（机械工程专业论文）基于ug拉深模ddcad系统的设计与研究.pdf

工程硕士学位论文基fu g 拉深模d d c d 系统的设计与研究 摘要 本文主要针对小批量、多品种产品拉深模设计展开深入研究，开发出一套实用、 可行、完整、先进的拉深模c a d 三维设计系统，为提高拉深模设计质量和效率，增 强企业竞争力提供了有效的工程手段。 本文首先提出拉深模d d c a d 系统的总体设计方案，确定系统的产品信息输入、 工艺分析与计算、模具设计、二维图纸生成四大功能模块；围绕功能模块的实现展 开了相关关键技术的研究，确立了在在w i n d o w s2 0 0 0 系统下，以u gn ) ( 2 0 为图 形处理软件，v i s u a lc + + 6 0 为系统开发工具，a c c e s s2 0 0 0 为数据库管理工具的 系统开发技术路线；采用u 6 o p e na p i 衷达式操作函数修改表达式的方法建立标准 件库，这种方法可以节省大量的存储宅间，生成任意尺寸的几何模型，实现程序间 的接口；论文最后对自动生成标题栏和明细表的方法进行了详细研究，利用u g o p e n a p i 中的函数绘制图框和表格，再填入属性数据。 关键词：拉深模，u g ，参数化设计，c a d ，数据库 工挥硕 学付论文摹fu g 拉深模d d c p 。9 系统的设计与研究 a b s t r a c t t h ep a p e rm a k e sa l li n t e n s i v er e s e a r c ho fd r a w i n g - d i ed e s i g nf o c u s i n go nt h e p r o d u c t s o fs m a l ll o ta n dn u l 吐c r o u sv a i l e 砷an e ws e to f d r a w i n g d i e 3 一d c o m p u t e r - a i d e dd e s i g ns y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e d i t sp r a c t i c a l , f e a s i b l e ，i n t e g r a t e d a n da d v a n c e d i tw i l lp r o v i d et h ee f f i c i e n tm e a n sf o ri m p r o v i n gt h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c y o fd r a w i n g - d i ed e s i g na n ds h a r p e n i n gt h ee n t e r p r i s e sc o m p e t i t i v ep o w e r f i r s t t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt h et o t a ld e s i g np r o j e c tt h a tp r o c e s s e st h ed r a w i n g - d i e d dc a ds y s t e m 。w h i c hi sd i v i d e di n t of o i l l f u n c t i o nm o d u l e s ，t h ei n p u to fp r o d u c t i o n i n f o r m a t i o n t h ea n a l y s i s & c a l c u l a t i o no ft h et e c h n o l o g y , t h em o u l dd e s i g n i n ga n dt h e c r e a t i o no f2 ，dl 豫p e rl a y o u t s e c o n d ，i tl a u n c h e sar e l a t e dk e yt e c h n i c a lr e s e a r c ha r o u n d t h ef u n c t i o nm o d u l c a tt h es a m et i m e u n d e rw i n d o w s2 0 0 0o p e r a t i n gs y s t e m 。