（机械制造及其自动化专业论文）拉深模cad系统的研究与开发.pdf

拉深模c a d 系统的研究与开发 学科：机械制造及其自动化 研究生签字： 置丞粟 特狮箨匀式 摘要 随着中国加入w t o ，各种不同体制的模具企业之间的竞争也目益加剧，模 具c a d c a m 技术作为改造传统模具生产方式的关键技术，已在世界各国广泛 应用。 借助功能强大的通用c a d 平台，二次开发本行业的专用模具c a d 系统可增 强企业的市场竞争力。在此背景下，作者开发了基于p r o e 的拉深模c a d 辅助设 计系统。主要完成了筒形件的拉深摸设计部分，包括工件信息输入、工艺分析、 工艺参数计算、模具结构设计及模具总装图生成等工作。同时建立了独立的模具 图形库，使设计人员可对其进行开发和扩充，适应模具设计的多样化和复杂化。 本文研究了p r o e 二次开发的相关内容，主要包括：p r o t o o l k i t 界面丌发 技术、p r o t o o l k i t 程序语言开发技术、用户界面与用户程序之间的接口方法； 提出了基于p r o e 创建拉深摸c a d 系统的总体设计流程，采用了模块化设计技术， 交互界面通过动态连接库( d l l ) 实现p r o t o o l k i t 与m f c 的通讯机制，在 p r o e 环境中生成m f c 对话框，方便、自然、快捷地进行人机交互。本系统聚 用在p r o e 环境下加载运行p r o t o o l k i t 应用程序的方式，实现了所研发系统 _ 亏 p r o e 系统的无缝集成，进一步验证了相关理论方法和开发系统的正确性和实用 性。 关键词：拉深模；c a d ；p r o t o o l k i t ：参数化 r e s e a r c h & d e v e l o p m e n t o f d r a w i n g m o u l dc a d s y s t e m d i s c i p l i n e ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r e & a u t o m a t i z a t i o n a b s t r a c t ；竹mt h ea c c e s s i o nt ot h ew t 0 t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nt k em o u l d e n t e r p r i s e s o fd i f f e r e n ts y s t e m si s a g g r a v a t e dd a yb yd a y , t h em o u l dc a d c a mt e c h n o l o g yi s r e g a r d e da st h ek e yt e c h n o l o g yo ft r a n s f o r r n i n gt h et r a d i t i o n a lm o d eo fp r o d u c t i o no f m o u l d ，a l r e a d yi nt h ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o no f t h ec o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l d d r a w i n gs u p p o r t f r o m p o w e r f u l c a d p l a t f o r m i nc o m m o n u s e ，t h e s p e c i a l p u r p o s em o u l dc a ds y s t e mo fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n ti nd i ei n d u s t r y , c a n s t r e n 昏h e nt h em a r k e tc o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e s u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，i ti s b a s e do np r o et od r a wd a r kc a d a u x i l i a r yt od e s i g nt h es y s t e mm o u l df o ra u t h o rt o d e v e l o p t h ea u t h o rh a sd e v e l o p e dd r a w i n gm o u l dc a ds y s t e mb a s e do np r o e ， m a i n l yd e a l w i t ht h e p a r t o fd r a w i n gd e s i g no ft u b e s h a p e p i e c e t h e s y s t e m i n c l u d e sw o r kp i e c ei n f o r m a t i o n