management is designed. The system is applied in the company. It not only greatly shorten the design cycle of gate removal device for the die castion, but also make the management more convenient and safe.Key words: Parametric design, Secondary development of SolidWorks, The gate of the die castion, Database, SQL Server目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究现状21.2.1 CAD技术研究现状21.2.2 参数化设计研究现状31.2.3 SolidWorks二次开发研究现状31.3 论文的研究内容及组织结构51.3.1 论文主要内容51.3.2 论文组织结构61.4 本章小结72 系统总体方案设计82.1 系统需求分析82.1.1 压铸件浇口去除装置参数化设计系统需求分析82.1.2 设计文档管理系统需求分析92.2 系统总体设计方案102.2.1 系统的开发目标102.2.2 系统总体结构102.3 本章小结123 压铸件浇口去除装置结构设计及参数计算133.1 压铸件浇口去除装置本体结构及基本参数133.2 拉杆结构设计143.2.1 拉杆受力分析143.2.2 拉杆稳定性校核163.3 液压缸结构设计183.3.1 液压缸受力分析183.3.2 液压缸强度校核及验算203.4 横梁结构设计233.4.1 上横梁结构设计233.4.2 活动横梁结构设计243.4.3 工作台结构设计253.5 其他零件设计273.6 本章小结284 压铸件浇口去除装置参数化设计系统的设计与应用294.1参数化设计系统开发工具选择及技术路线分析294.1.1 压铸件浇口去除装置参数化设计系统开发工具294.1.2 压铸件浇口去除装置参数化设计系统技术路线分析304.2 压铸件浇口去除装置参数化建模304.2.1 零件参数化模型建立及参数分析324.2.2 装配体参数化模型建立及配合分析354.3 工程图自动生成和调整技术开发364.3.1公司专用工程图模板设计374.3.2工程图自动生成及调整394.4 压铸件浇口去除装置参数化设计的实现414.4.1 参数化设计注意事项414.4.2 压铸件浇口去除装置参数化设计基本流程424.4.3 压铸件浇口去除装置参数化设计实例434.5 本章小结465 压铸件浇口去除装置有限元分析及优化设计475.1 有限元分析概述475.2 上横梁有限元分析475.2.1上横梁材料属性485.2.2 定义上横梁的边界条件和载荷485.2.3 上横梁网格划分485.2.4 上横梁结果分析495.3 工作台有限元分析505.4 横梁结构优化设计515.4.1 上横梁结构优化525.4.2 工作台结构优化535.5 应用实例545.6 本章小结546 设计文档管理系统的设计与实现556.1 设计文档管理系统功能模块设计556.2 设计文档管理系统数据库设计566.2.1 数据库开发工具选择566.2.2 设计文档存储方案选择576.2.3 数据库的结构设计586.2.4 数据库表的设计与创建606.2.5 数据库表间关系626.3 设计文档管理系统软件模块设计636.3.1 新建项目636.3.2 模块更新646.3.3 图纸添加666.3.4 权限管理676.4 设计文档管理系统运行实例686.5 本章小结737 总结与展望747.1 论文工作总结747.2 未来展望75致 谢76参考文献77附 录811 绪论1.1 课题研究背景近十几年来，随着经济全球化的发展进程，发达国家的铸造业向中国转移，使得中国的铸造业飞速发展，逐渐由铸造大国向铸造强国转变1。大部分铸造企业已经完全实现机械化，而且相当一部分的企业正向机电一体化迈进。