t h ep a t e r e s t a b l i s h e st e c h n i q u er o u t eo ft h es y s t e md e v e l o p m e n t r e g a r d i n gu g n x2 0a si m a g e p r o c e s s i n gs o f t w a r e v i s n a lc + + 6 0a sat o o lo fs y s t e md e v e l o p m e n t ，a c c e s s2 0 0 0a sa t o o lo fd a t a b a s em a n a g e m e n t t h i r d i ta d o p t st h em e t h o dt h a tu g o p e na p ie x p r e s s i v e o p e r a t i o nf u n o t i o n sr e v i s e so r i g i n a le x p r e s s i o n st os e tu ps t a n d 缸dc o m p o n e n tl i b r a r i e s i t c a r ts a v eal o to fs t o r a g es p a c e c r e a 伦g e o m e 研cm o d u l ew i t ha r b i t a r ys i z ea n dr e a l i z et h e i n t e r f a c e sb e t w e e np r o c e d u r e s l a s t t h ep a p e rm a k e sad e t a i l e ds t u d yo ft h em e t h o do f c r e a t i n gt i t l e sa n dd e t a i l e da c c o u n t sa u t o m a t i c a l l y i tu s e su g ，o p e na p if u n o t i o n st o d r a wu pd i a g a mf r a m e sa n dt a b l e sa n df i l li nt h e mw i ma t t r i b u t ed a t a k e y w o r d s ：d r a w i n g - d i e u gp a r a m e t r i cd e s i g nc a dd a t a b a s e 声明 本学位论文足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：i 生山舞，月哆同 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全部或部分内容，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全部或部分内 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：2 1 礁 涮每兄j 日 工程硕 学位论文基于u g 拉深模d d c a d 系统的设计与研究 l 绪论 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 技术是计算机在工程中最有影响的技术之一，它 推动了一场设计革命，无论是在机械、电子、轻纺产品设计或是文体、影视广告类 的制作，其应用都获得巨大的成功，产生了巨大的社会经济效益。在机械制造行业， 近年来，随着信息技术的发展，c a d 技术也成为先进制造技术的霞要组成部分，成 为企业信息化的蘑要肇础技术，是企业进入国际市场的入场券。c a d 技术的发展和 应用水平己成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化的蘑要标志。1 。 1 1c a d 技术概述 c a d 技术涉及的领域遍及计算机科学、计算机图形学、机械学、现代设计方法 等多个学科领域，c a d 技术在机械设计领域的应用包含了从产品的方案决策、结构 设计、性能分析、功能仿真，直到， 艺设计的：拿= 部过程，在设计过程中贯穿着综合、 分析、评价三项活动，是完整的技术系统。回顾c a d 技术发展历史，一方面c a d 技术本身发展十分迅速，产生许多新思想、新方法；另一方面c a d 技术不断和其他 技术融合，从其它领域吸取先进的理念，使c a d 技术更加成熟完善。随着计劳机软 硬件技术的发展，c a d 技术从二维平面绘图发展到今天的三维集成产品模型，经历 了二维平面图形设计、交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、 自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计、变量化设计等的发展过程。1 。 c a d 的发展历史最早可追溯到5 0 年代，早期的c a d 系统仅提供= 维绘图功能。 6 0 年代中期到7 0 年代中期，是二维c a d 技术逐渐趋于成熟的阶段，随着计算机硬 件的发展，以小世机为主机针对某种特殊应用的c a d 成套系统进入市场并得到了蓬 勃的发展。与此同时，为了适应设计和加工的要求，三维几何处理的研究也发展起 来，三维造型技术取得了突破性进展，代表性工作有i a nb r a i d 及其同事们提出的 基于边界衷示( b - r e p ) 的实体造型方法。：和r e q u i c h a 等人提出的基于c s g 表示的实 体造型方法。进入8 0 年代是c a d 技术迅速发展的时期，在这一时期，各种各样的 c a d 软件大量涌现。特别是实体造型中诸如边界计算、曲面表示、布尔运算等关键 技术的相继解决，许多具有三维实体造型功能的c a d 系统陆续问世。