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基于p r o e n g i n e e r 塑料注射模具的c a d 摘要 近年来，模具c a d 技术发展迅速，p r o e n g i n e e r ( 以下简称p r o e ) 作 为全球最完善的模具设计软件之一，广泛应用在我国模具行业中。本文在深 入研究注射模c a d 软件技术理论的基础上，对p r o e 塑料注射模具系统设 计、二次开发及一些相关问题进行了较为全面的研究，主要工作如下： 1 深入研究了p r o e 在塑料注射模具中的应用，比较分析了传统注射模 具设计与c a d c a m 系统在模具设计中的不同特点，总结了基于p r o e 的注 射模具总装配设计流程，并按照该流程对管接头模具进行了详细设计。 2 对p r o t o o l k i t 的同步、异步两种工作模式进行了详细的分析研究，以 动态链接库( d l l ) 方式实现了p r o e 、p r o t o o l k i t 及m f c 之间的通信。在 此基础上，深入研究了利用m f c 可视化技术开发p r o t o o l k i t 应用程序的方 法特点，并利用这种技术完成了流道和模具标准件库的用户界面系统开发。 3 应用流变学基本理论对浇注系统的流变参量选择进行了详细研究，建 立了用于截面尺寸计算的流道c a d 软件，该软件利用p r o t o o l k i t 函数库的 函数直接访问并获得塑件模型的质量属性，结合注射机的公称注射量与注射 时问的关系及户一g r 。关系曲线图，计算并输出流道的实际截面尺寸。所 开发的软件具有较为完善的功能，良好的实用性，为流道截面尺寸的合理设 计提供了依据。利用p r o e 的u d f 模块建立了常见的流道特征库，该特征 库与流道c a d 软件相结合，使用户通过人机交互方式，完成浇注系统可靠、 快捷的设计。 4 对塑料模具标准系列零件进行了概述和分析，并利用p r o e 的族表功 能建立了塑料模具中小型模架库和各类标准零件库，该零件库中每一种零件 均有一个三维模型及附加在该模型上的族表信息组成，以表格来实现模型尺 寸驱动的功能，具有资源小，扩充性好的特点。用v c 及p r o t o o l i t 开发了 模具标准件调用界面，实现了与p r o e 系统的无缝集成。用户利用该界面， 可实现对模具标准库中的标准零件进行选择、检索、加载、装配等功能，提 高了标准系列零件的设计效率。 关键词：注射模c a d ，p r o e ，p r o t o o l k i t ，二次开发 o nt h ei n j e c t i o nm o u l dc a d b a s e do np r o e n g 姗e r a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，m o u l dc a d t e c h n o l o g yw a sd e v e l o p e dq u i c k l y a st h em o s t p e r f e c ts o t t w a r ei nm o u l dd e s i g nf i e l d ，p r o e n g i n e e rh a sb e e nu s e dw i d e l yi n m o u l di n d u s t r y o nt h eb a s i so ft h o r o u g hr e s e a r c ho ft h et h e o r ya b o u ti n j e c t i o n m o u l dc a d s o f t w a r e t e c h n o l o g y , t h em j e c t i o n m o u l d d e s i g n ， f u r t h e r - d e v e l o p m e n t a n ds o m er e l a t e d p r o b l e m s o fp r o ea r es t u d i e d s y s t e m a t i c a l l yi nt h i sd i s s e r t a t i o n t h em a i n w o r ki sa sf o l l o w s ： 1 t h ea p p l i c a t i o nt op l a s t i ci n j e c f i o nm o u l do f p r o ei st h o r o u g h l ys t u d i e d t h e nd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et r a d i t i o nm e t h o da n dc k d | c 黼ls y s t e ma r ea l s o e x h i b i t e d f i n a l l yas u m m a r yi sg i v e no ft h ed e s i g np r o c e s so fi n j e c t i o nm o u l d d e s i g n i n gb yp