（机械设计及理论专业论文）面向注塑模的proe二次开发.pdf

大连理工大学硕士研究生学位论文 摘要 模具c a d c a m 作为计算机科学与模具技术结合的产物，是促进科研开发和成果转 化，实现设计制造自动化，加快模具行业发展的一项关键技术；是提高产品设计水平， 缩短新产品开发周期，提高劳动生产率，降低消耗的重要手段。以商品化的c a d c a m 软件为平台进行二次开发，使那些国外软件工具适合我国模具生产的设计要求，是目前 国内推广和使用模具c a d c a m 所面临的一个重要课题。 本文以国内普遍使用的模具c a d c a m 软件p r o e n g i n e e r 作为研究对象，对 p r o e n g i n e e r 的各种二次开发接口进行了深入研究，比较了族表( f a m i l y t a b l e ) 、用 户定义特征( u d f ) 、p r o g r a m 、j - l i n k 、和p r o t o o l k i t 各自的优缺点和应用范围。探 索了利用p r o t o o l k i t 进行p r o e n g i n e e r 二次开发的方法，如p r o 厂r o o l t 工作模 式、利用p r o t o o l k i t 制作菜单、交互对话框、创建p r o t o o l k i t 应用程序的基本方 法以及如何实现p r o e 与m f c 的通信等问题。 其次，重点研究了三维实体参数化设计、尺寸驱动的方法、定s u - 维工程图模板以 及如何通过编写c 语言程序调用二次开发工具p r o t o o l k i t 提供的相关函数，实现二维 工程图视图的自动生成、检索和修改，尺寸及尺寸公差的显示、修改以及工程图表格的 创建和编辑等内容。 最后，本文应用以上研究成果在p r o e n g i n e e r 环境下开发了一套面向注塑模的三 维标准零件库和二维工程图出图系统。该系统具有友好的用户界面，操作简单、实用。 实践证明，使用本系统能大大提高用户的模具的设计效率，减轻设计人员的工作量，具 有很高的使用价值。 关键词：注塑模；二次开发；p r o e n g f n e e r ；p r o t o o l k i t 张俊坷：丽向注塑攥的啪二次开发 s e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fp r o ef o ri n j e c t i o nm o l d a b s tf a c t a so u t c o m eo fc o m p u t e ，s c i e n c ei n t e g r a t e dw i t hm o l d e n g i n e e r i n g ，m o l dc a d c a m i sa k e yt e c h n o l o g yw h i c hc a r la c c e l e r a t es c i e n t i f i cr e s e a r c ha n dt r a n s f o r m a t i o no fp r o d u c t i o n ， m a k em o l dd e s i g n i n ga n dm a n u f a c t m s n ga u t o m a t i c a l l ya n de x p e d i t em o l di n d u s t r y i ti s a t e c h n i q u ew h i c hc a ni m p r o v ep r o d u c td e s i g n i n g ，s h o r t e nt h et i m eo fd e v e l o p i n gn e wp r o d u c t ， i m p r o v ep r o d u c t i v i t y ，s a v et h ec o s t i n go f p r o d u c t i o nt om a k eo v e r s e a ss o f t w a r eb ef i tt oo u r m o l dp r o d u c t i o n ，s e c o n d m yd e v e l o p m e n to nt h ec o m m e r c i a lc a d c a ms o f t w a r ei s a n i m p o r t a n tt a s kw h i c hw em u s tf a c et o0 1 1g e n e r a l i z i n ga n du s i n gm o l dc a d c a mi n d o m e s t i c p r o e n g i n e e ri saw i d l yu s e dm o l dc a d c a ms o f t w a r e t a k ei tf o rs t u d y i n go b j e c t ， w i t ha n a l y s i so ft h ed e v e l o p m e mi n t e f f a c e so fp r o e n g i n e e ra n dm a k ec o m p a r i s o nf o r c h a r a c t e r i s t i co ff a m i l yt a b i e ，u d f ，p r o g r a m , j - l i n k ，p r o t o o l k i t ，t h ep a p e rd