9 0 年代至今， 一些较为先进的商品化c a d 系统如u n i g r a p h i c s 等具有了特征建模技术，通过引入 具有工程语义的特征进行交互定义，设计人员可以在零件上构造具有加工工艺特性 的特征结构，同时借助于参数化技术，方便的修改原先设计的尺寸，提高了c a d 智 能水平和实用化程度，c a d 技术被工业界普遍接受并取得了显著的经济效益。在此 期间，还相应发展了一些与制造过程相关的计算机辅助技术，包括计算机辅助工艺 规程( c a p p ) 、计算机辅助工装设计、计算机辅助质量控制( c a q ) 、计算机辅助工程 工程硕 学竹论文摹于i 】g 拉深模d d c a d 系统的设计与研究 ( c a e ) 等。现代产品的设计方法学例如并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、 敏捷设计、全生命周期设计等以及信息技术进一步发展，使c a d 技术正朝着集成化、 智能化、协同化的方向发展。 目前，三维c a d 商品软件在国外很多企业中得到了普及和应用，这些商品化的 产品均具有较强的集成化功能，并为企业取得了显著的经济效益。与国外发达国家 相比，国内的c a d 技术的研究和应用起步较晚，但随着计算机软硬件性能的提高， 特别是微机平台的普及为国内c a d 应用创造了良好的条件，二维c a d 的应用在国内 已基本普及，在2 d 市场占绝对优势的是a u t o d e s k 公司a u t o c a d 的软件；采用三维 c a d 设计是设计理念的一种变革，在设计领域三维c a d 技术已取代二维c a d 绘图。 目前，3 d 市场的主流有u n i g r a p h i c sn x ，p r o e n g i n e e r ，i d e a s ，c a t i a ，s o l i d w o r k s 和s o l i d e d g e s 等产品，再加上国内的3 d 软件包括北京北航海尔软件有限公司的 c a x a ，清化大学的高华c a d ，华中科技大学的开目c a d 等。 1 2 模具c a d c 心技术的优点 模具工业是现代制造业的基础。随着现代制造技术的飞速发展，产品对模具的 要求越来越高，模具压力加工以其高度自动化和高生产率两大优点而备受各工业化 国家的高度重视。随着对冲压件要求的不断提高，对模具也提出了更高的要求，传 统的模具手工设计、制造、管理方法己不能适应模具工业现代化的要求，在模具行 业引入先进的c a d c a i 技术成为模具工业发展的必然之路。采用计算机辅助模具设 计和计算机辅助模具制造将带来如f 优点5 “”： ( 1 ) 提高产品质量：以产品c a d 模型为设计依据，保证了产品原始信息的统一 性和精确性，从而避免人为因素造成的错误；利用模具e r e 实现复杂模具的优 化设计，提高了模具质营和模具设计一次性成功率；采用基于应用模型的n c 编程 和数控加工，确保加工的正确性和精度。 ( 2 ) 缩短模具设计和制造周期，提高生产率：有效地提高了编程效率，减少修 模量和试模时间，实现模具生产信息流自动化，大幅度地提高设计效率并缩短生产 周期。 ( 3 ) 降低成本：减少模具废品率和返修率，减少工人劳动量。 ( 4 ) 将技术人员从繁杂冗长的计算和绘图工作中解放出来，增强创造性以提高 产品的竞争能力。 由于c a d c a m 技术充分发挥了计算机计算速度快f f i 精确，存储容甚大、数据处 理功能强的优点，同时又充分发挥了人的逻辑判断、综合分析和创造惟思维的能力， 从而产生巨大的威力3 。鉴于此，国外先进工业化国家对模具c a d c a m 技术非常 的重视，我国作为发展中固家，要实现工业现代化更要高度重视模具c a d c f 技术 2 工程硕士学位论文摹fu g 拉潆模d d c d 系统的搜计与研究 的研究开发和应用。 1 3 冲模c a d 技术的研究现状和发展趋势 1 3 1 国外冲模c a d 技术的研究现状 国外模具c a d 技术的研究始于6 0 年代，7 0 年代已经研制了模具c a d c a m 的专 门系统，可应用于各种类型的模具设计和制造，并取得了显著效果，受到各国的普 遍莺视。在最近二十多年来，更是得到了突飞猛进的发展，在发达国家己始开形成 了模具c a d c a m 技术的研究、开发、销售等各种服务的新产业。 目前企业中用来进行冲模设计的c a d 系统及其技术、e 要如下： ( 1 ) 通用c a d 系统 这类c a d 系统不仅适用于冲模设计，而且适用于其它产品设计，著名的有： u n i g r a p h i c s ，c a t i a ，i - d e a s ，p r o e n g i n e e r ，a u t o c a d ，s o l i d w o r k s 等。这些系 统通常具有极强的参数化设计、草图设计、尺寸驱动编辑、零件设计和装配等功能， 有的还具有有限元分析、实体造型、数控加工，仿真模拟等功能，而且带有二次开 发的接口“”。设计师可以利用这些软件进行冲模草图、装配图及零件图的绘制，但 对于设计师在冲模设计各个阶段的真正意义上的设计辅助功能则相对较弱。”。 ( 2 ) 专用冲模c a d 系统 国外从六十年代末开始已推出了许多对设计制造系统影响至深的冲模c a d 系 统。