i n p u t ，c r a f ta n a l y s i s ，c r a f tp a r a m e t e rc a l c u l a t e m o u l ds t r u c t u r a l d e s i g na n dm o u l da s s e m b l yp u r s u ew o r ko ft u r n i n gi n t oe t c t h e s y s t e mb u i l d st h em o u l d s t r u c t u r el i b r a r ya tt h es a m et i m ea n dt h ed e s i g n e ri sa b l et o d e v e l o pa n de x p a n d i tt oa d a p tt ot h ed i v e r s i f i c a t i o no fm o l d d e s i g na n dc o m p l i c a t e t h i sp a d e rh a sb e e ni n v o l v e dt h er e l e v a n tc o n t e n to f s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t b a s e do n p r o e ，m a i n l yi n c l u d i n g ：i n t e r f a c et e c h n o l o g yo f p r o t o o l k i t d e v e l o p m e n t t e c h n o l o g yo f p r o t o o l k i tp r o c e d u r e l a n g u a g ea n d i n t e r f a c em e t h o d a m o n gu s e r s i n t e r f a c ea n du s e r sp r o c e d u r e i tp r e s e n t st h eo v e r a l ld e s i g np r o c e d u r et oe s t a b l i s ht h e d r a w i n g m o n t dc a d s y s t e mb a s e d o np r v l ea n d a d o p t sm o d u l ed e s i g n i n g1 _ e c h n i q u e i tr e a l i z e st h ei m p l e m e n to f 也ei n f o r m a t i o nt r a n s f o r m a t i o nm e c h a n i s m so f p r o t o o l k i ta n dm f ci ni n t e r f a c e st h r o u g ht h ed y n a m i cl i n kl i b r a r yr d l l 、a n d m f cc o m m u n i c a t i o nf r a r n ep r o d u c e d b y t h i sm e a n su n d e rp m ee n v i r o n m e n t c a r r i e s o n h u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o nc o n v e n i e n t l y ，n a t u r n l s w i f t l y t h ed r a w i n gm o u l d c a d s y s t e ma d o p t s t h ew a y1 0l o a dp r o t o o l k i ta p p l i c a t i o np r o g r a mu n d e rt h e e n v i r o m e n to f p r o e ，r e a l i z e st h ei n t e g r a t eo f t h ed e v e l o p e ds y s t e ma n dp m es y s t e m a n dh a sv e r i f i e de x a c t n e s sa n d p r a c t i c a b i l i t yo f t h er e l e v a n tt h e o r ym e t h o d a n d d e v e l o p e ds y s t e m f l i r t h e r k e yw o r d s ：d r a w i n gm o u l d ；c a d ；p r o t o o l k i t ；p a r a m e t r i c 加 圩觐 扣 ，孤艮 讪 瞅 量| 鼬 叽 戤 池 耋 毗 m 咿 船 ； 1 1 c a d 技术综述 1 绪论 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 是以计算机为主要 手段来辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化、输出信息的 全过程的综合性高新技术。