i dr e s e r c h o nm e t h o d so fs e n c o n d a r yd e v e l o p m e n tb yp r o t o o l k i t ，s u c ha sp r o t o o l k i t sw o r k m o d e ，d e s i g n i n gm e n ua n du s e ri n t e r f a c ed i a l o gb o x e s t h ew a yo fc r e a t i n ga p p l i c a t i o no f p r o t o o l k i ta sw e l la si m p l e m e n to fi 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 mb e t w e e np r o e a n dm f ca r es t u d i e d s e c o n d ，t h ep a p e rp u tm u c he m p h a s i so np a r a m e t r i cd e s i g nt e c h n o l o g yo ft h r e e d i m e n s i o n a ls o l i d ，t h et e c h n i q u eo fd i m e n s i o nd r i v e n ，c u s t o m i z a t i o n t e m p l e to fp l a n a r d i a w i n g c r e a t i n g r e t r i e v a l i n ga n dm o d i f i c a t i n gp l a n a rd r a w i n gv i e wa u t o m a t i c a l l yh a sc o m e t r u e b yc o m p i l i n gcp r o g r a m s t h a tp r o t o o l k i tp r o v i d e s d i m e n s i o na n dt o l e r a n c e s h o w i n ga n dr e v i s i n ga sw e l l 觞t a b l eo fd r a w i n gc r e a t ea u t o m a t i c l yc o m e t r u et o o f i n a l l y ，a p p l i e sa b o v et h e o r i e s ，t h ep a p e rh a sd e v e l o p e das e to ft h r e ed i m e n s i o n a lp a r t s l i b m ya n das e to ft w od i m e n s i o n a le n g i n e e r i n gd r a w i n gs y s t e mo nt h ep r o e n g i n e e r p l a t f o r m t h es y s t e mw h i c hi s f o ri n j e c t i o nm o l dh a saf r i e n d l y1 1 s e tc o n t a c ti n t e r f a c e ， o p e r a t e se a s i l y ，i sp r a c t i c a l t h ep r a c t i c ep r o v e dt h a tt h es y s t e mc a l l e n h a n c ep r o d u c t i v i t y g r e a t l y , l i g h t e nd e s i g n e r sb u r d e n ，h a v eh i g hp r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：i n j e c t i o nm o l d ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；p r o e n g i n e e r ；p r o t o o l k i t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我- - m t 作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权屯 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部多 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学住 文。 作者签名：熬! 叁塑 导师签名：塞溢鱼 j 竺年生月丛日 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 绪论 1 1 模具概述及其发展趋势 模具，作为一种成型工具，有较长的发展历史了，塑料注射模具普遍应用已经长达 半个世纪之多。在世界上，欧美发达国家的模具起步比较早，发展也比较快，模具被广 泛应用于工业生产中，对他们的整个经济发展起到了很大的推进作用。而且正是由于其 在生产中的应用极为广泛，几乎绝大部分塑料制品和金属制品都要通过模具加工而成。 所以一个国家模具设计、制造技术的高低，是衡量这个国家产品制造水平的重要标志。 