比较有代表性的系统有： 1 9 7 8 年日本机械工程实验室开发的冲裁级进模m e l 系统，由产品图输入、模具 类型选择、毛坯排样、凹模布置、工艺计算、绘图等1 0 个模块组成“。 1 9 8 2 年日本日立公司研制成的弯曲模c a d c a m 系统，该系统采用人机结合的批 处理方式。即由人完成冲模产品图的展开及工序设计、凹模布置，然后由程序完成 毛坏排样与材料利用率计算、冲压力计算、模具结构设计及输出模具装配图、零件 图和线切割纸带等。 1 9 8 5 年n i s s a n 公司开发了冲裁模c 仰c a m 系统，可完成几何造型、排样图设 计、凹模与凸模设计、标准件设计以及生成线切割纸带等功能。同时，口本微犁模 具中心开发了一个冲模c a d c a m 系统，可完成从产品图输入到输出标准件清单、模 具总装图、零件图及n c 代码的全过程。系统包括图形数据库、标准件库，标准形 状结构数据库、冲模制造数据库等= 1 ”。 日本丰田汽车公司采用的覆盖件冷冲模c a d c a m 系统。该系统包括设计覆盖件 的n t d f b 和c a d e t t 软件，加工凸删模的t i n c a 软件。由三坐标测馕仪对汽车模 型进行测蹙，并将数据送入计算机，将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于 3 工程硕士学位论文摹fu g 拉深模d d c d 系统的设计与研究 覆盖件设计，冲模设计和制造。该系统的三维图形功能较强，能在屏幕上反复修改 曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生各种工艺缺陷，从而保证了模具和工件质 量：。 1 9 9 1 年，新加坡围立大学b o o nh o n gl e e 等研发了i k o o p p s 系统，该系统主要 是面向对象的基于知识的级进模制造过程的规划。该系统主要服务于模具制造，模 具装配以各种标准件为基础，然后从构件中抽取形状特征和属性特征，这些特征被 转化为加工公差，然后由知识库确定所用刀具规划和加工过程。该系统倡导把面向 对象技术应用于模具设计和制造。但它把级进模装配拟定成标准化构造，其实用价 值受较大影“”。 1 9 9 2 年，美国m i c h a e lrd u f e y 提出了基于知识的级进模设计方法，提出所 谓概念验证系统( p r o o fo fc o n c e p ts y s t e m ) 为级进模设计服务，但它无法处理复 杂弯曲级进模设计，而且不能处理非标准件的设计问题。“。 1 9 9 9 年，美国p t c 公司推出的制模软件不仅可以从事产品设计、帮助产品工艺 分析、设计模具与切削轨迹，还可以实施并行工程、快速原型制造及模拟注翅等， 使得生产周期比一般情况缩短3 0 左右“”。 另外，俄罗斯锻压机械研究所研制了适应多品种、小批最加工的。冲压中心”， 模具位置可以在工作台上旋转，换摸简单，模具消耗小，容易实现全自动化等。 当代国际上独领风骚的模具c a d c a m 系统当属德国s t e p p e r 模具制造公司的 k i w i 软件和p r o f i c a m 软件。该系统是集模具设计和制造于一体的高速度，高质疑， 高寿命的级进模c i m s 系统，能完成模具设计的全过程，并且能根据设计数据自动 生成多种加【方式的加工程序，如线切割、铣削加工、镗削加工、磨削加工等加工 方式的程序。 1 3 2 国内冲模c a d 技术的研究现状 国内模具c a d c a i l 研究工作起步较晚，在7 0 年代末期才由上海交通大学和上 海星火模具厂开始简单的冲裁模具c a d c a m 的研究：i ：作。八十年代初国内许多单位， 如华中理工大学、浙江大学、上海交通大学、天津大学、西安交通大学、北京机电 研究院等开始进行冲模c a d c a l 的研究和开发，并陆续研制成功一些不同类型的冲 模c a d c a i 系统”! 。 。 上海交通大学于1 9 8 3 年研制成c f s 系统有两部分功能，第一部分为自动编程， 包括几何信息与后置处理；第二部分为辅助设计，包括模具的结构设计和工艺参数 的计算。 1 9 8 4 年，华中理工大学研制成功了精冲模h j c 系统，该系统功能比较全面，它 可以完成图形输入、工艺分析、冲压件排样、冲截力与压力中心计算、模架与压力 4 工程硕t 学位论文摹于【】g 拉深模d e ) c a d 系统的设计与研究 机选择、模具结构设计、自动装配及零件图绘制及自动编制线切割程序等一系列工 作。 8 0 年代中、后期，我国的冲模c a d 软件研制工作进入了全面发展阶段，不少企 业、科学研究所，大专院校都开发了面向中国，强调软件产品的专业化和本地化， 如浙江大学研制的c p d d m s 系统、天津大学的t d 系统、东南大学的c p d 以及一汽、 二汽企业用的模具c a d c a m 系统。 8 0 年代末至9 0 年代末，我国模具c a d c a m 技术处于完整、修改和提高的稳定 发展阶段。如上海交大国家模具c a d 工程研究中心，进行了模具c a d 系统中一致性 相关设计的装配模型的研究，通过将环状模型结构和树状模型结构的结合，解决了 在模具c a d 系统中装配图与零件图的一致性设计问题。 