自从1959年美国研制出第一台机器人以来，工业机器人作为一种典型的机电一体化高科技产品发展迅速，其在提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益，保证产品质量，改善劳动条件等方面的作用日益显著2。工业机器人的广泛应用，对人类的生产和生活方式的改变越来越大2。当然，工业机器人在铸造领域的应用也越来越普遍3。为提高生产效率，目前许多压铸企业普遍以压铸机为中心，机器人为桥梁，集成周边设备形成压铸岛，利用机器人系统实现了自动喷涂、自动取件、自动切料等功能。参数化设计技术的发展引起了世界上发达工业国家以及许多著名大公司、科研机构和大学的高度关注，特别是广大制造商在产品的开发中引入参数化设计技术后，取得了良好的经济效益。因此，参数化设计技术被列为今后重点发展的关键技术之一。目前，随着市场的全球化、竞争的激烈化、需求的个性化、生产的人性化，制造技术的发展也逐渐趋向信息化、科学化和服务化。压铸行业产品的需求目前也呈现对产品多样式、差异化的需求小，并且对产品的开发时间的要求越来越苛刻，因此对于企业提高产品设计效率、缩短产品开发周期，采取高质量、低成本的产品设计方法才能增强其竞争力4。而参数化设计技术以其柔性好、响应快、质量高、成本低的优势在压铸领域的运用也越来越广泛。压铸件浇口去除装置参数化设计及结构优化的研究也必将有助于压铸自动化生产线的开发与应用。压铸件浇口去除装置参数化设计优化与管理基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品模型，并实现压铸件浇口去除装置设计和开发全过程的数字化，提高压铸用机器人周边设备开发的效率和可靠性，减少其研发成本。压铸件浇口去除装置参数化设计优化与发展的研究，在技术上符合现代设计技术的发展趋势，满足产品数字化设计制造的需求，市场前景十分广阔，并且这对于我国压铸件浇口去除装置的参数化设计水平提高具有重大意义。本课题是由丰汉有限公司提出，为了对课题进行研究，将在该公司进行实习。该公司作为日本最大的工业机器人系统设备制造商-株式会社丰电子工业的中国分公司，秉承日本总公司的经营理念，引进日本总公司的先进技术，为工业自动化制造机器人系统及其周边设备，并提供相应的技术支持和服务。该公司主要产品包括用于压铸行业的机器人，喷涂机械手、取件机械手、以及有关制品镶嵌、冷却、切边、清洗、刻印、输送和离型剂混合压送等周边装置5。1.2 国内外研究现状1.2.1 CAD技术研究现状CAD是一种使用计算机以及图形设备进行产品的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的技术。CAD技术的研究起步于20世纪50年代后期，1959年12月在美国麻省理工学院一次会议上首次提出CAD概念6。随后的50年的发展中，CAD技术先后经历了曲面造型技术、实体造型技术、参数化技术及变量化技术四次伟大的变革。目前，随着电子技术和计算机技术的发展，CAD技术已经发展成了一门相当成熟的技术，作为一种实用性强、发展迅速的科学技术，它已成为改造传统工业和提高劳动生产率的有效手段。CAD技术已经在机械、汽车、飞机、电子、建筑、轻工、化工、船舶、纺织及服装等行业得到了广泛的应用，尤其机械CAD在整个工程CAD占有举足轻重的地位。目前，衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一就包括CAD在工业生产中的应用水平。CAD造型技术主要分为两大流派，一是代表参数化造型理论的Pro/E、SolidWorks和代表变量化造型理论的I-DEAS32。虽然它们的造型理论不同，但是他们都是基于约束的实体造型技术，当前的主流三维CAD软件都用到了这些造型技术9。其中，作为第一个基于Windows的三维CAD系统，SolidWorks具有功能强大、易学易用、价格低廉等优点，使其成为了世界上装机量最大的三维CAD软件之一。SolidWorks主要有草图、装配、工程图、钣金设计、曲面以及用户化开发等功能7。