二战后的日本，其发展之所以迅速，在短短几十年内，一跃而成为世界经济强国，模具 在其工业生产中的地位可以说是举足轻重，而模具在日本也被称为是“工业之母”。 1 1 1 国内外模具现状及发展趋势 国外的模具行业起步较早，发展也很迅速，各方面技术都比较成熟，设备也比较先 进，设计和制造出的模具无论从产品质量、表面外观还是使用的可靠性上，都远比国内 的要强。 我国模具工业从起步到发展，历经将近半个世纪，中国长期以来未把模具视为一种 独立产品，直到1 9 8 7 年才把模具列入机电产品目录。“模具工业”的统计数字第一次 出现于1 9 8 5 年。近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大 型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新的台阶。我国主要汽车模具企业，已能生 产部分轿车覆盖件模具。塑料模热流道技术更日臻成熟，气体辅助注射技术己开始采用。 压铸模方面己能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车齿轮箱压铸模等。模具质量、寿命 明显提高；模具交货期较前缩短。模具c a d c a m ，c a e 技术得到相当广泛的应用，并 开发出了自主版权的模具c a d c a m c a e 软件。电加工、数控加工在模具制造技术发 展上发挥了重要作用。模具加工机床品种增多，水平明显提高。快速经济制模技术得到 了进一步发展，尤其这一领域的高新技术快速原型制造技术( r _ p m ) 发展很快，国内有多 家己自行开发出达到国际水平的相关设备，模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。 模具材料方面，由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。长期以来，由 于模具产量的逐年增加，而模具总量仍然供不应求，所以进口模具的数量也在不断上涨。 近年来，随着模具行业的技术进步和模具企业的蓬勃发展，模具水平得以提高，模具国 产化取得了可喜的成就，历年来模具进口不断增长的势头有所控制，模具出口也稳步增 长。 张俊河：面向注塑模的p r o e 二次开发 现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化程度、优质模具材料的研究、 先进的设计与制造技术、专用的机床设备及生产技术管理等方面工作的综合。但其中 c a d c a m 技术在模具生产方面的应用，无疑占有很重要的地位。模具工业同计算机技 术的结合，大大推动了模具技术自身的发展 2 1 ，它被认为是现代模具技术的核心和重要 的发展方向。 模具c a d c a m 技术作为计算机科学与模具工程科学结合的产物，是促进科研开发 和成果转化，实现设计自动化，加快模具发展和经济现代化的一项关键技术；是提高产 品设计水平，缩短新产品开发周期，提高劳动生产率，降低消耗的重要手段；是企业加 强自主研究与开发创新能力，提高管理水平，参与国际合作与竞争的重要条件；也是进 一步向c i m s 发展的重要基础。该项技术的开发与应用水平己成为衡量一个模具企业乃 至一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一。 11 2 我国模具c a d c a m 技术的现状和发展趋势 模具c a d c a m 技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具c a d c a m 技术是模具设计制造的发展方向。 ( 1 ) 模具c a d c a m 应用现状 目前国内模具行业的基本情况是随着轻工业及汽车制造业的迅猛发展，模具设计制 造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业，并且成立了模具协会。但是我国模具工业 缺少技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短和供不应求的问题。一些大 型、精密、复杂的模具还不能完全自给，每年花几百万、上千万美元从国外进口，制约 了工业的发展，所以在我国大力发展模具工业势在必行。 国外的一些c a d c a m 系统，它们具有强大的三维曲面造型能力、结构有限元分析 能力、计算机辅助制造能力、产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支付。 在国内，优秀的c a d c a m 系统很少，但也有少数适合模具行业应用，如北京北航海尔 软件有限公司的c a x a 电子图板和c a x a m e 制造工程师软件，它具有自主版权且价 格低廉。对于国内一些大型模具企业，它们的c a d c a m 应用状况多停留在从国外购买 先进的c a d c a m 系统和设备，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低；对于国 内一些中小型模具企业，它们的c a d c a m 应用很少，有些仅停留在以计算机代替图板 绘图。所以有必要改善国内模具企业的c a d c a m 应用状况，使它们真正做到快速、准 确的对市场做出响应，并使制造的模具产品质量高、成本低，即达到敏捷制造的目的。 ( 2 ) 模具c a d ，c a m 发展趋势 大连理工大学硕士研究生学位论文 2 l 世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的 目标是提高产品质量及生产效率、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 3 1 。