r o ea n da s e to f p i p em o u l di s f i n i s h e ds u l ；s e q u e n t l y 2 t h ed e t a i l e ds t u d i e so nt h o s et w ow o r km o d e so fs y n c h r o n o u sa n d a s y n c h r o n o u sa r ec a r r i e do u t ，a n dt h ec o m m u n i c a t i o na m o n gp r o e ，p r o t o o l k i t a n dm f ci sr e a l i z e db yd l lm o d e b a s e do nt h er e s e a r c h ，t h ed e v e l o pm e t h o do f p r o t o o l k i t a p p l i c a t i o np r o g r a m w i t l lm f c sv i s u a l i z e d t e c h n o l o g y i s t h o r o u g h l ys t u d i e d ，诵mi t ，t h eu s e ri n t e r f a c eo f ar u n n e ra n dam o u l ds t a n d a r d p a r t sl i b r a r ya l ed e v e l o p e df i n a l l y 3 b a s e do nt h eb a s i c r h e o l o g i c a lt h e o r y , t h es e l e c t i o n o fr h e o l o g i c a l p a r a m e t e r si sp a r t i c u l a rs t u d i e d ar u n n e rc a d s o f t w a r ew h i c hc a nc o m p u t e rt h e d i m e n s i o n so fs e c t i o ni sd e v e l o p e d t h es o f t w a r ev i s i t sa n dg e t st h em o d e l s m a s sp r o p e r t yd i r e c t l yw i t hal i b r a r yf u n c t i o no fp r o t o o l k i t t o g e t h e rw i mt h e r e l a t i o nb e t w e e nn o m i n a ls h o tc a p a c i t ya n di n j e c t i o nt i m e ，a n dt h er e l a t i o nc h a r t o f 户一q r n ，c a l c u l a t e sa n do u t p u t st h er e a ls e c t i o nd i m e n s i o no f r u n n e r t h e s y s t e mh a sg e n e r a l i t ya n da d a p t a b i l i t y , a n dc a np r o v i d eh e l pt ot h er u n n e r d e s i g n i n g au s e rd e f i n e df e a t u r el i b r a r y ( u d f l ) o fr u n n e ri sf o u n d e db yp r o e u n i t e dt h er u n n e rc a d s o r w a r e ，i tc a nr e l i a b l ya n dq u i c k l yc o m p l e t et h ed e s i g n o f r u n n e rs y s t e mw i t i lh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o nm o d e 4 b a s e do nt h ei n t e g r a t e ds u m m a r ya n da n a l y s i s ，t h em i d d l e s m a l ls c a l e n 一 ： _ p l a s t i cm o l db a s el i b r a r ya n ds o m ek i n d so fs t a n d a r dp a r t sl i b r a r ya r ee s t a b l i s h e d b yt h ef a m i l yt a b l ef u n c t i o no fp m e t h ef e a t u r e6 ft h el i b r a r yl i e si nt h ef a c t t h a te v e r yk i n do ft h es t a n d a r dp a r ti