虽然SolidWorks功能非常强大，但它是一种针对整个机械行业的通用软件，在产品设计过程中，用户某些具体的要求不能够完全满足。因此，工程人员通过对SolidWorks二次开发使得其能够实现某些特定功能。随着创新能力的不断提高和计算技术的不断普及，未来CAD技术逐渐向集成化、智能化、并行化、虚拟化、网络化和标准化的趋势发展8，其具体表现为以下几个方面：并行工程(CE)、计算机集成制造(CIM)、智能化CAD/CAM系统、虚拟产品开发、网络化设计制造等14。我国CAD技术也是起步于20世纪60年代，几乎与工业发达的国家同步。不过由于资金问题和软件商业化问题导致我国的CAD技术在基础理论的研究尚显不足。另外在参数化研究方面，我国仅仅处于对二维图形进行参数化设计的阶段。而国外则已对三维参数化CAD技术有了相当充分的研究，并且凭借其强大的技术优势已经获得了国际市场和一部分国内市场的支持6。我国虽然也有一些自主研发的三维CAD软件，但是这些软件技术含量非常低。和其他发达工业国家比较，我国CAD技术主要有以下差距：CAD应用的集成化程度低、自主开发的三维CAD软件的商业化程度低、对企业所使用的CAD系统二次开发能力弱等6。1.2.2 参数化设计研究现状所谓参数化设计就是指通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动，其中进行驱动所需的几何信息和拓扑信息由计算机自动提取15。参数化设计对改善图形的修改手段和提高设计的柔性发挥了很大的作用11。可以在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等方面给予很大的帮助，应用价值相当高。目前，对于评价某个CAD系统的优劣，能否实现参数化设计已经成为一个重要标准。早在1963年，Sutherland就在Sketehpad系统中提出在生成零件时，可以利用约束作为辅助手段，但没有用约束定义和修改几何模型，对模型的修改只是一个单向过程，一旦模型生成后约束不能反过来限制模型。20世纪70年代80年代是参数化设计的开创时期，提出了参数化设计的基本理论和思想，并且形成了一系列的参数化设计方法。其中一个重要标志就是由Hillyard提出，并由Gossard及其研究小组进一步发展和完善的变量几何和几何约束的思想。80年代中期到90年代初，随着在参数化设计中引入AI技术、几何推理和神经网络等人工智能方法，以及参数化技术在实体造型中的应用，形成特征造型技术。以Aldefeld、Suzuki、Verroust为代表提出了基于专家系统的方法。从而使得参数化设计技术得到了很大的发展。目前，基于知识的参数化理论逐渐完善，参数化方法在实践中得到广泛应用10。随着三维CAD技术的不断发展，参数化设计理论和方法越来越多的应用在三维CAD技术上，目前主要有两种参数化设计方法：一是以Pro/E为典型代表的利用尺寸参数变量实现三维模型参数化设计。Pro/E通过引入全局设计变量来实现整体设计修改，是首个具有参数化功能的CAD系统3031。另一种设计方法是程序驱动法。目前，许多三维CAD软件都提供了大量的开发环境下的应用程序API接口，通过直接调用软件的API对象接口实现软件的二次开发，可以形成满足公司或企业特定需求的参数化设计软件或插件，并且可以利用其直接生成新的三维模型，实现参数化设计。这种方法能够设计出功能强大的软件或插件，灵活性高，针对性强32。三维CAD软件SolidWorks就为用户提供了大量的二次开发接口API，使用户能在软件本身功能的基础上开发出新的功能模块，满足特定的需求12。SolidWorks API有着良好的开发性和兼容性13。1.2.3 SolidWorks二次开发研究现状SolidWorks是一款非常优秀的三维机械软件，在企业、单位中的应用越来越广泛，学习该软件的人员也越来越多。虽然SolidWorks优势明显，但是对于我国的许多企业要想真正的发挥SolidWorks更加强大的作用和优势，就必须对其进行二次开发，使其本地化和专业化。企业通过对SolidWorks进行二次开发还可以提高设计效率和市场竞争力，缩短产品开发周期，实现对产品的快速设计开发，形成自身产品特色。