它产生于上世纪5 0 年代后期发达国家的航空和军 事工业中，随着计算机软、硬件技术和其它科学技术的进步与发展，c a d 技术 日趋完善，它的应用范围也不断扩大。今天的c a d 技术已广泛应用于数值计 算、工程绘图、工程信息管理、生产控制等设计生产的全过程中。c a d 技术作 为计算机科学与工程科学结合的产物，可以促进科研开发和成果转化，实现设 计自动化，加快国民经济发展和国防现代化；可以提高产品设计水平，缩短新 产品开发周期，提高劳动生产率，降低消耗；可以使企业加强自主研究与开发 创新能力，提高管理水平，参与国际台作与竞争。因此c a d c a m 技术的发 展与应用水平已成为衡量一个国家科学技术现代化和工业现代化的重要标志 之一，在一定程度上能反映出一个国家的综合实力。 c a d 技术的发展与计算机技术的发展是紧密相连的，到目前为止主要经历 了五个发展时期： 1 ) 2 0 世纪5 0 年代美国麻省理工学院( m i t ) 于1 9 5 0 年在其研制的“旋 风”计算机上采用了阴极射线管( c r t ) 为图形终端，随后出现了光笔，由此 开始了交互式计算机图形学( c o m p u t e rg r a p h i c s ) 的研究。 2 ) 2 0 世纪6 0 年代1 9 6 2 年，美国麻省理工学院的i , e s a t h e r l a n d 在其博 士论文中提出了s k e t c h p a d 系统，为发展c a d 技术提供了理论基础。这一 时期，c a d 技术主要处于实验室研究阶段。 3 ) 2 0 世纪7 0 年代计算机交互技术逐渐成熟，计算机图形学发展迅速， 三维线框模型、曲面模型和实体模型相继出现，同时计算机硬件的性能不断提 高以及图形输入输出等外围设备的出现，c a d 技术在工业界逐步得到运用。 4 ) 2 0 世纪8 0 年代c a d 技术在工业生产中产生了巨大的促进作用，同 时，工业界也对c a d 技术提出了更高的要求。3 2 位工作站主导了c a d 硬件 市场，这一时期的主要特点是：c a d 技术的硬件供应与软件开发分离，几何造 型尤其是实体造型技术成为c a d 软件系统的核心功能模块。c a d c a e c a m 集成，具有统一的数据结构和工程数据库，不仅运用于绘制工程图样，而且能 进行三维造型、自由曲面设计、有限元分析、机构及机器人分析与仿真等各种 工程运用。 5 ) 2 0 世纪9 0 年代至今进入9 0 年代后，微型计算机迅速发展，出现了 微机c a d 软件，它包含两类：微机上原创的c a d 软件和从u n i x 工作站移植 过来的c a d 软件。后者从软件内核、体系结构直到操作界面思想都来自于u n i x 操作系统，或者直接运行在微机平台上的u n i xc i i e n t 环境，而微机上原创的 c a d 软件都采用w i n d o w s 平台，广泛运用面向对象的编程技术，并大量引入 近年来出现的新的c a d 概念及方法，具备了过去微机c a d 难以达到的高性能 ”j 。同时，由于与w i n d o w s 和i n t e r a c t 环境紧密结合，可以充分利用i n t e r n e t 的潜力和巨大资源，利用i n t e m e t 进行数据交流甚至网上协同设计，实现了产 品数据和信息的共享。 c a d 技术是2 0 世纪8 0 年代最杰出的工程技术之一，被称为工业起飞的引 擎。它推动了几乎一切领域的技术革命。它从根本上改变了过去的手工绘图、 计算、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。现代c a d 技术是企业设计、 制造最基本的工具和方式，面向着集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、 标准化方向发展，已成为支持协同设计、异地设计、信息共享的网络c a d 。 当今的c a d 技术已由二维设计技术向三维设计技术逐步发展成为2 蛙 纪占主导地位的新生产模式c i m s 的关键技术。最近三年以来，以三维c a d 技术的突飞猛进为基础，按照最终形成一套完善的企业信息集成系统的思路， 在计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助制造( c a m ) 、计算机辅助工艺过程 ( c a p p ) 、计算机辅助分析( c a e ) 以及电子图档管理系统的各个方面均取得 了一系列的技术突破和技术更新，使挥现在的c a d c a m c a p p c a e 软件不断 地朝着实用化、高效化、集成化方向发展。以p r o e 、m d t 、s o l i d w o r k s 、s o l i d e d g e 等为代表的大批基于w i n d o w s 系统平台的三维c a d 软件已经快速占据了三 维c a d 软件的大部分市场，在一些先进国家已形成从研究开发、生产制造、 推广应用到销售服务的完整高科技产业。 c a d 技术在机械行业应用的最早也最为广泛。近年来，传统的机械设计和 制造正逐渐实现直接在三维全真的环境下进行产品的构思、设计、制图，利用 与三维软件相配套的有限元分析系统、机构运动仿真、数控加工程序，i 可实现 设计数据直接传输到加工过程，无需再从二维向三维转换。