sc o m b i n e db ya3 - dm o d e la n dt h e i n f o r m a t i o na p p e n d e do n t h ed i m e n s i o nd r i v ef u n c t i o ni sr e a l i z e db yt h ef a m i l y t a b l e ，s oi th a sa p e r f e c te x t e n d e da b i l i t y f u r t h e r m o r e ，au s e ri n t e r f a c ew h i c hc a n b ei n t e g r a t e dt ot h ep r o es y s t e mi s d e v e l o p e dt oi n v o k et h em o u l ds t a n d a r d p a r t s b yh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，t h es t a n d a r dp a r t si nt h el i b r a r yc a nb e e f f i c i e n t l ys e l e c t e d ，i n d e x e d ，l o a d e da n da s s e m b l e d k e y w o r d ：i n j e c f i o nm o u l dc a d ，p r o e ，p r o t o o l k i t ，f u r t h e r - d e v e l o p m e n t i i i 基于p r o e n g i n e e r 塑料注射模具的c a d 1 绪论 1 1 塑料注射模具c a d 概述 所谓注射模c a d 是指在塑料注射模具设计过程中采用c a d 系统来辅助设计人员 进行模具设计，以提高模具设计的水平和效率。从系统功能和范围来分，所采用的c a d 系统有通用系统和专用系统两类。前者主要是提供设计过程一些通用的造型、绘图、数 控加工等功能，并不针对注射模具，模具本身的结构设计需要设计人员自行构思完成。 而专用的注射模c a d 系统则支持注射模具设计的基本流程，提供各个具体模块的设计 功能，如型腔布局、标准模架设计、浇注系统设计、冷却系统设计等f l j 。 1 2 塑料注射模具c a d 内容 1 2 i 塑料制品的设计 塑料制品应根据使用要求进行设计，同时要考虑塑料性能的要求、成型工艺特点、 模具结构及制造工艺、成型设备、生产批量及生产成本，以及外形的美观大方等各方面 的因素。由于这些因素相互影响，所以要得到一个合理的塑料产品设计方案非常困难。 同时塑料品种繁多，要选择合适的材料需要综合考虑塑料的成本及其力学、物理、化学 性能，要查阅大量的手册和技术资料，有时还要进行实验验证。所有这些工作，即使是 有丰富经验的设计师也很难取得十分满意的结果。 基于特征的三维造型软件为设计师提供了方便的设计平台，强大的编辑修改功能和 曲面造型功能，逼真的显示效果使设计者可以运用自如的表达自己的设计意图，真正做 到所想即所得，而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存，为后续的模具设 计和分析打下了良好的基础。强大的工程数据库包括了各种塑料的材料特性，且添加方 便。基于知识的推理和基于实例的推理专家系统的运用，使塑料材料的选择简单、准确。 1 2 2 模具结构设计 注射模具结构设计要根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量来决 定，它包括型腔数目及排列方式、浇注系统、成型零部件、冷却系统、脱模机构和侧抽 芯机构等几大部分，同时要尽量采用标准模架。注射模结构c a d 的主要工作内容包括 如下几个方面i j j ： 1 ) 成型部分零件的生成。在注射模具中，型腔用以生成制品的外表面，型芯用以 生成制品的内表面。由于塑料的成型收缩率、模具磨损及加工精度的影响，制品的内外 表面尺寸并不就是模具的型腔的尺寸，两者之间需要经过比较琐碎的换算，目前流行的 商品化注射模c a d 软件一般是采用同一收缩率进行整体缩放。同时成型部分的形状结 陕西科技大学硕士学位论文 构与制品密切相关，需要进行复杂的分型处理，如何由制品形状与尺寸方便、准确、快 捷地生成模具的成型部件，仍是目前的研究课题。 2 ) 模具结构方案设计。采用计算机软件来计算最佳型腔数目，引导模具设计者布 置型腔、构思浇注系统、冷却系统和推出机构，为选择标准模架和设计动模部装图和定 模部装图做准备。 3 ) 标准模架选择。采用计算机软件来设计模具的前提是尽可能多地实现模具标准 化，包括模架标准化、模具零件标准化、结构标准化及工艺参数标准化等。一般而言， 用作标准模架选择的软件应具有两个功能，一是允许模具设计者输入本企业的标准模 架，建立专用的标准模架库：二是方便地从己建好地专用标准模架库中，选用设计中所 需的模架类型及模具标准件。 一” 4 ) 部装图及总装图的生成。根据所选定的标准模架及己完成的型腔布局，模具设 计软件以交互方式引导模具设计者生成模具部装图和总装图，模具设计者可利用光标在 屏幕上拖动零件以搭积木的方式设计模具总图 5 ) 模具零件图的生成。