目前，我国许多大学、研究机构以及企业为实现参数化设计，均针对机械产品设计，对SolidWorks的二次开发做了非常多的研究工作。南京理工大学的黄阳针对康尼公司研制开发的M730系列铁路客车塞拉门提出了基于SolidWorks软件平台的产品的三维建模与编程相结合的产品参数化复合设计方法，并且通过应用SolidWorks的API函数及VBA编制了相应的控制程序，完成了塞拉门的三维参数化CAD系统的开发。该系统在企业中得到了实际应用，取得了良好的应用效果17。南京理工大学的刘萍萍在SolidWorks原系统中开发了包括国标标准件库、尺寸公差动态查询和标注、国标和超级符号库的插入、产品图样编码、基于SolidWorks产品设计的DBOM定制等模块，并且实现了以上模块与SolidWorks的无缝集成18。东北大学的苗燕在VB 6.0开发平台上，以液压缸的所有零部件为对象对SolidWorks进行二次开发，实现了在界面中输入相应的参数就可以完成液压缸各种零部件的三维设计，并且可以自动生成二维工程图19。大连理工大学的黄迎春利用VC+编程语言调用SolidWorks API接口函数，基于SolidWorks平台开发了一套具有齿廓精确建模功能的齿轮参数化设计系统。该系统可以对支持圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、直齿内齿圈齿轮、斜齿内齿圈齿轮、直齿齿轮轴、斜齿齿轮轴等六种渐开线齿轮和齿轮轴的精确建模9。西安建筑科技大学的闫云利使用Visual C+6.0作为平台，对SolidWorks系统进行了二次开发，开发出了不仅可以绘制五阶内（含五阶）的任意阶阶梯轴和齿轮、齿轮轴的插件，而且可以实现齿轮所在位置的任意改动20。郑州大学的李慧平在对专用夹具CAFD系统的研究中采用参数化技术、宏录制、数据库技术等，开发了一种集成与SolidWorks系统的专用夹具的参数化设计插件。并且成功的设计了一套回转式钻床夹具21。西安石油大学的白晓燕采用Access2003和ADO数据库技术，构建了齿轮设计图数据库。通过SolidWorks的宏功能录制了齿轮三维实体建模全过程的宏文件，再利用VB进行编程和宏文件的编辑。实现了渐开线圆柱齿轮传动参数的设计、校核，以及渐开线齿廓部分的精确造型、齿轮结构的三维造型和工程图纸的生成22。武汉科技大学的肖瑞不仅通过对SolidWorks的二次开发实现了输入个道次参数自动生成型辊花图，而且对生成的200*300的矩形管辊花图与板料的3D模型导入ANSYS中，施加相应的边界条件及设置求解，运用LSNYNA显示求解23。东北大学的辛杨桂使用VB.NET作为开发平台，对SolidWorks系统进行二次开发，实现了泵支架及相应电机过渡板的参数化、自动化设计。在SolidWorks生成对应的泵支架生成菜单，集成块校验菜单以及液压零件库菜单。实现了二次开发模块和SolidWorks系统的无缝集成24。西北农林科技大学的郭帅围绕拖拉机双离合器式自动变速器的设计理论、有限元分析、参数化设计和SolidWorks的二次开发展开相关的研究，实现了变速器结构的设计、箱体的有限元分析以及主要零部件的参数化设计25。安徽理工大学的何远超以系列化的离心通风机为对象，以三维CAD软件SolidWorks为平台，结合Access数据库技术，建立了包括选型与型设计模块和参数化设计模块在内的离心通风机CAD系统。实现了离心通风机的选型、模型优化、改型设计及参数化设计26。东北大学的刘闯以企业自行研发的蝶阀产品为基础，以SolidWorks API函数及VB高级语言为工具，以动态链接库的形式，对SolidWorks进行二次开发。建立了蝶阀模型库，开发了集成了参数数据库的蝶阀参数化建模程序，生成了*.DLL动态链接库。并且依照国标对SolidWorks工程图进行了标准化处理27。华中科技大学的秦宁在对FASTAMP软件的有限元逆算法模块和SolidWorks二次开发技术进行研究的基础上，在SolidWorks平台上，开发了面向钣金结构件的板料 展开快速模拟系统SW-BEX，实现了CAD/CAE的无缝集成28。