在三维c a d 设计 环境下，计算机可根据零部件和装配体的实体模型，以设计数据库为基础，目 动生成二维工程图，同时还可以进行物性计算、工程分析、有限元分析、工艺 过程制定等。三维c a d 设计能够全面反映设计对象，同时节省大量作图时阳j ， 缩短设计周期，使企业加快产品开发速度，更能适应市场需求。充分利用现j 三维c a d 技术及创新手段改变传统的工程设计模式，以提高设计效率和设计 质量，构筑r & d 竞争优势，是提升企业技术水平的必然趋势。 总之，应用c a d 技术进行产品开发，可以充分发挥人与计算机的综合效能， 相辅相成，使设计和生产快速而高效，同时也提高了产品的市场竞争能力。众 多的生产实践已经证明，应用c a d 技术能为企业带来显著的经济效益与社会 效益 3 】。 1 。2 模具c a d c a m 技术发展和应用概况 模具工业是固民经济的基础工业之一，模具是工业生产中普遍采用的工艺 装备，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重 要标志。在轻工业中有近9 0 的产品以及在汽车、飞机、农机和无线电行业中 6 0 以上的零件是靠模具生产的；日、美等工业发达国家的模具工业产值已超 过机床工业，从1 9 9 7 年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。据 国际生产技术协会的预测【4 】，2 1 世纪机械制造工业零件粗加工的7 5 ，精加工 的5 0 都需要通过模具来完成；5 0 以上的金属板材和8 0 以上塑料将由模具 转化为制品。由此可见模具工业发展的迫切性和模具工业在世界各国国民经济 发展中占据了极其重要的地位。 随着经济的高速发展，模具行业内部竞争激烈，c a d c a m 技术作为一项 重要的技术手段，正广泛应用于模具行业中。模具c a d c a m 技术作为改造传 统模具生产方式的关键技术，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、成形工艺、数控 加工及成本等进行设计和优化。模具c a d c a m c a e 技术贯穿于设4 1 。到制造 的全过程之中，这使得模具设计的质量和制造精度都上了新的台阶，发展成为 一门高技术含量的制造技术。模具c a d c a m 技术是模具生产革命化的措施， 是模具技术发展的一个显著特点。并且模具c a d c a m 技术能显著缩短模具设 计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，这已成为人们的共识。 近几年来c a d c a m 开发商投入了很大的人力和物力，将通用c a d c a m 系统改造为模具行业专用的c a d c a m 系统，针对各类模具的特点，推出了宜 人化、集成化和智能化的专用系统，受到了广大模具工作者的好评。 1 2 1 国内外模具c a d c a m 技术的研究现状 a 国外模具c a d c a m 应用概况随着工业技术的发展，产品对模具的 需求愈来愈多。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和 提高质量的要求。因此，国外先进的工业国家对模具c a d c a m 技术的丌发非 常重视。早在2 0 世纪6 0 代的初期，国外些飞机和汽车制造公司就丌始了 c a d c a m 的研究工作，并投入了大量的人力和物力。各大公司都先后建立了 自己的c a d c a m 系统，并将其应用于模具的设计与制造中，也取得了一定的 经济效益。目前，应用c a d c a m 技术较普遍的为美、日、德等国。例如，6 0 年代初，美国就开发出c a d 一1 系统，用于汽车车身设计和各类模具的设计， 1 9 7 3 年又研制成功了计算机辅助级进模设计系统p d d c ，可以完成冷冲模设讨 的全过程，包括从输入产品和技术条件开始，设计出最佳样图，确定操作顺序、 步距、空位、总工位数，绘制带料排样图，输出模具装配图和零件图等，比传 统设计提高功效8 倍以上。进入8 0 年代中期，具有一定集成化程度的模具c a d 系统开始投入生产，如日本的g i h a r a 公司的模具c a d 系统、丰田公司的覆 盖件模具c a d 系统以及德国的k i w i 多工位级进模c a d 系统。随后，工业发 达国家随着人工智能技术的研究与应用，大力开展模具c a d 系统的智能化研 究。9 0 年代致力于c a d 技术的普及与应用，同时模具c a d 系统朝着f m s 、 c i m 和f a ( 工厂自动化) 发展。 工业国家较大的模具生产厂家在c a d c a m 上都进行了较大的投资，正 大力开发这一技术。如法国f o s 模具公司已购买了大型c a d c a m 系统；日 本黑田精工株式会社已大力投资丌发c a d c a m 系统；瑞士法园图尔公司采用 大型c a d c a m 系统设计加工模具已占3 0 ；法国雷诺汽车公司应用e u c l i d 软件作为c a d c a m 的主导软件，目前已有9 5 的设计工作量用该软件完成， 并开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的m e g a v i s i o n ，用于 钣金成形分析的o p t r i s 等；德国各大汽车公司普遍采用c a t i a 作为其 c a d c a m 系统的主导软件。