具体表现出以下几个特征： 集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。 在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机 制集成及人员集成，这样才能适合未来制造系统的需求 4 】。 智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期( 包括产品设计、制造、使用) 各个环节的智能 化，实现生产过程( 包括组织、管理、计划、调度、控制等) 各个环节的智能化，以及模 具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人的智能的充分发挥等【”。 网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现，各种通讯协议及制造自动化协议，信息通 讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通 过i n t e r n e t 实现跨国界模具设计的成功例子。网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷 制造和动态联盟奠定了技术基础【6 j 。 反求技术的应用 常规的模具设计通常以产品的已有设计信息为依据。这些设计信息通过工程图或一 些模型来表达，然后制定出加工工艺规划，最终通过工装模具和设备制造出产品。 但在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，耍在 只有产品原型或实物模型，而没有产品图纸的条件下进行模具的设计和制造以制造出产 品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的c a d 几何模型的重新构 造。这种过程就是反求工程r e ( r e v e r s ee n g i n e e r i n g ) 。一旦建立c a d 几何模型后，就 可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作，如实物c a d 模型的修改、零件 的重新设计、有限元分析、误差分析、数控( n c ) 加工指令生成以及模具的设计和制造等 c 7 。 反求工程能够缩短从设计到制造的周期，是帮助设计者实现并行工程等现代设计 概念的一种强有力的工具，目前在工程上正得到越来越广泛的应用。主要应用在：新零件 的设计、己有零件的复制、损坏或磨损零件的还原和模型精度的提高。设计者基于功能 和美学需要对产品进行概念化设计，然后使用一些软材料，如木材、石膏等制作模型， 直到满足各种要求。这个过程中，由于对初始模型的改动非常大，没有必要花大量的时 张俊河：面向注塑模的p m e 二次开发 间提高模型的精度，这时通过快速反求的方法提高模型精度。根据实物通过反求进行测 量，利用测量数据建立零件的c a d 模型，借助它设计和制造模具。 综上所述，模具c a d c a m 技术是我国模具行业目前急需提高的一个环节，而模具 c a d 是整个集成化制造的基础和核心，因此，模具c a d 技术水平的高低直接影响着模 具的整体质量。 而且，对于c a d c a m 软件方面来说，国外著名的c a d c a m 软件都存在一个问题， 那就是在实际运用中不可能满足各种设计的要求，而且国外的软件在设计标准，规范要 求和标准件库上和我国存在着一些差异，以商品化的c a d c a m 软件为平台进行二次开 发，使这些软件工具适合我国生产的设计要求，是很有必要的，这也是目前国内在使用 国外的c a d 软件时的一项重要工作。对c a d 软件进行二次开发，对于我国的企业来说， 有着很大的意义，它不仅可以使软件适合国内企业的设计要求，还可以大大地节省设计 周期和人力物力，缩短生产周期，使我国的工业生产得到迅速发展。因此，进行c a d 软件的二次开发在从事模具科研的企业和高校中占有很大的比重。 1 2c a d 软件二次开发的现状与前景 任何通用的c a d 软件，甚至面向某一类对象的专用的、商品化的c a d 软件，都难 以满足形形色色具体产品设计的需要。所以，一个公司欲全面采用c a d 技术，并取得 积极效果，应以引入的c a d 系统为基础，根据本公司的实情，进行程度不同的用户化、 本地化的二次开发，形成具有本公司特色的产品设计c a d 系统口j 。 有效的二次开发是c a d c a m 发挥效能的关键环节。我国许多企业引进了国外知名 的c a d c a m 系统，但往往未得到充分的利用，企业对c a d 的巨额投资，并没有真正 ( 或全面) 达到提高设计质量、缩短设计周期的目的，也没有带来应有的效益。究其原 因，是未进行产品应用和管理方面的二次开发。据抽样调查和外商统计，国内己引进的 c a d c a m 系统利用率高、效益好的单位大约在2 0 左右。所以，可以毫不夸张地说， 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，二次开发问题是目前国内推广c a d c a m 所面临的一个重要课题之一一j 。 目前国内c a d 软件二次开发领域中研究最多、技术最成熟、成果也最多的软件， 当属美国a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 软件。