模具设计软件能引导用户根据模具部装图、总装图以及相 应的图形库完成模具零件的设计、绘图和标注尺寸。 6 ) 常规计算和校核。模具设计软件可将理论计算和行之有效的设计经验相结合， 对模具零件进行计算和校核，以验证模具结构中有关参数的正确性。 1 2 3 模具开、合模运动仿真 注射模具结构复杂，要求各部件运动自如、互不干涉，且对模具零件的顺序动作、 行程有严格的控制。运用c a d 技术可对模具开模、合模，以及制品被推出的全过程进 行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理之处，并及时更正，以减少修模时间。 1 3 塑料注射模具c a d 技术的国内外发展状况 注射模c a d 技术是随着机械c a d 技术的发展而发展的。最初的研究主要集中于塑料 在型腔内的流动、保压和冷却的分析模拟，即通常所说的计算机辅助工程( c a e ) ，同时 注射模c a d 的各个单项功能的研究成果也十分突出，研究的范围从注射机选择、塑料品 种选择、模具各个部件设计到模具价格评估无所不包，为以后的注射模c a d 设计软件的 商品化打下了坚实的基础。注射模c a d 技术的发展主要经过了通用c a d c a m 和专用注射 模c a d 系统注射模设计阶段 3 1 。 1 ) 通用c a d c a u 系统设计阶段 2 0 世纪7 0 年代，以手工为主的作坊式注射模设计已经跟不上塑料工业高速发展的 形式，于是人们开始尝试使用当时比较成熟的通用c a d c a m 系统进行注射模设计。 到了2 0 世纪8 0 年代，随着u g ，p r o e 等优秀通用集成软件系统的问世，注射模c a d 技 基于p r o f d q g i n e e r 塑料注射模具的c a d 术也蓬勃发展起来。c a d 技术在注射模设计中的应用，很大程度上提高了注射模设计 质量和效率，提高了注射模设计的整体水平。 2 ) 专用注射模c a d 系统塑料注射模设计阶段 采用通用c a d c a m 系统进行注射模设计，虽然很大程度上提高了模具设计的质 量和效率，但是，一方面由于通用c a d c a m 系统在一定意义上说还是一种几何建模 工具，注射模设计效率的提高仅在于三维效果的增强、绘图及建档速度的加快等实现手 段上，注射模设计经验的加入还主要依赖于人工干预，每一次的设计的过程与手工实现 基本一样，设计效率没有从根本上提高。另一方面，作为通用的c a d c a m 系统，在 开发之初都是作为通用机械设计与制造工具来构思的，因此在使用这些通用c a d 软件 设计注射模时，仍会感到效率低下、操作繁琐、功能短缺。为此，近年来发展的趋势是 开发注射模c a d 专用系统，或者是在c a d c m 通用系统的基础上进行有针对性的二 次开发，以实现一定程度上的注射模设计的自动化和智能化。 国外进行专用塑料模c a d 软件系统的研究始于2 0 世纪8 0 年代，到了2 0 世纪8 0 年代中期，注射模c a d 技术已从实验室阶段进入实用化阶段，目前已有比较成熟的注 射模c a d 软件系统问世和大面积推广应用，较著名的有美国u g 公司的m o l d w i z a r d 、 美国p t c 公司的p r o m o l d d e s i g n 、英国d e l c a m 公司的p s m o l d 、以色列c i m a t r o n 公 司的m o l de x p e r t 等。 国内也有越来越多的单位和公司从事注射模c a d 系统技术的研究，推出了一些国 产注射模专用c a d 系统，但大多是基于二维的注射模c a d 系统。华中科技大学模具 技术国家重点实验室从1 9 8 5 年起一直致力于注射模c a d 技术的研究，率先于1 9 8 9 年 推出注射模c a d c a e c a m 集成系统h s c l 0 ，其新近推出的注射模模拟软件 h s c a e 6 0 具有完全的自主版权，该软件侧重于注射流动、保压、冷却、应力和翘曲分 析。北京北航海尔软件有限公司也是国内较早研制注射模c a d 技术的公司，其产品 c a x a 取得了一定程度的应用。此外，合肥工业大学开发了注射模二维系统i p m c a d 和三维系统i p m c a d v 4 0 ，上海交大开发了集成化注射模智能c a d 系统，浙江大学开 发了精密注射模c a d c a m 系统等。 1 4 塑料注射模具c a d 技术的应用趋势 在现阶段，塑料注射模c a d 技术的应用已非常普遍。公司之间的模具订货所需的 塑料制品资料已广泛使用电子文档，能否具有接受电子文档的模具c a d c a m 系统己 成为模具企业生存的必要条件。当前代表国家先进水平的注射模c a d 技术的工程应用 具体表现在以下几个方面【j j ： 1 ) 基于网络的模具c a d ，c 胱m 集成化系统开始使用。如英国d e l e a m 公司在 原有软件d u c t 5 的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用 陕西科技大学硕士学位论文 于注射模c a d c a m 的集成化系统d e l c a m sp o w e rs o l u t i o n 。