9 0 年代以来，我国引进了德国s t e p p e r 公司的级进模设计制造系统( k i w i 软 件，设计技术，加工工艺以及加工设备) 多台，消化吸收方面也取得了初步成效。 浙江省在开发和引进c a d c a i 技术方面也做了大量工作，如杭州应用工程技术学院 引进德国技术并进行c a d c a m 集成化的开发研究工作，不少企业建立了基于网络化 管理信息中心，产品设计和工艺分析协同工作，采用了自主开发或二次开发软件进 行产品设计、工艺管理以及模具工艺装备的设计制造，取得了明显的经济效益。 总的来说，我国日莳模具c a d c a m 技术水平还处于高技术集成并正在向产业化 和商品化过渡的时期，研制的软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软 件尚有一些差距，使用的开发平台一般都是通用性c a d 软件。 国内外应用实践证明，采用c a d 技术可以显著缩短模具设计周期，提高设计质 量私生产效率。 1 3 3 冲模c a d 技术的发展趋势 2 1 世纪冷冲模制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、参数化、网络化， 追求的目标是提高产品质疑及生产效率、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，具体表现出以f 几个特征。 ( 1 ) 参数化 冲压件在生产中的应用非常广泛。其种类繁多而且比较复杂，从而也决定了冲 压模具非常复杂。另一方面，冲压件又具有一定的行业特点，无论是新产品开发还 是改型设计，绝大多数冲压件都具有一定的继承性，冈此，可以对具有典型特征的 冲压件班j 类，然后根据不同类型设计出模具组合。目前，多数企业的模具设计都已 经实现了计算机化，新模具设计中需要大肇的绘图工作，且有相当的工作是在原来 基础上仅作少肇的修改。所以，如果能根据企业的自身要求和标准建立一套参数化 设计的c a d 系统，不但可以加速模具设计的更新，而且可以降低成本，提高市场的 丁稃硕 学位论文基于u g 拉深模d d c a d 系统的缝计与研究 反应能力和竞争能力。 ( 2 ) 集成化 模具软件功能的集成化要求软件功能模块比较齐全，同时各功能模块采用统一 数据模型，以实现数据信息的综合管理和芡享，从而支持模具设计、制造、装配、 检测、测试、生产管理今过程，综合了计算机技术、系统集成技术、并行技术和管 理技术，体现了系统化思想直至发展为c i m s 。 ( 3 ) 自动化 在市场竞争异常激烈的今天，产品的上市时间己成为能否迅速占领市场，取得 成功的关键时素。为此，模具c a d c a i c a e 系统必须向自动化发展，实现模具设计、 分析、制造的自动化。 ( 4 ) 网络化 随着模具行业的发展，要做到资源信息共享和交换，网络化协同设计是必然趋 势，协同设计( c s c w ) 作为一项支持并行工程的技术，在现代c a d 环境中得以实现。 协同机制构造一种“虚拟工作空间”，开发成员围绕一个共同任务协同地进行工作。 通过分布式网络系统利用协同技术构成c a d c a i c a e ，允许异地设计人员对产品进 行评价和修改，实现异地操作与数据交换。这要求c a d 软件可以很好地解决协同i 殳 计中的各种冲突，包括基于规则的冲突消解、基于实例的冲突消解、基于约束的冲 突消解及冲突协商、i n t e r n e t l i n t r a n e t 上进行群体成员间多媒体信息传输、异 构环境中的数据传输与工具集成等。 1 4c a d 软件二次开发概述 软件市场上的c a d 软件一般都是通用软件。即使是高档的通用软件( 如 u n i g r a p h i c s n x 、p r o e 等) ，它们也只提供了c a d 技术的基本应用平台，即图形处 理系统、几何造型系统和图形礁示系统等，而不会针对某个产品的设计提供所需的、 完整的计算机辅助设计功能。因此，为了充分利用所购买的软件进行产品设计、提 高生产效率，用户在使用c a d 软件时可以针对本企业的特点进行软件的= 次开发， 将软件充实、完善，改造成对企业更有针对性的c a d 应用软件。 大多数c a d 软件部向用户提供了一些二次开发工具，其目的就是为了便于用户 的二次开发。用户或开发商可以将编译好的程序集成到c a d 系统中完成所需的特定 功能。大部分c a d 系统都提供c 语苦的子程序库，利用这些子程序提供的函数和方 法可以调用c a d 系统的内部命令，直接存取c a d 的内部数据库等。二次开发后的c a d 应用软件具有见效快、易操作、效率高等特点。对通用的c a d 软件进行二次开发， 一般有如下三种方法： ( 1 ) 参数化c a d 开发方法。企业的产品大多数是定型产品，这些产品的系列化、 6 = i = 程硕士学位论文基于【】g 拉深模d d c a d 系统的设计与研究 通用化和标准化程度比较高。因此，设计这些产品时所采用的数学模型以及产品的 结构都是固定不变的，所不同的仅仅是产品的结构尺寸有差异。对于这类产品，我 们可以将已知条件及其它的随着产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替，然 后根据这些已知条件和基本参数，由计算机自动查询图形数据库或由相应的软件计 算出图形所需要的全部数据，由专门的图形生成软件在屏幕上自动地设计出图形。 ( 2 ) 成组c a d 开发方法。许多企业的产品的结构虽然不一样，但比较相似，可 以根据产品结构和工艺的相似性，利用成组技术将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c a d 应用软件，用于该族所有零件 的设计。 ( 3 ) 交互式c a d 开发方法。有些企业的生产特点属于单件、小批最生产，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行产品的设计开 发，提高交互设计速度。交互c a d 应用软件的开发通常包括开发数据库、图形库和 程序库，以及人机交互t 控程序。 1 5 课题研究的背景及意义 我国模具r 业建设正面i 临加入w t o 后，大批境外工业企业涌入，我国将形成制造 业大固的形势。作为支持工业产品生产现代化的模具工业，必将迎来很大的发展机遇： 同时也遭遇到很大挑战。为此，加速实现我国模具工业现代化已成为当务之急。模具 是专用工装、专用成型工具，只能进行专门设计与制造。上世纪3 0 年代，美国制订 了第一部模具技术标准，推行使用后，模具形成，工业化生产规模。经过4 0 年的努 力，到7 0 年代后期，模具标准件对中、小型摸具的使用覆盖率已达9 0 以上；大型 冲模中的4 0 以l 的零件也已标准化。这就大大提高了模具设计水平，即：大幅度缩 短了模具设计与制造周期，标准化后可节约工时达2 5 4 5 ：同时，还可大大地降低 生产消耗，降低成本。尤其莺要的是8 0 年代开始广泛应用模具数字化生产技术，例 如，模具标准零、部件的参数化和优化设计软件，模具计算机三维设计与制造技术( 即 c a d c a m 技术) ，从而使模具结构设计更为直观、合理和精确：并为概念设计、并行 工程等生产技术的应用建立了技术基础。我固模具行业正加速建寺完善的模具标准体 系，使标准件产品参数化，以满足标准件规模生产和模具参数化设计与制造的要求。 九江船舶工业学校机电工程公司是一个以冲模设计、生产为主的，集产学研为一 体的企业，具有十多年的模具设计经验。目前在模具设计生产过程中的一个瓶颈就是 模具产品设计周期，所以“基于u g 拉伸模d d c a d 系统的设计与研究”可以实现模具 计算机辅助设计及虚拟装配，并且为产品的数控加工提高产品精度和质量奠定了良好 的数字化基础，对于缩短产品设计生产周期，提高设计质最，降低试制成本和保存设 计经验提高管理水平有着极其蘑要的意义。 7 工程硬t 学位论丈 基于l j g 拉深模d d c a d 系统的设计与研究 1 6 本章小结 本章主要根据国内外冲模c a d 技术研究现状，结合九江船舶工业学校机电工程 公司拉深模设计与制造的工程背景，确定本文主要研究内容为： ( 1 ) 研究u gn ) 【二次开发方法，获取u g 二次开发的完整实施方案。包括：基于 v i s u a lc + + 6 0 开发平台的u gn x 应用程序接口，主菜单的u g o p e nm e n u s c r i p t 设计与应用，对话框的u g o p e nu i s t y l e r 可视化设计与应用、u g o p e na p i 程序进 行三维造型的实现、u g o p e na p i 操作u g 表达式的实现、u g o p e na p i 创建辅助文 本的实现。 ( 2 ) 研究拉深模d d c a d 系统设计中的数据处理和管理方法，特别是在u g o p e n a p i 程序中访问外部数据库( a c c e s s2 0 0 0 ) 的方法。 ( 3 ) 进行拉深模d d c a d 系统需求分析，确定拉深模d d c a d 系统的总体设计方案， 划分系统模块结构并确立各功能模块的模块结构图。 ( 4 ) 研究系统的实现技术，编写几大功能模块程序。包括：产品信息输入模块、 工艺分析与计算模块、模具设计模块、二维图纸生成模块等。 矗 工程硕士学侍论文摹f 拉深j 甍d d c a d 系统的设计与研究 2 拉深模d d c a d 系统需求分析及总体设计 本章根据软件工程学的基本理论和方法，详细分析拉深模d d c a d 系统需求，确 定系统流程图和系统总体结构图。 2 1 拉深模u d c d 系统需求分析 很多饮料、酒及罐头等食品的包装多采用铝或其它材料进行落料、拉深、切边、 收口、翻边等工艺制成，九江船舶工业学校机电工程公司主要从事这类包装的模具 设计与制造，其中拉深工艺决定着产品的质量和成品率，而在拉深工艺中，拉深模 具是关键。拉深模具设计包括模具设计理论计算和各次拉深模具装配图、零件图的 绘制，传统的人工设计往往需要几周的时间，当材料、材料厚度及包装尺寸改变时， 就要莺新设计一遍，所以拉深模d d c a d 系统的任务就足要使设计人员从繁琐的查阅 表格数据和计算中解脱出来，降低对设计人员经验的依赖性，辅助设计人员进行决 策，减轻设计人员绘图劳动，使拉深模设计实现从“d r a f t i n g ”到“d e s i g n ”的转 变4 1 ，实现三维造型设计，提高模具质疑。根据此任务，制定拉深模c a d 系统的功 能如下： ( 1 ) 工件的工艺性分析。 ( 2 ) 计算拉深次数、拉深系数并确定工艺方案。 ( 3 ) 计算各工序的半成品尺寸，并绘出各工序图。 ( 4 ) 计算冲裁力、拉深力及压边力并选择设备。 ( 5 ) 模具结构设计：模具总体结构设计、零部件设计及装配设计等。 ( 6 ) 图形处理：模具装配图、零件图及标题栏、明细表的自动生成。 如图2 1 是拉深模 c a d 系统的顶层数据流 图，它确定了系统的范围 和边界，即系统的输入和 输出指出了拉深模零件信息 d d c a d 系统从外界接受 的数据足零件信息、设计 准则、设计经验、u g 软 件和数据库，向外界送出 的数据足模具图。 i 设计准则 i t l 设计经验 l 数据库 u 6 软件 l 模具图卜 图2 1拉深模c a d 系统的顶层数据流图 9 工程硕 学位论文基f 【】6 挣深模d d c a d 系统的设计与研究 2 2 拉深模d d c d 系统总体设计 2 2 1 拉深模d d c a d 系统流程 对于拉深模d d c a d 系统的设计过程，可以将其分为产品信息输入、工艺设计和 方案设计、模具结构设计、图形输出几部分。根据产品类型，输入相应的产品尺寸 数据及相关信息，即可交互生成模具的三维实体模型，并输出二维的模具零件图和 装配图。系统的运行流程如图2 2 。 2 2 2 结构化设计方法 在众多的软件设计方法中，结构化设计( s d ：s t r u c t u r e dd e s i g n ) 方法是最受 人注意、使用也是最广的一个，它由荚围i b m 公司的w s e t v e n s ，g m y e r s 和 l c o n s t a n t i n e 等人于1 9 7 4 年提出的。s d 方法的基本思想是将系统设计成由相对 独立、单一功能的模块组成。整个设计是以数据流图为基础，由于数据流图和模块 结构图之间有着一定的关系，结构化设计方法可以和需求分析中采用的结构化分析 方法很好的衔接。结构化设计方法的目标是使模块之间的块间联系尽量小，块内联 系尽量大。由于强调了模块之间的相对独立性，所以每个模块可以独立地被理解、 编程测试、排错和修改，这就使复杂的研制工作得以简化，同时，模块的相对独立 性也能有效的防止错误在模块之间扩散蔓延，斟而提高了系统的可靠性，也减少了 研制所需的人力。因此，结构化设计方法得到了广泛的应用，它尤其适用于大中型 的数据处理系统。 在用结构化设计方法进行软件总体设计时，模块结构图是重要的描述工具，它 描述了系统的层次和分块结构关系，能十分简明地表达模块化的设计思想，清楚地 表达了模块之间的联系。结构图中的模块以矩形表示，在矩形框内标以模块的名字， 也可以简要地指明该模块的功能或是功能的缩写字。用一个带箭头的连接两个模块 的线段表示模块之间的调用关系，箭头指向的模块是被调用模块，另。一端是调用模 块】。 i o 三堡塑兰兰壁丝苎 薹至堕丝堡堡婴! 竺墨竺塑堡生! 里塞 图2 2 拉深模d d c a d 系统流程图 工程硕 学位论文基于：u g 拉深模d d c a d 系统的垃计与研究 2 2 3 拉深模d d c a d 系统总体设计 。根据上节对拉伸模d d c a d 系统进行的需求分析和系统流程图，可以确定系统的 总体结构如图2 3 所示。 拉深模c a d 系统 iiii 零件信息输入工艺分析与计算模具设计二维图纸生成 iiii ：ii 数据库接口图形库 图形处理软件接口 ii a c c e s s2 0 0 0u gn x2 0 围2 3 拉深模d d c a d 系统的总体结构图 ( 1 ) 产品信息输入模块 产品信息输入模块将拉深件的产品类型、几何尺寸和精度、材料和工艺条件等 信息输入到计算机内，生成零件的三维实体，把上述信息存入数据库中，为后续设 计提供拉深件的产品信息。 ( 2 ) 工艺分析与计算模块 工艺分析与计算模块主要完成工艺方案及工艺参数的确定。计算出拉深次数、 拉深系数、各工序的半成品尺寸、冲裁力、拉深力，并绘出各工序图，把上述信息 存入数据库中，为模具设计打下良好基础。 ( 3 ) 模具设计模块 模具设计模块既可采取自底向上的设计方式，也可采取自顶向下的设计方式， 即用户既可以先设计装配结构，再设计零件；也可以先设计好各个零件，再进行装 配设计。既可进行标准结构的自动设计，又能进行非标准结构的交互设计。设计过 程包括结构类犁的选择、工作零件的设计、辅助零件的设计及模架、标准件的选择。 在模具设计过程中，需要大量使用标准件，而在标准件的建模过程中，需要反复查 工程硕 学位论文基fu g 拉深模叻c a d 系统的设计与研究 阅手册以确定零部件的标准外形与尺寸，耗费了大量的时间，人们为了避免这些重 复劳动，纷纷提出并建立了多种形式的标准件库。标准件库的建立和使用提高了设 计效率和质量，并充分体现了使用c a d 系统所带来的经济效益，是c a d 系统走向实 用化的必不可少的环节1 。 ( 4 ) 二维图纸生成模块 二维图纸生成模块自动生成装配图和零件图的主视图、俯视图、左视图，自动 填写标题栏和明细表。标题栏和明细表是机械产品装配图的一个重要组成部分，标 题栏用于标识图纸及说明图纸比例、制图人、制图日期等图纸信息，明细表用于说 明各零部件之间相互关系及其代号、名称、数量、材料等属性信息。