a u t o c a d 作为一种通用的计算机辅助绘图、 设计系统，因其强大的功能，使用上的便利性及良好的开放性，己成为世界上最流行的 通用c a d 平台f 1 0 , 1 1j 。a u t o c a d 在国内应用非常广泛，影响深远，尤其是在建筑和机械 行业，拥有强大的应用和开发队伍，几乎家喻户晓，堪称我国c a d 的模范平台。它的 成功除了自身具有使用方便、功能强大的特点之外，更重要的一点是它提供了功能强大 大连理工大学硕士研究生学位论文 的二次开发接口，用户利用其二次开发接口，可以很方便地开发出有针对性的专用c a d 系统，大大提高该软件的使用效率【”】。 但是a u t o c a d 在本质上还是一个二维的系统，以a u t o c a d 为基础的c a d c a m 系 统要想实现无纸加工和整套模具的三维造型还有一定的难度，因此要想在这些方面有所 突破，就必须寻找一种更好的三维平台，真正将模具的c a d 与c a m 紧密结合在一起。 目前可在微机平台上运行、且在我国c a d 市场上比较流行的三维c a d 软件有p t c 公司的p m e n g i n e e r 、e d s 公司的u g 、s o l i d w o r k s 公司的s o l i d w o r k s 、a u t o d e s k 公 司的a m d 和s d r c 公司的i d e a s ，这些软件在功能上都是比较出色的，也都提供了各 自的二次开发接口。从已有的资料来看，国内对p r o e n g i n e e r 和u g 的二次开发研究 得较多，己有不少论文发表 ”】。其中以高校所作的研究最多，但大多部属于简单的应用， 还没有太成熟的开发成果。总之，目前国内三维c a d 软件的二次开发水平总体比较低 下，与通用c a d 软件普及率较高的情况不相适应，制约c a d 软件作用的发挥。因此， 大力推广三维c a d 软件的二次开发，提高c a d 软件的使用效率，已经成为当今国内 c a d 软件应用的当务之急。 1 3 论文的选题背景与研究内容 131 选题背景 中国加入w t 0 后，随着市场经济的不断深化、发展，制造业正在进入信息化及知识 经济时代，工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，传统的设 计制造模式远远不能满足快速响应市场的需要。为了保持和加强产品在市场上的竞争 力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模 具的要求越来越苛刻，日益激烈的模具市场竞争要求现代企业必须低成本、高效率、高 质量地开发新产品，全面提高对市场的快速响应能力。因此，模具企业为了自身的生存 和发展必须抛弃传统、落后的手工设计方式，引进国外先进的c a d c a e c a m 系统。 其中p r o e n g i n e e r 软件系统在塑料模具行业应用最为广泛。是美国参数化技术 p t c ( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 优秀产品，它涵盖了产品从概念设计、工业造 型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出到生产加工成产品 的全过程，其中还包括大量的电缆和管道布线、模具设计与分析等实用模块。应用领域 包括航空航天、汽车、机械、n c 加工、模具等诸多行业【1 4 。”。 由于p r o e n g i n e e r 软件巨大的通用性，使它某些专业领域应用效率不高，具体应 用时不能直接处理特定的产品，再加上国外设计观念、标准和国内的差异，在使用该软 件进行具体产品的设计时会感到很不方便。基于这一点，为了使p r o e n g i n e e r 软件能 张俊河：面向注塑模的p r o e 二次开发 够在特定的企业单位的特定产品中最大限度的发挥潜力、创造效益，需要以 p r o e n g n e e r 软件为平台进行二次开发，即把p r o e n g i n e e r 进步充实、完善和优 化，改进成为用户实用的c a d c a e c a m 系统。 1 3 2 研究内容 本课题对p r o e n g i n e e r 的各种二次开发接口进行了深入研究，分析比较了族表 ( f a m i l yt a b l e ) 、用户定义特征( u d f ) 、p r o g r a m 、j - 】i n k 和p r o t o o l k i t 之间的异 同点以及优劣。探索了利用p r o t o o l k i t 进行二次开发的方法、p r o t o o l k i t 工作模 式、创建p r o t 0 0 l k i t 应用程序的方法及利用p r o t o o l k i t 制作菜单和交互对话框等 问题。重点研究了三维实体参数化设计、尺寸驱动的方法以及如何通过编写c 语言程序 调用二次开发工具p r o t o o l k i t 提供的相关函数，实现二维工程图视图的检索、创建和 修改，尺寸及尺寸公差的显示、修改以及工程图表格的创建和编辑等内容。 1 4 课题研究的意义和本文的主要工作 1 4 1 课题研究的意义 注射成型是塑料成型加工的一种重要手段，塑料工业的发展水平在很大程度上依赖 于模具制造业的发展水平。一副模具的设计到制造完成周期很长，般需要三个月左右 时间，有时可能更长一点，且注塑模具绝大多数是单件生产，这决定了模具设计个性化 强，规则性差。为了适应变化多样的注塑制造，一副模具的零件个数从几十到上百个不 等。减少繁重的设计和制造工作量，缩短生产准各时间和降低成本成为企业发展、生存 的必由之路。 