1 9 9 4 年，德国大众集团决定用c a t i a 和 p r o e n g i n e e r 作为其将来开发新车型的主导c a d 系统。 在发达国家，模具c a m 应用较广，数控机床加工模具已占2 0 3 0 ，此 外。加工中心( m c ) 、柔性制造系统( f m s ) 己开始用于模具制造。c a m 比 c a d 应用更为广泛1 5 】。 b 国内模具c a d c a m 应用概况 由于我国计算机技术发展较晚，国内 模具c a d c a m 技术研究起步相对较晚。我国模具c a d c a m 的研究与开发始 于2 0 世纪7 0 年代末，发展也很迅速。7 0 年代末开始了简单冲裁模c a d c a m 系统的研究工作。经过十几年的努力，模具c a d 技术的研究与丌发已取得很 大进展，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、冲裁模、级进模、辊锻模、 锤锻模和注塑模等c a d c a m 系统】。 目前我国已有许多企业采用模具c a d 技术，使模具精度和生产率大为提高， 取得了一定的经济效益和社会效益。国内开展模具c a d 技术主要体现在下述 几个方面： ( 1 ) 以从美国a u t o d e s k 公司引进的a u t o c a d 为代表的一批绘图软件正在 模具行业中逐渐普及，计算机绘图正在逐步取代手工绘图。模具设计人员已经 认识到计算机绘图的一系列优点。 ( 2 ) 国内的一批大、中型企业( 以汽车和家电行业为主) ，陆续从国外引 进了相当数量的c a d 系统，并配置了一些设计、分析与制造模具的专用软件， 初步实现了c a d c a m 技术集成，取得了明显的经济效益。如科龙模具有限公 司充分利用当今国际上最新科研成果，建立了以数字库为中心的c a d c a m 一 体化的模具制造工程系统，1 9 9 5 年建成时产值为1 2 0 0 万元，到1 9 9 8 年时增至 5 1 0 0 万元。 ( 3 ) 国内一些拥有自主版权的软件。例如，西安交通大学开发出家电零 件冲裁弯曲级进模c a d c a m 系统j j m o l d ；浙江大学开发出适用二维冲裁件 的智能化级进模c a d c a m 系统：上海交大国家模具c a d 工程研究中心开发 的冷冲模c a d 系统、武汉华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的塑料 注射模c a d c a e c a m 系统h s c 2 ，0 和北京航空航天大学华正模具研究所丌发 的c a d c a m 系统c a x a 等，这些软件已在一些模具企业中推广和使用，解 决了生产中的一些问题，并在使用中逐步完善。 ( 4 ) 我国在近1 0 年的模具c a d 技术发展中，逐步形成了一些应用得较好 的企业，捌有了一批专业队伍，造就了一批开发和应用模具c a d 的人才。 但是，由于多方面的原因，现在仍有许多企业还停留在手工设计模具的阶 段，尽管有些单位已经甩掉了图板，实现了无图纸设计，其模具c a d 工作的 相当部分也只是用计算机画图( c o m p u t e r a i d e dd r a f t ) 和进1 7 - - 维设计，只有 极卜别企业的汽车模具设计和制造能力接近国际先进水平。为迅速改变我国模 具生产的落后面貌，今后还需继续加速模具c a d c a m 的研究丌发和推广应用 工作。 1 2 2 模具c a d ，c a m 技术研究中存在的问题和发展方向 我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达 工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。在采用c a d c a m c a p p 等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很 大的差距。具体表现归纳为以下几点： 1 ) 模具c a d 的研究和开发起步晚，基础差，发展慢，主要是进行二维殴 计，而且多还停留在以计算机绘图代替手工绘图的水平上。 2 ) 模具种类繁多，结构复杂，模具设计经验性强，使得模具c a d 系统的 设计和实现比较复杂和困难，开发一个适应于所有行业的所有类型模具的“全 能”c a d 系统又不可能，且也不现实。因而，通常人们都是针对某类特定的冲 压件及专用模具进行c a d 系统的开发，但这样的模具c a d 系统使用面窄，满 足不了各种模具设计与制造的需要。 3 ) 多数模具c a d 系统缺乏二次开发机制，其开放性、可扩展性较差。 4 ) 现有的模具企业中，既懂专业又熟悉c a d 应用软件开发的两栖模具技 术人员十分缺乏，因而，模具企业的c a d 应用软件自我开发能力低。 5 ) 先进的技术的应用要有先进的管理体制相配套，但国内的生产管理体 制比较陈旧，常常制约了c a d c a m 技术的发展和应用。 