u g 自身提供了 p a r t sl i s t 工具便于用户绘伟4 标题栏和明细表，但要求用户人工对零件定义属性并 把这些属性组织成p a r t sl i s t 格式，而且一种p a r t sl i s t 格式只能用于一种类型 的明细表，这种方法不仅繁琐，而且灵活性很差。针对这一问题，本论文借助于u g 的u g o p e l la p i 函数编制出了标题栏和明细表自动生成程序。 ( 5 ) 数据库接口 数据库接口负责数据的处理和管理，主要实现零件信息输入模块和工艺分析与 计算模块数据的存入、模具设计模块的数据提取和各模块之问的数据交换。 ( 6 ) 图形处理软件接口 图形处理软件接口是实现各模块与u g 集成的基础，主要实现的功能是提供零 件信息输入模块、工艺分析与计算模块、模具设计模块和二维图纸生成模块与u g 之问的通讯和将各子模块界面加入到u g 系统的系统菜单中。 2 3 本章小节 本章确定了拉深模d d c a d 系统流程图，提出在装配环境下模具零部件细化设计 的概念，并且确定了本系统包括产品信息输入、工艺分析与计算、模具设计、二维 图纸生成四大功能模块，数据库接口和图形处理软件接口负责各模块之间数据交换 和通讯。 工程硕 学侍论文摹fu g 拉深模d d c a d 系统的设计与研究 3 拉深模d d c a d 系统关键技术研究 要实现拉深模d d c a d 系统四大模块的功能，必须先对图形处理软件接口和数据 处理软件接口技术进行研究。 3 1 u n i g r a p h i c sn x 的二次开发技术 u n i g r a p h i c sn e x tg e n e r a t i o n 简称u gn x ，是美国e d s 公司最新推出的 c a d c a m c a e 集成系统，支持全三维参数化的产品设计，是当今世界上广泛应用于 航空、航天、机械、汽车及造船等领域的计算机辅助设计、制造和分析软件。u gn x 软件不仅提供了强大的实体建模和装配功能，还提供了u g 0 p 尉a p i 、u g o p e n + + 和u g o p e ng r i p 几个程序设计模块，以及u g o p e nm e n u s c r i p t 和u g 0 p e nu i s t y l e r 两个辅助开发模块，并具有良好的高级语占接口，便于设计人员开发符合自己要求 的c a d 系统2 1 。本节主要结合拉深模d d c a d 系统设计，研究u gn x 的的二次开发工 具使用方法。 3 1 1u gn 】( 的主要功能和应用模块 u gn x 软件在产品的设计过程中体现了并行工程的思想，整个设计过程是一个 可反馈、可修改的过程。其蔓要功能概括起来有产品设计、性能分析、机构运动分 析、零件加工和布线几个方面。产品设计指利用u gn x 软件可以建立各种复杂程度 的三维装配模型和详细模型，自动生成图纸：性能分析指利用有限元方法对产品模 型进行受力、受热分析和模态分析；机构运动分析可以分析产品的实际运动情况和 干涉情况，并对运动速度进行分析；零件加工指根据模型半自动生成刀具路径，再 自动产生数控机床能够接受的数控加工指令；布线指可以根据产品的装配模型布置 各种管路和线路的标准件接头、自动走线，并计箨出所使用的材料，列出材料单。 u g n x 软件的各项功能是通过各自的应用模块( a p p l i c a t i o n ) 来实现的，每一个应用 模块部是集成环境的一部分，既相巨独立又相匾联系。主要的几个应用模块及其相 应的功能简述如f ： ( 1 ) 集成环境入口模块 这是其它所有模块的基础平台模块，也是打开u gn ) 【时的第一个模块，用于执 行文件的打开、关闭、保存，获得在线帮助和执行外部程序等。 ( 2 ) 建模模块 用于产品的三维实体特征建模。该模块支持实体建模、特征建模、自由曲面建 模、钣金特征建模和用户自定义特征建模等子模块。 ( 3 ) 辅助制图模块 1 4 丁稃珂i 学侍论文 基fu g 拉深模d d c a d 系统的设计与研究 在此模块中可以绘制草图，也可以将设计好的三维实体自动转化为与之严格对 应的二维工程图，用户一般只要完成工程图的标注、说明等内容即可。 ( 4 ) 数控加工模块 支持数控铣削、磨、车和线切割等加工。对于已设计完的、有复杂自由曲面的 零件一般需要进行数控加工。进入该模块，可以直接进行数控加工程序的编制和后 置处理，输出数控加工代码。 ( 5 ) 产品分析模块 ， 包括结构分析( s t r u c t u r e s ) 、运动分析( m o t i o n ) 和注颦模分析( m o l d f l o wp a r t a d v i s e r ) 等子模块。结构分析用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，是一 个功能强大的有限元分析工具；运动分析用于对简化的产品模型进行运动分析；注 塑模分析用于注塑模中对熔化的颦料进行流动分析埘。 ( 6 ) 产品装配模块 用于产品的虚拟装配，该模块支持自底向上、自项向下和上下文设计三种装配 设计方式。 ( 7 ) 二次开发模块 此模块用来给开发人员进行u gn ) 【软件的二次开发，它由用户界面编辑器子模 块( u i s t y l e r ) 、o g o p e ng r i p 编程语占和u g o p e na p i 编程语占等二次开发工具