在模具的设计制造中要用到许多典型结构与标准件，这些标准件的基本形状、主要 结构比较固定，不同型号的标准件往往改变的只是尺寸大小，如导柱、导套、浇口套、 斜导柱侧抽芯机构等。在绘图时，标准件会在不同的位置反复地被绘制，如果建成一个 标准零件库，在需要时将其从标准零件库中取出，插入到指定的位置，既可解除繁琐的 重复绘制工作，又能保证标准件的重复绘制的精度，提高设计效率a 尽管，p r o e n g i n e e r 功能强大，但其出图模块却相对薄弱( 比如尺寸线的显示与 否，尺寸线在图纸上的位置布局等需要人工逐项调整) ，尺寸标注不能很好地满足公司 对产品零件图的特殊要求。如果能够使三维模型直接转化为规范、标准的二维投影视图， 这将给模具设计人员在图纸存档、传递模具信息、指导生产等方面带来巨大方便，节约 大量时间，并且可以减少修改工作量，保持3 d 实体与2 d 工程图的一致性。 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 4 2 本文的主要工作 ( 1 ) 以p r o e n g i n e e r 为平台，在v c + + 环境下利用p r o e n g i n e e r 的二次开发接口 p r o t o o l k i t 工具包开发了一套面向注塑模具的三维标准零件库。该系统能自动生成注 塑模大部分常见的标准零件，用户只需输入所需标准件的尺寸，即可以得到相应的模型。 通过使用该系统，能提高注塑模的设计效率，减轻设计人员的工作量，提高设计质量， 避免设计缺陷的产生。 ( 2 ) 工程图系统能够使任意三维视图自动转化为符合国家标准、规范的二维工程 图；实现二维工程图视图的尺寸及尺寸公差的自动显示、修改以及工程图表格的创建和 编辑等内容。移动、修改视图及视图中的尺寸比以前大大方便、快捷。 张俊河：面向注塑模的p m e 二次开发 2p r o e n gin e e r 简介及其开发方法的研究 2 1p r o e n gin e e r 软件简介 l h - o e n g i n e e r 是世界上最成功的c a d 软件之一，是美国p t c 公司的产品。该公 司1 9 8 5 年于波士顿成立，是全球c a d c a e c a m p d m 领域最具代表性的著名软件公 司。其软件产品的总体设计思想体现了m d a ( m e c h a n i c a l d e s i g n a u t o m a t i o n ) 软件的发展 趋势，所采用的新技术比其它m d a 软件更具有优越性。1 9 9 8 年收购了w i n d c h i l l 产品 数据管理( p d m ) 软件，使p t c 成为一个企业信息管理解决方案的超级供应商f 1 7 1 。 2 11p r o e n g t n e e r 技术特点 ( 1 ) 全相关性( f u l l 触s o c i a t i 峨t y ) 过去的二维设计中许多时间是花在图纸绘制和错误的修改上，图纸的更改常常是顾 此失彼。p r o e n g i n e e r 各模型建立在一个真正统一的数据结构上，各个模块之间是全 相关的，如该系统处理三维实体、二维工程图、截面图、总装配以及在分析、仿真、加 工零件的工艺规程等各类数据时是严格一体化的，设计人员可以在任何一个环节对不满 意的模型尺寸进行修改，同时修改后的尺寸都会反映到从设计到加工的各个过程，以确 保所有零件和多个环节的数据一致性。 ( 2 ) 实体造型( s o l i dm o d e l i n g ) 在产品设计过程中，与传统的计算机辅助设计相比，p r o e n g 仆i e e r 设计产品是基 于三维实体的而非传统的孤立的二维点、线、面；在p r o e n ( 讧n e e r 中模型是由一些工 程特征组合而成的，而非绘制( d r a w n ) 而成的。它可以在完成实体造型后再按照严格 的投影关系产生三视图和其它需要的辅助视图，因而生成的二维工程图几何上是无错误 的。 ( 3 ) 基于特征的参数化建模( f e a t m e - b a s e dp a r a m e t r i cm o d e l i n g ) 特征造型被公认为是目前几何造型的发展趋势，在p r o e n g i n e e r 中，实体模型都 是由一些工程特征组合而成的。该系统的p r o f e a t u r e 模块提供了拉伸、旋转、扫描、孔、 槽、扭曲、圆角、倒角、抽壳、拔模斜度、管道和变截面扫描等众多的特征和特征构造 方法，这些都为用户提供了设计复杂形状曲面或实体模型的强有力工具，另外， p r o e n g i n e e r 还允许用户自己定义特征u d f ( u s e rd e f i n ef e a t u r e ) ，用户可以通过它建 立自己的特征库。 ( 4 ) 数据库再利用( e n g i n e e rd a t ar e u s e ，e d r ) 大连理工大学硕士研究生学位论文 工程数据库再利用可以让使用者快速生成整个产品系列。例如，在完成一个零件设 计之后，可以使用f a m i l yt a b l e ，将零件的尺寸、特征等设为变量，然后给这些变量赋 值，就可以生成结构与原始零件基本相同，但尺寸或某些特征不同的新零件。 p r o e n g i n e e r 的基础构架保证了e d r 这个目标得以轻松实现。 p r o e n g i n e e r 软件开发环境在支持并行工程方面是独一无二的。通过一系列完全 相关的模块，p r o e n g i n e e r 能够把多个部门同时致力于同一产品模型中。