燕山大学的董大伟结合油管道机械有限公司产品八角型直接管式加热炉，利用VB编程工具结合SolidWorks API接口函数，以SolidWorks为平台进行开发。设计完成了一套加热炉辐射室参数化设计系统软件。该软件可以实现辐射室进行热功能计算、各零件的参数化设计以及自动化装配和工程图快速化出图等功能29。以上这些对SolidWorks二次开发的研究，都是通过调用SolidWorks API接口函数，并且集成参数数据库和图形数据库来实现的。1.3 论文的研究内容及组织结构1.3.1 论文主要内容本课题由丰汉有限公司提出，课题为实现压铸件浇口去除装置对不同压铸件产品快速响应设计需要建立一个针对压铸件浇口去除装置的参数化管理系统。依照压铸件浇口去除装置设计开发的一般方法和步骤，对压铸件浇口去除装置的主要受力部件进行受力分析和刚度、强度以及稳定性校验，获得该装置参数化设计所需的设计和校验公式，在SolidWorks中建立该装置所有零部件以及装配体的三维立体图和二维工程图，以此作为参数化设计所需的模型。以Visual Studio 2010开发平台，利用VC+语言结合SolidWorks API函数进行二次开发，编写压铸件浇口去除装置总装配体的三维参数化建模程序，并且在程序中集成相关的设计公式和模型库，生成相应的*.DLL动态链接库，实现与SolidWorks的无缝集成。然后，在SolidWorks Simulation对参数化设计出压铸件浇口去除装置中的关键部件进行优化设计。最后，根据公司需要并且为了实现参数化设计所需的模型库，以SQL Server为开发工具建立了设计文档管理系统。1.3.2 论文组织结构本文的主要内容安排如下：第一章：绪论。主要介绍压铸件浇口去除装置参数化设计及其结构优化的研究背景及意义，论述了国内外CAD技术和参数化设计技术的研究现状，对现阶段SolidWorks二次开发应用情况作了总结，最后给出了论文的主要内容和组织结构。第二章：系统总统方案设计。通过对系统需求分析以及系统开发目的描述，给出了系统的总体结构，其中包括压铸件浇口去除装置参数化设计子系统和设计文档管理子系统的结构。第三章：压铸件浇口去除装置结构设计及参数计算。根据传统的设计方法和经验，分析压铸件浇口去除装置的主要受力部件，建立该装置的力学模型，并对关键零部件进行强度、刚度以及稳定性分析。整理出参数化设计所需的计算公式，并且对其他部件的参数计算公式进行整理，方便编程实现所有尺寸参数的计算。第四章：压铸件浇口去除装置参数化设计系统的设计与应用。对压铸件浇口去除装置参数化设计系统技术路线做了详细阐述，并且根据所选的开发方法对压铸件浇口去除装置进行参数化设计。按照参数化设计的基本原则和注意事项建立参数化设计所需的压铸件浇口去除装置参数化三维实体模型和工程图，并且给出了该装置参数化设计的应用实例。第五章：压铸件浇口去除装置有限元分析及优化设计。对参数化设计出的关键模型进行有限元分析及结构优化，并且给出了不符合分析要求的参数化设计模型的处理方法。给出了参数化设计后的应用实例。第六章：设计文档管理系统的设计与实现。根据需求分析对设计文档管理系统的功能模块进行分析设计，然后设计了对设计文档管理的数据库，最后利用C#对系统的程序及界面进行设计，实现系统的展示第七章：总结与展望。总结了本文的工作，指出了本文系统设计的不足之处，并提出所需的改进。1.4 本章小结本章从课题的研究背景出发，分别阐述了CAD技术、参数化设计技术及SolidWorks二次开发的研究现状，最后总结了本文的主要内容和组织结构。72 系统总体方案设计本章从系统需求分析，详细介绍了压铸件浇口去除装置进行参数化设计和设计文档管理的必要性，并且阐述了系统开发的目的和系统的总体结构。2.1 系统需求分析丰汉有限公司将工业机器人运用到压铸件的冷却、抓取、喷涂以及压铸件浇口和毛刺的去除等方面，而这些工序都需要工业机器人的外围设备来进行执行，从而实现工业自动化机器人系统5。目前该公司为汽车、电子机械等行业提供机器人系统及其周边设备5000余套，并且每年承接400-500套机器人系统的研制开发。