综上所述，过去的模具c a d 技术的开发模式、速度和能力、模具c a d 系 统的质量等方面仍难以满足模具工业技术改造与发展的需求，从而产生了模具 技术改造与模具c a d 软件技术发展在步伐上的不协调这个瓶颈问题峭“。 模具c a d c a m 技术在传统的应用基础上还要不断的适应新的环境和新 的挑战，寻求新的发展。模具c a d 技术发展主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 造型更容易( 2 ) 系统集成化( 3 ) 更具智能化( 4 ) 分析最优化( 5 ) 殴 备新型化( 6 ) 结构网络化。 1 3 课题背景 2 1 世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化、网络化， 追求的目标是提高产品生产质量及生产效率，缩短设计周期及制造周期，降低 生产成本、最大限度的提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。随着中国 加入w t o 及开放程度的进一步提高，各种不同体制的模具企业之间的竞争也 日益加剧，而作为模具企业生存和发展的根本模具产品，其_ 刀发速度的快慢 及质量的好坏，则是决定该企业是否能在激烈的市场竞争中获胜的关键。 纵观模具行业中经济能力较好、竞争力较强的企业都已建立起本企业较大 规模的c a d c a m 系统，因而对于仍在使用传统设计和制造手段的企业来说， 构建自己企业特点的c a d c a m 相当迫切。 然而，不同企业之间由于规模不同，经济基础各异，在构建c a d c a m 系 统时应根据本企业的需要和实力构建适合本企业的c a d c a m 系统，以最大限 度发挥c a d c a m 系统的优越性。 在我国，虽然模具c a d c a m 软件在大多数企业已被普遍使用，而且实践 也证明它们能提高设计人员的工作效率，减少重复绘图等繁琐的劳动。但没有 进行用户化、本地化的二次开发，就没有真正意义上的c a d c a m 技术的有效 应用，所以面向c a d c a m 软件的二次开发已经是模具行业所面临的熏大课 题。 课题的名称为“拉深模c a d 系统的研究与开发”，此课题是在了解分析 了我国中小型企业在模具生产中普遍存在着设计周期长，效率低，质量难以保 证等问题，结合中小型企业的模具设计和制造现状，经过搜集整理资料和调研 后拟定。 1 。4 本文主要研究工作 本课题主要研究了p r o n e 二次开发的相关内容，包括：p r o t o o l k i t 程序语言 开发技术，p r o t o o l k i t 界面设计技术，用户界面和程序之削的接口方法等。 同时根据冲压生产中拉深模具设计过程的特点，按照拉深模具的加工特性 对模具零件进行特征划分，建立模具典型结构件图库和典型零件图库( f a m i l y 库) ，利用参数化技术和图形库技术，完成拉深过程中工件信息输入、工艺分 析、工艺参数计算、模具结构设计及模具总装图生成，实现了拉深模c a d 设 计系统。 2 系统的总体结构及开发环境 2 1 模具c a d 系统的组成 一个完整的模具c a d 系统应具有几何构型、分析、计算、绘图、数据管 理等功能。为实现这些功能应配置相应的硬件与软件i “】。 2 1 1模其c a d 系统的硬件组成 硬件是组成模具c a d 系统的物质设备，包括主机、外部存储器、图形显 示终端、输入输出等设备，是模具c a d 系统的基本支持环境。图2 1 所示为模 具c a d 系统的硬件组成。 图2 1 模具c a d 系统的硬件组成 2 1 2 模具c a d 系统的软件组成 在建立一个模具c a d 系统时除选择合适的硬件外，还应配置相应的软件。 软件是使用计算机的技术和方法，是程序和指令的集合。软件的水平决定了该 系统性能的优劣、功能的强弱以及使用是否方便。组成模具c a d 系统的软件 可分为三类，即系统软件、支撑软件与应用软件。 系统软件包括操作系统、语言加工系统、诊断修复系统和日常事务管理系 统以及数据库管理系统。 支撑软件是应用软件的基础，是模具c a d 系统中的重要组成部分。目前 国内外商业上的通用c a d 系统软件可作为模具c a d 的支撑软件，支撑软件的 9 水平关系到应用软件开发的速度与质量。 应用软件是针对模具设计内容开发的软件，包括产品图构型、毛坯展丌与 排样、工艺分析与设计、模具结构设计、模具图绘制、线切割自动编程、数据 库等方面。 2 2 系统设计 2 2 1c a d 系统开发思想与方法 c a d c a m 系统的开发主要可分为三种方式：( 1 ) 完全自主版权的开发： ( 2 ) 基于c a d c a m 软件平台的开发；( 3 ) 基于某个通用c a d 系统的二次 开发，如基于a u t o c a d 软件的二次开发。 第一种开发方法一切从底层做起，可将几何数据和) r o t 数据有机地结合成 一个整体，便于后续环节使用这些数据，而且避免了利用商品化软件作为图形 支撑时，给c a d c a m 集成系统开发带来的一些限制。缺点是开发周期长、开 发费用高、使用范围窄、c a d 系统的图形功能及其它分析功能往往不如商品化 软件好等，适合于大型c a d 系统的开发；第二种开发方法可以更深入核心层， 具有开发周期短、见效快、系统稳定性好和功能强等特点，当然平台的价格也 很昂贵，适合于大中型c a d 系统的开发；第三种开发方法开发周期最短，开 发成本最低，且灵活多变，适合中小型c a d 系统的开发。