该系统覆盖了几何建模、 注射模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。系统的每一个功 能既可独立运行，又可通过数据接口作集成分析。 2 ) 微机软件在模具行业中发挥着越来越重要的作用。在2 0 世纪9 0 年代初，能用 于注射制品几何造型和数控加工的模具c a d c a m 系统主要是在工作站上采用u n i x 操作系统开发和应用的，如在模具行业中应用较广的美国p r o e ，u g i i ，c a d d s 5 ，法 国的c a t i a ，e u c l i d 和英国的d u c t 5 等。随着微机技术的飞速进步，在2 0 世纪9 0 年代后期，基于w m d o w s 操作系统的新一代微机软件，如s o l i dw o r k s ，s o l i de d g e ， a u t o c a dm d t 等崭露头角。这些软件不仅在采用n u r b s 曲面( 非均匀有理b 样条曲 面) 、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级c a d c a m 软件的优点，而 且在w m d o w s 风格、动态导航、特征树、面向对象等方面还具有工作站级软件所不能 比拟的优点，深得使用者得好评。为了顺应潮流，许多工作站级别软件都相继移植了微 机的c a d c a m 版本，有的软件公司为了能与w m d o w s 操作系统风格一致，甚至重写 了c a d c a m 系统的全部代码。 3 ) 模具c a d c a e c a m 系统的智能化程度正在逐步提高。当前，注射模设计和制 造在很大程度上仍依靠人的经验和直觉。仅凭有限的数值计算功能，软件是无法为用户 提供符合情况的正确结果的，软件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知识的智能 化功能现在已成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。许多软件都在智能化 方面做了大量的工作，如以色列c i m a t i o n 公司的注射模专家系统，能根据脱模方向优 化生成分模面，其设计过程实现了模具零件的相关性，自动生成供数控加工的钻孔表格i 在数控加工中实现了加工参数的优化等，这些智能化的功能可显著提高注射模的生产效 率和质量。 4 ) 三维设计与三维分析的应用和结合是当前塑料注射模技术发展的必然趋势。在 注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，即先将三维的制品几何模型投影为若 干二维视图后，再按二维视图进行模具结构设计。这种沿袭手工设计的方式己不能适应 现代化生产和集成化技术的要求，在国内已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维 模具结构设计。与此相适应，在注射模模拟软件方面，也开始由基于中心层面的二维分 析方式向基于实体模型的三维分析方式过渡，使三维设计与分三维分析的集成得以实 现。 1 5 本课题的研究内容 本课题主要研究基于p r o e n g i n e e r 的塑料注射模具c a d 技术及应用，主要内容 如下： 1 研究塑料注射模具c a d 软件开发的基本理论，研究p r o e 的参数化技术、特征 4 基于p r o e n g i n e e r 塑料注射模具的c a d 建模、变量装配技术及智能化技术在注射模设计中的应用。 2 研究p r o t o o l k i t 应用程序开发的基本理论及其与p r 0 e 、v c + + 6 0 三者之间的 通信技术。 3 基于p r o e 注射模具设计的一般流程，p r o p l a s t i ca d v i s o r 在塑料注射模的浇口 位置选择、充模流动、熔接痕和气泡分布位置等方面的分析研究。 4 建立流道c a d 模块，包括流道送料机构设计和流道限制机构的c a d 设计，并 建立常用的浇注系统特征库。使用者在输入一定的参数并指定参照后即可由p r o e 自动 生成模具的浇注系统。 5 利用p r o e 的族表模块完成模具标准件库的建立，并利用其二次开发工具包 p r o t o o l k i t 及v c h 0 开发模具标准件的调用及装配程序设计，实现与p r o e 的无缝集 成。 陕西科技大学硕士学位论文 2 塑料注射模c a d 软件开发的理论基础 塑料注射模c a d 软件是以通用机械c a d 系统为支撑平台的，其发展与计算机技术、 计算机图形学、人工智能技术的发展密不可分，具体包括参数化设计、建模技术、变量 装配设计、智能化设计等方面。 2 1 参数化设计 参数化设计又叫做尺寸驱动，是随着约束的概念引入c a d 技术而出现的，指对零件 上各种特征旌加各种约束型式。各个特征的几何形状与尺寸大小用变量的方式来表示， 这个变量不仅可以是常数，而且可以是某种代数式。如果定义某个特征的变量发生了改 变，则零件的这个特征的几何形状或尺寸大小将随着参数的改变而改变，随着刷新该特 征及相关的各个特征，而不需要再重新画图。参数化技术为初始设计、产品模型的修改、 系列零件的生成、多方案比较等提供了强大的手段。