下面本文对公司中设计的产品及图纸管理存在的问题进行分析。2.1.1 压铸件浇口去除装置参数化设计系统需求分析由于该公司对信息化技术水平建设不够完善，无法有效地将每一套机器人系统及其周边设备的图纸和数据信息整合，设计人员之间缺乏信息交流，从而导致设计人员工作繁重，难以提高设计效率，严重制约了公司对机器人系统及其周边设备的研发效率。另外，公司所研制的机器人系统及其周边设备均为非标设计，产品的开发周期过长，存在较多的重复设计。图2-1 两种不同压铸件液压类型的压铸件浇口去除装置是机器人系统周边设备的重要组成部分，该装置是一个集机、电、液于一体，结构复杂，技术含量高的设备。该设备的液压驱动机构采用双作用单活塞杆液压缸，运动平稳、可靠，可以为去除浇口提供较大的剪切力，横梁和拉杆使用的是强度高、刚性好的45钢，可以承受高强度载荷。为了去除如图2-1所示两种不同压铸件的浇口，需要两种如图2-2所示的不同的设备，这两种设备的结构大致相同，主要的尺寸存在差异。压铸件浇口去除装置包括液压缸、拉杆、上横梁、活动横梁、工作台、油箱、废料排出机构（翻转台和翻转缸）、机座和各种液压管道以及控制开关等。经分析该装置符合参数化设计要求。实现该装置的参数化设计不仅可以提高产品的设计效率，缩短开发周期，而且也大大加快了机器人系统及其周边设备的研制开发。图2-2 压铸件浇口去除装置2.1.2 设计文档管理系统需求分析参数化设计系统的完善需要建立一整套装置的三维和二维图纸的模型库，但是目前公司的图纸文件采用的是文件系统管理方式，即将图纸文件存放在操作系统或服务器不同的目录下。这种图纸文件的管理方式存在以下问题：（1）数据共享性差，冗余度大35当不同的项目中具有相同图纸文件，也必须建立各自的文件，而不能共享相同的数据，因此数据的冗余度大，浪费存储空间。同时由于相同的图纸的重复存储、各自管理，容易造成数据的不一致性，对图纸修改和维护存在一定的困难。（2）文件系统过于庞大复杂36随着公司承接的项目越来越多，图纸文件存储的也越来越多。使得文件系统变得过于庞大复杂，如果没有熟练的系统管理人员操作，浏览者很难查阅到所需的图纸文件。（3）文件系统管理不安全采用文件系统对图纸文件管理存在安全问题，当存放图纸文件的服务器出现故障或者其他非法攻击时，图纸文件难以备份恢复。在公司实习期间，公司的服务器出现了故障，之前设计的项目全部丢失，难以恢复。（4）无法进行权限管理不同身份的工作人员对公司图纸文件有不同操作权限，而文件系统管理不能进行权限管理。例如，有些涉密级别的图纸，普通的操作员工不可以查看，而放在服务器中的图纸没有权限的限制，任何人都可以随便登录服务器查看图纸，使得设计文档的管理混乱。为了解决以上文件系统管理带来的问题，并且可以为压铸件浇口去除装置参数化设计系统提供模型库，本文提出选用具有强大数据备份功能、数据恢复功能、权限管理功能以及事务处理功能的数据库管理系统，设计开发了一套设计文档管理系统。2.2 系统总体设计方案2.2.1 系统的开发目标本系统的主要目标是：以Visual Studio 2010开发平台，使用C+开发语言对SolidWorks进行二次开发，实现用户输入主要的设计参数后，程序能够自动计算压铸件浇口去除装置的尺寸参数并校核，最后校核后的尺寸参数传递给该装置三维实体模型和二维工程图，使对应模型的尺寸按照相应的尺寸参数修改，从而产生新的压铸件浇口去除装置三维实体模型和二维工程图。为了实现将公司的图纸文件、说明文件等设计文档的管理，并且为参数化设计系统提供模型库，在Visual Studio 2010环境下，以C#为开发工具，结合数据库技术，对图纸文件、说明文件进行产品数据管理。另外，系统除了实现以上功能目标，还必须具有友好的用户界面，符合设计习惯，并且易于操作、运行可靠稳定、响应速度快等性能要求。2.2.2 系统总体结构通过需求分析，为满足开发目标，给出如图2-3所示系统总体结构图。本系统分为两大子系统：压铸件浇口去除装置参数化设计系统和设计文档管理系统。两个子系统数据相互传递、相互关联，设计文档管理系统中存放着参数化设计系统所需要的压铸件浇口去除装置模型，当设计人员使用参数化设计系统进行参数化设计时，需要从设计文档管理系统中获取压铸件浇口去除装置模型，其中包括该装置所有零部件的三维立体图和二维工程图。