其开发方法如图2 2 所示。 二二二习卜1 i1 + j 专业对象约束集 ；，八 、 图2 2基于通用c a d 系统二次开发方法示意图 2 2 2 系统的总体结构和功能 整个拉深模系统采用模块化设计，系统主要由工艺分析、工艺设计、 模具设计和绘制图形四大功能模块组成。见下图。 拉深模c a d 系统 工艺分析工艺设计模具设计绘制图形 1i r l 一一 t 零件图毛坯计算凸凹模典型结构库参数化装配体 输入 1设计图形库 ttt 工艺参数计算模具结构通用件标准件 和确定选型 图2 3 拉深模c a d 系统功能模块组成 整个系统采用w i n d o w s 风格窗口界面，界面友好，具有优良的可扩充 性和容错性，能进行筒形零件拉深工艺及模具结构的计算机辅助设计。功能简 单如下： a 实现产品零件图形输入； b 对产品零件进行拉深工艺性分析，交互式确定拉深工艺方案； c 完成拉深工艺计算及模具设计计算； d 基于国家标准，交互式设计模具结构，绘制模具装配图和非标零件图。 2 3 模具c a d 系统的开发方法及途径简介 2 3 1参数化c a d 应用软件开发方法 模具企业设计制造的产品标准化、系列化和通用化程度比较高。因此，进 行这些模具零件设计所采用的数学模型及模具的结构都是固定不变的，所不同 的只是模具的结构尺寸有所差异，而结构尺寸的差异是由于相同数目及类型的 已知条件在不同规格的模具设计中取不同值而造成的。对于这类模具，我们可 以将己知条件和基本参数，由计算机自动查询图形数据库，或由相应的软件计 算出绘图所需的全部数据，由专门的绘图生成软件在屏幕上自动的显示出图形 来。其工作原理如图所示。 图2 4 参数化c a d 工作原理 参数化c a d 软件是最简单的c a d 应用软件，有效率高、可靠性高的优点 但其专用性强，只适用于特定的设计对象。 2 3 2 成组c a d 应用软件开发方法 许多模具零部件结构尽管不一样，但比较相似，可以根扼零件结构和l 岂 性的相似性，利用成组技术将模具零件划分成有限数目的零件族。根据同一零 件族中各零件的结构特点编制相应的成组c a d 应用软件，用于该族所有零件 设计，即所谓的“成组c a d ”应用软件。 开发零件族通用c a d 应用软件的常用方法是“复合零件法”。通过对零件 族内所有零件的分析统计，归纳出一个所谓的“复合零件”。该零件将零件族 内所有零件的功能要素集于一身，并对每个功能要素的参数进行标准化处理， 建立相应的数据库。有这样的“复合零件”开发出的通用c a d 应用软件，就 可以满足零件族内所有零件的设计。 成组c a d 应用软件可以方便的完成相似结构零件的设计，其适用面比参 数化c a d 应用软件要宽，但由于其结构比较复杂，开发难度要大一些。 2 3 3 交互式c a d 应甩软件开发方法 当无法应用成组技术进行模具零件分类，也无法建立起标准化、通用化图 库时，就要采用交互式c a d 应用软件进行设计，即设计人员利用交互图形显 示系统的功能，在屏幕上以人机交互的方式进雩亍设计。 开发交互式c a d 应用软件通常包括数据库、图形库和程序库的开发。 a 图形库：图形库利用图形支撑软件提供的一些基本功能，将交互设计中 遇到的一些标准件的基本图形和一些常用的标准图素等，以及企业白行制定的 一些标准零部件，采用参数化绘图的方法编织成参数化图形库。在设计中，可 将标准零部件或图素从图库中调出，提高设计速度。 b 程序库：程序库中存放计算分析的应用程序，可在设计过程中随时调用。 c 数据库：数据库存放设计资料以及设计中的一些中削数据。 2 4 开发平台与开发工具的选择 目前，可用来开发c a d 系统的环境与工具主要有如下几种： a 利用第三代的高级语言及其编译环境进行开发； b 利用c a d 支撑平台及其提供的专门开发语言进行开发； c 利用第三代的高级语言和所选定c a d 支撑平台及其提供的丌发语言进 行开发，即所谓的混合开发环境与工具： d 构造面向开发c a d 系统需要的开发环境。 无论采用何种开发环境与工具，均要求环境与工具应有可组件化、可用户 化、可集成化与可互操作性的现代开放体系结构。 2 4 1 三维造型环境的选择 p r o e n g i n e e r 是美国参数技术公司( p t c ) 多项技术的集成产品，该软件以尺 寸驱动、特征建模、单全关联的数据库等优点深受用户好评，广泛应用于机 械、电子、汽车、轻工等领域，是国外c a d c a m 软件在国内拥有用户最多的 软件，曾引发机械设计自动化领域的革命性变化，是目前最优秀的机械设计自 动化软件之一。同时，p r o e 还具有良好的数据接口，它可以将图纸输出为多 种格式，可方便地和a u t o c a d 、s o l i d s w o r k 等进行数据交换。 p r o e n g i n e e r ( p r o e ) 是用来产生精密三维计算机模型的程序，使用的是 实体造型技术。它主要的模型工作原理为： ( 1 ) 以加工特性组合，来构成一个实体模型； ( 2 ) 将个别的零件组合成机构； ( 3 ) 提供参数关系控制，以确保设计特性不致偏离。 p r o e 系统用户界面简洁，概念清晰，菜单以直观的方式联级出现，提供 了逻辑选项和预先选取的最普通选项，符合工程人员的设计思想与习惯。