其主要技术特点是：基于特征、全 尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相判。 基于特征：将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可 调参数，进而形成实体，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造； 全尺寸约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制。 造型必须以完整的尺寸参数为出发点( 全约束) j 不能漏注尺寸( 欠约束) ，不能多注尺 寸( 过约束) ； 尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变； 全数据相关：1 尺寸参数的修改导致其他相关模组中的相关尺寸得以全部更新。 参数化设计彻底克服了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸的形式而牢牢地 控制住。如打算修改零件形状时，只需编辑一下尺寸的数值即可实现形状上的改变。尺 寸驱动已经成为当今造型系统的基本功能，无此功能的造型系统已无法生存。尺寸驱动 在道理上容易理解，尤其对于那些习惯看图纸、以尺寸来描述零件的设计者是十分对路 的。 2 2 建模技术 c a d 技术的核心是几何形体的构造，即通常所说的几何建模。几何建模采用一套合 适的数据结构来描述三维物体的几何形状，形成供计算机识别和处理的信息数据模型。 该模型包含了三维物体的几何信息和拓扑信息。几何信息构成几何实体中各几何元素在 欧氏空间中的位置和大小，可以用数学式加上边界条件来描述；拓扑信息构成几何实体 中各几何元素的数目和它们的连接关系。 6 基于p r o e n g i n e e r 塑料注射模具的c a d 在c a d 技术的发展过程中，几何形体的构造由简单到复杂，所包含的信息也由贫乏 到丰富。到目前为止，主要有四种建模方法，即线框造型、表面造型、实体造型和特征 造型，前三种提供了三维形体的几何信息和拓扑信息，随着计算机集成制造系统的发展， 要求c a d 系统除了满足自身信息的完备性外，还必须为c a p p 、c a m 等提供反映设计人员 设计意图的非几何信息如材料、公差等以满足产品生命周期的全过程，特征造型正是在 这种情况下出现的，它是实现c a d c a e c a b l c a p p 高度集成的介质。 特征是具有一定的几何形体，是产品信息的携带者，具有工程意义，具有严格的性 质。特征分类一般如下1 3 ： 1 ) 形状特征：携带某些工程信息的几何形体，又分为体特征，过渡特征和分布特 征。 ( 1 ) 体特征：反映形体的增加( 如凸台) 或减少( 如孔、槽等) ： ( 2 ) 过渡特征：表达一个形体的各表面分离或结合的性质，如倒角、倒圆等： ( 3 ) 分布特征：表达一组相同的形状特征，如阵列孔、齿轮的齿廓等。 2 ) 精度特征：在工程设计和加工中使用的形位公差、尺寸公差、表面光洁度等非 几何信息，还包括检测特征。 3 ) 材料特征：规定材料的类型、强度、等物理性能、热处理方式与条件等信息。 4 ) 装配特征：包括装配体中各零件的位置关系、公差配合、动力学关系等。 5 ) 分析特征：有关工程分析方面的特征，如有限元分析中的梁、壳特征。 基于特征的造型系统是目前特征造型系统最好的实现方式，这种方式通过支持具有 特定应用含义的特征为用户提供了高层次的符合工程设计过程的设计概念和方法，大幅 度提高了用户设计效率和质量，同时也避免了特征的自动识别与重构，同时在设计过程 中还可方便地进行设计特征的合理性检查、相关性检查以及组织更复杂的特征，具体过 程可分为如下三步： 1 ) 建造一个特征库，库中的特征参数无具体数值； 2 ) 从库中挑选所需特征构造积木式的零件模型，同 时输入非几何信息，如材料信息，公差信息等，此步骤称 为特征实例化。实例化后，特征中的参数便有了具体数值； 3 ) 利用特征的c s g 表示和b r c p 表示进行布尔运 算，得到由特征组成的整体零件模型。 特征建模技术与参数化设计技术相结合，就构成了基 于特征的三维参数化造型系统 2 3 工程数据库 工程数据库是随着c a d c a m c a e c a p p 集成化软 7 l特征定义 形状参数非几何信息 而磊司 i 一 _ j 几何建模蓁蓁蓁圣 图2 - 1 特征建模的结构框图 f i 9 2 1 s t r u c t u r ef r a m eo f f e a t u r em o d e l i n g 陕西科技大学硕士学位论文 件系统的发展而发展的，这种集成化系统的所有功能模块的信息都是在一个统一的工程 数据库下进行管理。由于工程应用领域对数据管理的要求与传统应用领域有很大的区 别，使得工程数据库管理系统的功能需求有所不同，目前开发面向c a d c a m 的工程 数据库管理系统和数据管理方法的途径有： 1 ) 基于文件系统的数据库系统，它的特点是根据设计需要编制数据库管理程序， 不具备理论化的设计模型和数据库语言，缺乏通用性。 2 ) 在已有的商用数据库管理系统基础上，开发适合于c a d c a m 的软件接口。注 塑模c a d 系统大多数采用这种形式。 