参数化设计完后，新生成的图纸则会存入设计文档管理系统的所属项目中。（1）压铸件浇口去除装置参数化设计子系统该子系统实现了压铸件浇口去除装置参数化设计功能，按照功能模块划分，包括五大模块：力学分析及校核模块、结构优化设计模块、参数化设计三维实体模型图模块、参数化设计二维工程图模块、有限元分析模块。各个模块又可以细分为若干个子模块，模块之间相互关联、调用。图2-3 系统总体结构 力学分析及校核模块依照传统的设计原则，对压铸件浇口去除装置进行受力分析，并且对某些零部件的关键部位进行强度、刚度以及稳定性校核，获得该装置的设计、校核计算公式，并且将这些公式编入参数化设计系统的程序中，使得参数化设计生成的模型符合设计要求。 参数化设计三维实体模型模块用户输入主要参数，程序自动计算尺寸参数并校核后，将尺寸参数传递给压铸件浇口去除装置三维实体模型，实现模型参数的修改，并且将所有零部件三维实体模型的文件名称修改，生成一套参数不同的三维实体模型。 参数化设计二维工程图模块在SolidWorks中建立的三维实体模型可以制作成二维工程图，而且这些二维工程图与三维实体模型一一对应，并且相应尺寸参数也会随之改变。按照设计标准及要求对所有工程图进行尺寸、公差、配合、粗糙度等标注，最终生成的二维工程图中所有标注也会随着尺寸变化而变化。另外，与三维实体模型相同，二维工程图的文件名称也被修改。 有限元分析及优化模块在进行参数化设计之后，压铸件浇口去除装置模型需要选用最优设计。模型是在SolidWorks中建立的，而且SolidWorks Simulation模块简单易用，具有较强的分析功能，因此有限元分析使用SolidWorks Simulation模块，从而校核新生成的装置模型是否符合设计要求。最后还对模型进行结构优化设计，使得参数化设计模型更优。（2）设计文档管理子系统该子系统实现了对公司图纸文档及说明书按照产品数据管理的方法进行管理的功能。按照功能模块划分，包括四大模块：项目管理、模块管理、图纸管理、系统管理。每个模块都分为若干个子模块。 项目管理公司每承接一个项目，都要在设计文档管理系统中录入项目的基本信息，以便在管理系统添加该项目所包含的模块以及模块下的图纸文件和说明文档。每一个项目均包含许多模块，例如压铸件浇口去除模块、镶嵌取件机械手模块、压铸件冷却模块等。另外每个项目都有一个项目负责人，项目负责人由主管指定，项目进度需要项目负责人确认完成后，提交给主管，主管最终确认项目的验收。 模块管理多个模块组成一个项目，每一个模块包含各种图纸和模块说明书。模块的设计者由项目负责人指定，模块的完成进度由模块设计者提交给项目负责人确认。项目中所有模块均完成后，项目负责人将项目提交给主管确认。 图纸管理图纸管理分为图纸设计过程中的管理和图纸设计完成后的管理。一个模块中图纸的设计均有模块设计者完成，整个模块设计过程中，设计者可以多次保存未完成的图纸，也可以查阅某一时间设计的图纸，以便检查图纸。一个模块中的图纸设计完成后，模块设计者将最终图纸保存到管理系统中，并且提交给项目负责人确认。 系统管理系统管理实现公司员工及员工权限的管理，为实现公司图纸的权限管理，将公司员工分为四种不同的角色：主管、项目负责人、设计者和普通用户，不同身份的员工登录管理系统具有不同的操作权限。2.3 本章小结本章通过对压铸件浇口去除装置参数化设计系统及设计文档管理系统的需求分析，以及系统开发目的的描述，提出了系统的总体结构。833 压铸件浇口去除装置结构设计及参数计算根据上文需求分析以及系统的总体方案设计，对压铸件浇口去除装置进行参数化设计，首先需要对该装置进行结构分析，确定其中的关键部件，并且对这些关键部件进行受力分析以及强度、刚度、稳定性校核，本章对该装置的拉杆、液压缸、横梁等关键部件进行了分析。3.1 压铸件浇口去除装置本体结构及基本参数如图3-1所示，压铸件浇口去除装置是以三梁四柱组合式预紧力框架的液压机为主体。