整个 系统建立在统一的数据库上，具有完整而一致的模型。同时还提供了在线帮助， 这种形式使得容易学习和使用。 p r o e 能运行在以奔腾i 、i i 、i 为硬件平台的p c 上。支持的操作系统有： m i c m s o f t w i n d o w s 9 5 9 8 2 0 0 0 n t 4 0 和u n i x 。最小内存要求6 4 m b ；可用硬盘 空间4 0 0 m b ；交换内存空间2 8 m b ：支持1 0 2 4 x 7 6 8 分辨率和2 5 6 色的1 7 英寸 显示器：网络方面则要求微软的t c p i p 协议和网卡。 2 4 2 编程环境的选择 程序设计语言是开发应用软件的基本工具，程序设计语言繁多，但总的可 以分为三类：机器语言：汇编语言；高级语言。目前，c a d 系统中应用 较多的是高级语言，如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 等。 v i s u a lc + + 是新一代面向对象的、可视化的程序设计工具。利用、，c + + 来编 制p r o e 应用程序分为两个步骤：一是可视化设计阶段；二是代码编写阶段。 在可视化设计阶段，需使用v c + + 工具箱定制所需的用户界面，而在代码编写 阶段，需通过调用消息函数和事件函数实现所需的功能【i “。 2 4 3 p r o e 的二次开发工具概述 p r o e 为用户提供了多种开发工具，目前较常用的有：零件族( f a m i l y t a b l e ) 、用户定义特征( u d f ) 、p r o p r o g r a m 、j l i n k 、p r o t o o l k i t 和基于a u t o m a t i o n g a t e w a y 的二次开发方法。下面对这几种方法进行简单介绍。 a 零件族( f a m i l yt a b l e )f a m i l yt a b l e ( 零件族) r t g 称为族表、零件簇， 是p r o e 提供的能存储、管理、生成模型的表驱动工具。它为标准件的建立和 管理提供了有效的工具。 零件族是本质相似零件的集合，零件族可以集合共同变化的尺寸，以表 ( t a b l e ) 编辑的方式生成零件，不需要一一创建每一个零件，所以常以此方式建 立标准零件库。通过建立通用零件为父零件，把它作为族表的类属件 ( g e n e r i c p a r t ) ，然后以编辑族表的方式，对各项目( 尺寸、特征、参数等) 加 以控制生成派生零件。整个族表使用m i c r o s o f l e x c e l 电子表格来管理，可以很 方便地修改参数，也称为表格驱动。 在p r o e 中使用族表有以下几点好处： 1 ) 简洁紧凑地创建并储存大规模数量的表零件； 2 ) 从零件文件中生成各种零件，无需重新构造； 3 ) 不需要使用关系式( r e l a t i o n ) ，而通过填表即可完成零件的尺寸变化； 4 ) 可以产生零件的列表，包括零件目录、特征参数、用户定义参数和其他 信息等。 b 用户自定义特征( u s e r d e f i n e f e a t u r e ，u d f )用户自定义特征是集合 数个特征使其成为一个群组( g r o u p ) 特征，并给予名称，完整定义该群组特征的 放置参考、可变尺寸及可变尺寸的符号( s y m b 0 1 ) 等，形成为特别情况而生的独 特特征，使用时作为一个整体出现，并且系统会将这些信息以一个后缀为g h f 的文件保存在u d f 库( u d f l i b ) 中，随时调用来生成所需的衍生件。 c p r o p r o g r a mp r o p r o g r a m 是p r o e 提供的一个可程序化工具，有简单 的使用语法，对于每一个模型，它会将模型树( m o d e l t r e e ) q n 的每个特征的详细 信息记录下来，在p r o e 中，使用p r o g r a m 设计零件或装配件时，大部分程序 是由p r o e 系统产生，用户只需对程序进行部分编辑即可。通过运行该程序， 系统可以以人机交互的方式控制系统参数、特征显示及特征的可变尺寸等。用 户还可以通过p r o g r a m 菜单下的i n s t a n t i a t e ( 实例) 菜单，把在p r o p r o g r a m 中所 设置的变量及零件，直接转换为零件族表中的零件与参数。 d j - l i n kj a v a 是一种面向对象的、多线程的与平台无关的编程语言，从 c + + 发展而来，语法比c + + 简单，p t c 公司提供的基于j a v a 的开发接口程 序j - l i n k ，同样具有这样特性。j l i i l k 提供了丰富的库函数，可以实现p r o e 菜单的大部分功能。 e p r o t o o l k i t p r o t o o l k i t 是p r o e 提供的功能强大的二次开发工具，借助 第三方的编译集成环境进行调试。它以c 语言为依托 1 。“j ，使用面向对象的风 格，封装了许多针对p r o e 底层资源调用的库函数与头文件，能够使外部应用 程序安全有效地访问p r o f e 的数据库和应用程序，在应用程序和p r o e 之间吼 函数调用的