3 ) 增强性的商用数据库管理系统，这种方法在传统的数据模型上进行扩充，并对 数据库系统结构进行修改使其适用工程要求。 4 ) 从模型着手，对适合于工程领域数据库的数据模型、数据库管理系统的体系结 构、事务管理、版本管理、动态模式修改处理等进行全面研究，构造一个满足于工程应 用领域的工程数据库管理系统。目前，国内外比较一致地认为，面向对象的工程数据库 管理系统是工程数据库的发展方向，它主要包括以下几个组成部分：对象管理器、事务 处理器、版本管理器、查询处理器和用户接口，它实现了对象的标识、封装、分类、继 承性、重载和迟后联编、可扩展等。 2 4 变量装配设计技术 2 4 1 装配设计 装配设计是产品功能的输入处，也是产品功能的形成处。它能把产品的功能要求转 化为后续设计者能理解、控制和操作的信息，并把这些信息在各设计阶段传递、反馈， 来指导各阶段的设计。 装配设计建模的方法主要有以下三种【l 】： 1 ) 自底向上设计。这种方法先设计出详细零件，再拼装成产品，然后进行分析， 发现问题再修改零件，再拼装，如此反复。目前，商品化的造型软件都有这种功能。 2 ) 概念设计。要求计算机程序自动将一个完全抽象的东西转化成一个实体几乎是 不可能的，而且可选的结果也是无限的。为了支持概念设计，引入人工智能很有必要。 一般来说，人工智能在装配设计中使用主要有两个方面：一是为设计者提供一个智能化 的产品设计环境，帮助设计者明确而方便的表达自己的设计思想；二是提供知识库，通 过逻辑推理将功能需求直接转化到具体的几何模型。 3 1 自顶向下设计。先有产品的整体外形和功能设想，在这个整体外形里一级一级 划分出产品的部件，再划分出子部件，一直到最底层的粗糙的零件，在这一级级的部件、 零件划分中，产品的整体功能同时一级级的分解到这些部件和零件中实现，然后在被粗 糙划分的部件、零件的外形和子功能控制下进行详细的零部件设计，再进行装配，形成 8 基于p r o e n g i i f e e r 塑料注射模具的c a d 初步产品，通过必要的分析，再反馈到装配设计和零件设计，如此反复。这是一种真正 的装配设计方法，它能够捕捉设计者的设计意图，支持详细设计及回溯过程，同时支持 抽象的设计。 2 4 2 变量装配设计 变量装配设计通过概念设计把用户对产品的功能要求、设计意图转化为各个设计阶 段都能理解和操作的设计变量和设计变量约束，各个设计阶段主要是装配设计和零件设 计都在此设计变量和设计变量约束的指导和控制下完成。 变量装配设计原理包括四个部分1 】f 3 】： 1 ) 映射原理：用设计变量和设计变量约束把产品功能和形状有机地联系起来，实 现产品功能向形状的映射，通过概念设计来完成。 2 ) 功能约束原理：通过设计变量和设计变量约束控制产品设计，控制零部件的各 个设计变量及约束形成了一个设计变量约束网络，满足此约束网络的设计就是一种满 足产品功能要求和设计意图的设计。 3 ) 三维约束定位原理：通过三维几何约束自动确定装配体中零部件的位置，三维 几何约束表达的是零部件之间的配合关系，满足三维几何约束就得到零部件的正确位 置。 ， 4 ) 动态设计原理：在设计变量、设计变量约束、三维几何约束驱动下的产品设计 是一种可变的设计，即动态设计，通过修改某些设计变量、设计变量约束和三维几何 约束，装配设计将在所有约束的驱动下自动更新和维护，得到一个和原设计没有概念 变化的设计，即相似设计。 变量装配设计把概念设计产生的设计变量和设计变量约束记录、表达、传播和解决 冲突以满足设计要求，使各阶段的零件设计在产品功能和设计意图的基础上进行，所有 的工作都是在产品功能约束下进行和完成的。 2 5 智能化设计 把人工智能技术运用于注射模c a d 系统，是注射模c a d 的一个发展趋势，人工 智能技术与c a d 技术的即为智能化设计。在现阶段，主要是专家系统在c a d 中的应 用，它的应用范围包括塑料材料选择、模具总体方案设计、注射成型工艺参数选择和模 具费用评估等方面。正如开发专用c a d 系统需要图形支撑软件一样，开发专家系统也 需要专家系统开发工具，这样能起到事半功倍的作用。专家系统一般采用基于框架、规 则、方法的面向对象的知识表示，提供相应的推理机制，具有很强的符号推理能力和数 值计算能力，专家系统还要具有开放性。在本设计中，主要用到p r o e n g i n e e r 的塑 料顾问、e m x 等智能化设计模块。 9 陕西科技大学硕士学位论文 3 利用m f c 可视化技术开发p r o t o o l k i 霉应用程序 3 1m f c 库概述 m f c 的英文全称是m i c r o s o f tf u n d a t i o nc l a s s e s ，即微软的基本类库，m f c 的本质 是一个包含了许多微软公司已经定义好的对象的类库，虽然要编写的程序在功能上千差 万别，但从本质上来讲，都可以化归为对用户界面的设计、对文件的操作、多媒体的使 用、数据库的访问等一些最主要的方面。这一点正是微软提供m f c 类库最重要的原因， 在这个类库中包含了一百多个程序开发过程中最常用到的对象。，在进行程序设计的时 候，如果类库中的某个对象能完成所需要的功能，这时只要简单地调用已有对象的方法 就可以了。还可以利用面向对象技术中很重要的“继承”方法从类库中的已有对象派生出 用户自己的对象，这时派生出来的对象除了具有类库中的对象的特性和功能之外，还可 以由用户自己根据需要加上所需的特性和方法，产生一个更专门的，功能更为强大的对 象。