主体包括上横梁、活动横梁、工作台、拉杠、锁紧螺母及拉杆螺母等组成，以四根拉杆为支架，上横梁和工作台由锁紧螺母紧固于拉杆两端，活动横梁与液压缸以法兰盘的方式安装于上横梁与工作台之间。图3-1 压铸件浇口去除装置结构图主缸以法兰联接的方式固定在上横梁上，活动横梁与主缸活塞杆由锁紧螺母联接，依靠四根拉杠作导向上下运动，并将主缸产生的液体压力传给压铸件，使得安装在活动横梁T型槽上的模具可以进行切除加工。另外，工作台上安装有废料排除的翻转台，该翻转台由两个翻转缸控制。表3-1 压铸件浇口去除装置的驱动参数项目名参数单位公称压力GC_YLMN液体压力YT_YLMpa最大行程ZD_XCmm拉杆中心距（左右）ZY_ZXJmm拉杆中心距（前后）QH_ZXJmm工作台最大翻转角度ZD_FZJD度由于本设计是针对压铸件浇口去除装置采用参数化设计，因此给出该装置的主要驱动参数。压铸件浇口去除装置的主要驱动参数如表3-1所示。表中公称压力和液体压力由压铸件浇口的横截面积和材料决定，根据剪切力计算公式:（3-1）其中，F最大剪切力（N）K系数A浇口的横截面积（mm2）材料的剪切强度（Mpa）由压铸件材料确定。拉杆的左右和前后中心距由压铸件的大小决定。工作台最大翻转角度对于不同的压铸件采用相同的角度。3.2 拉杆结构设计拉杆不仅要支撑上横梁与油缸，承受工作拉力，还要对活动横梁起导向作用，所以在设计时要兼顾强度要求与耐磨性能的平衡。四根拉杆通过螺母将上、下横梁连接在一起，因此，整个机架的刚度情况主要是由立柱与上、下横梁的连接情况决定的。工作时，在载荷最大的情况下上、下横梁与立柱之间会出现缝隙，这就会造成机身产生晃动，从而会影响压铸件浇口去除装置的寿命。因此，为了防止立柱与上、下横梁产生缝隙，保证压铸件浇口去除装置寿命，要采用预紧力组合式机架。3.2.1 拉杆受力分析如图3-2所示，在工作状态下，四根拉杆主要受到拉力作用，每根拉杆所受的工作拉力：（3-2）由于拉杆上车有螺纹，因此应以螺纹部分小径截面为危险截面对拉杆的最小轴径进行计算。由于该螺栓连接受预紧力和工作压力41，于是螺栓的总拉力：（3-3）根据受拉螺栓联接的校核公式41：（3-4）所以一根拉杆的最小轴径可以由以下公式计算出。拉杆的最小轴径：（3-5）其中，P公称压力（MN）F单根拉杆所受的工作拉力（MN）F1螺纹处残余预紧力，对于工作载荷不稳定时，F1=（0.6-1.0）F（MN）F2单根拉杆螺纹受到的总拉力（MN）许用应力，查得40Cr的许用应力为134-212MPa，取173MPad1拉杆的最小直径（mm）。由上式可以确定螺纹的小径，然后圆整，获得公称直径d。图3-2 拉杆受力示意图如图3-3拉杆结构图所示，拉杆的总长度由以下公式确定：（3-6）其中，L1螺纹高度，L1=H1+H2+H3+h（mm）H1上横梁板厚或下横梁板厚（mm）H2拉杆螺母高度（mm）H3锁紧螺母高度（mm）h其他高度（mm）L2拉杆长度（mm）L拉杆总长度（mm）D=d+15mm拉杆直径（mm）d螺纹的公称直径（mm）。图3-3 拉杆结构图将以上力学分析获取的计算公式和其他尺寸公式编写入程序，程序将自动计算出拉杆的最小轴径d1，然后圆整。通过圆整的最小轴径可以获取拉杆直径D、拉杆螺纹处的公称直径d、拉杆螺母和锁紧螺母的结构尺寸（圆螺母高度、直径）。另外通过液压缸的最大行程（活动横梁的最大行程）和压铸件的放置高度确定拉杆长度L2。这样就可以确定拉杆的基本参数，在重新生成拉杆三维模型之前，要对即将生成的拉杆模型进行稳定性校核。3.2.2 拉杆稳定性校核由以上公式和尺寸确定拉杆的结构以后，应对拉杆的稳定性进行校验，首先要判断拉杆为何种柔度压杆40。首先确定材料的最大极限柔度，由公式40：（3-7）最小极限柔度，由公式40：（3-8）塑性材料用屈服极限s计算，脆性材料用屈服极限b计算。现在计算拉杆的柔度：（3-9）压杆的柔度计算后，与材料的最小极限柔度和最大极限柔度比较，若p，说明压杆为大柔度杆，按欧拉公式40计算。临界压应力：（3-10）临界压力：（3-11）工作安全系数要满足：（3-12）才安全。若sp，说明压杆为中柔度杆，按直线型经验公式40计算。临界压应力：（3-13）临界压力：（3-14）工作安全系数要满足：（3-