当然，也可以在程序中创建全新的对象，并根据需要不断完善对象的功能【4 h 6 】。 ，正是由于m f c 编程方法充分利用了面向对象技术的优点，它使得用户编程时极少 需要关心对象方法的实现细节，同时类库中的各种对象的强大功能足以完成用户程序中 。的绝大部分所需功能，这使得应用程序中程序员所需要编写的代码大为减少，有力地保 ，证了程序的良好的可调试性。 v i s u a lc + + 将m i c r o s o f t 基本类( m f c ) 库作为用c + + 来开发w m d o w s 应用的一个 非常重要的工具。m f c 库极大的缩短了w m d o w s 应用的源代码，不仅如此，v i s u a l 工 作平台所包含的a p p w t z a r d 和c l a s s w l z a r d 程序设计工具还使得创建基于m f c 的 w m d o w s 应用程序自动化。 3 2p m 厂i o o l l 田应用程序设计 3 2 1p m 厂i d o l k i t 简介 p r o f f o o l k i t 是p t c 公司为p r o e n g i n e e r 软件提供的开发工具包，其主要的 目的是让用户或第三方通过c 程序代码扩充p r o e n g i n e e r 系统的功能，满足用户的 特别要求。 p r o t o o l k i t 工具包提供了开发p r o e 所需要的函数库文件和头文件，使用户编写的 应用程序能够安全地控制和访问p r o e ，并可以实现应用程序模块与p r o e 的无缝集成。 p r o t o o l k i t 采用面向对象的程序设计方法。在p r o e n g i n e e r 和应用程序之间主要 通过特定的数据结构来传递信息，对应用程序来说这种数据结构并不是直接访问的，而 只能通过p r o t o o l k i t 提供的函数来访问川f 8 1 。 1 ) p r o t o o l k i t 的对象、对象句柄和动作 1 0 基于p r o e n g i n e e r 塑料注射模具的c a d p r o t o o l k i t 对象包括任何在p r o e n g i n e e r 中可以操作的对象，如装配体、零件、 曲面、尺寸、坐标系等，对象实质上是一种类型为结构体的数据，结构体中的成员描述 了该对象的属性。例如，名为p r o f e a t u r e 的特征对象的结构体定义为： t y p e d e f s t r u e tp r o _ m o d e l i t e m p r o t 押et y p e ； h a t i d ； p r o m d lo w n e r , ) p r o f e a t u r e ； 该结构体中的t y p e 、i d 和o w n e r 成员分别描述了该对象的类型、标识号和上级对象。 在p r o t o o l k i t 中每一个对象对应于一个结构体，定义该结构体类型的_ ：个具体的结 构体变量称为对象句柄，如：p r o m d l 表示模型对象，用下面的形式声明： p r o m d li n s t m d l ： i n s t m d l 就是一个对象句柄。 通过调用p r o t o o l k i t 函数库提供的c 函数对特定的对象执行的某种操作称为动作。 与动作相关的p r o t o o l k i t 函数命名约定为：p r 0 + ，如 p r o s o l i d r e g e n e r a t e ( ) 的作用是将实体再生，p r o m d l l o a d ( ) 将模型加载到进程中去等。 2 ) p r o t o o l k i t 的函数原型和函数的返回值 p r o t o o l k i t 函数库提供的库函数均有相应的a n s i 函数原型，并在相应的头文件中 定义，在调用函数之前必须将头文件包含在c 或c + + 程序中。例如，在p r o m d l h 头文 件中定义了p r o m d l r e t r i e v e 0 的函数原型，而在使用这个函数时，必须将p r o m d l h 包含在 头文件中 在p r o t o o l k i t 中，绝大多数函数的返回值类型为p m e r r o r ，用来表示调用函数的执 行状态，该返回值为枚举类型，如果返回值为p r ot kn oe r r o r ，则函数执行成功。 在程序中，通过检查函数的返回值不仅便于在调试时找出错误，更重要的是可以避免在 执行时出现异常情况，提高了程序的可靠性。 3 ) p r o t o o l k i t 的工作模式 p r o t o o l k i t 应用程序共有两种工作模式：同步模式和异步模式。在同步模式下， p m f f o o l i 【i t 应用程序和p r o e 产生各自的进程，每个进程都能发送消息，请求执行某个 操作，之后每个进程都在等待返回消息，以报告操作的完成。控制权在两个进程间交换， 总有一个进程处于等待状态。在异步模式下，p r o t o o l k i t 和p r o e 能够并行，也就是说 能够同时进行各自的操作，两者之间的通信采用远程