这包括在工 业设计和机械设计方面的多项功能，包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品 数据管理等等。p r o e n g i n e e r 还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开 发环境。 在国内的一些公司和企业中，p r o e n g i n e e r 作为一种软件工具，主要还是集中在 辅助设计之上，现在已有不少企业己经用于辅助制造和模拟上，而p r o e 作为一种功能 强大的三维软件，还具有很大的应用空间。 2 12p r o e 在我国模具行业的应用 随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求 的同时，变得越来越复杂，而这些产品的制造离不开模具，这就要求模具制造行业以最 快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。为了达到上述要求，模具企业只有运 用先进的管理手段和c a d c a m 集成制造技术，才能在激烈的市场竞争中立于不败之 地。 p r o e n g i n e e r 软件的集成制造技术目前是我国模具行业研究应用的热点。模具 c a d c a k c a e 系统的集成关键是建立单一的图形数据库，在c a d 、c a m 、c a e 各单 元之间实现数据的自动传递与转换，使c a m 、c a e 阶段完全吸收c a d 阶段的三维图 形，减少中间建模的误差：借助计算机对模具性能、模具结构、加工精度、金属液体在 模具中的流动情况及模具工作过程中的温度分布情况等进行反复修改和优化，将问题发 现于正式生产前，大大缩短制造模具时间，提高模具加工精度。 模具是面向定单式的生产方式，属于单件生产，制造过程复杂，要求交货时间短。 如果利用c a d 、c a m 单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题， 我们将并行工程技术引入到模具设计、制造过程中。 所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影 响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的 三维模型后，设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详 张俊河；面向注塑模的p r o m 二次开发 图设计、模具性能辅助分析及数控机床m - r 指令的编程，而且每一个工程师对产品所做 的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短设计、数控编程的时间【l 。 在实际生产过程中，应用p r o e n g i n e e r 软件，我们将原来模具结构设计镤具 型腔、型芯二维设计工艺准备模具型腔、型芯设计三维造型数控加工指令 编程数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行 路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、制造时间达4 0 以上。 要实施并行工程关键要实现零件三维图形数据共享，使每个工程师使用的图形数据 绝对相同，并使每个工程师所做的修改自动反映到其他有关的工程师那里，保证数据的 唯一性和可靠性。p r o e n g i n e e r 软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术， 为实现并行工程提供了可靠的技术保证。 2 1 3 国内p r o e 二次开发方面的现状 目前，国内有不少科研单位已经或正在进行p r o e 的二次开发研究工作，属于机械 方面的比较多。合肥工业大学进行了开发p m e 用户化菜单的技术方面的研究，即研究 如何在p r o e 中加入用户自定义的菜单 1 9 】；合肥经济技术学院提出了通过p r o e 二次开 发来利用工程数据库进行特征造型的方法；南京航空航天大学的陈辰等参与开发的是一 个较为完整的轴类零件设计( 三维模型) 、零件出图、零件加工( 加工刀轨代码生成) 系统， 让一些通用设计的过程实现自动处理，以减轻设计人员的工作量 2 0 】；北方交通大学机械 与电子工程学院进行的是基于p r o f e 的内燃机车三维标准件库的建立方面的研究，该系 统采用p r o e 为平台，利用其强大的参数化造型技术和二次开发模块p r o t o o l k i t ，建 立内燃机车三维标准件库，以适应机车新产品的设计与开发，提高p r o e 系统的实用程 度；清华大学精仪系c i m s 中心则提出基于p r o e n g i n e e r 系统开发面向并行工程的 c a d 系统。 以上研究工作都是属于机械方面的研究，在基于p r o e 二次开发的模具设计研究方 面，国内在这方面做的比较少，而且一般都只是停留在纯理论上，真正开发出的实际系 统并不多。合肥工业大学机械与汽车工业学院提出在基于w i n d o w s 开发环境下进行 模具设计的工作，在p r o e 环境下进行产品详细结构设计【2 3 。而在这些研究工作中，最 应该引起关注的就是上海交通大学材料科学与工程学院铸造研究所开发的基于p r o e 的 活塞模具系列建模系统，由于对同一系列的活塞模具在结构上除一些主要参数不同外， 其余的辅助参数大都相同，因此该系统利用p r o e 做二次开发来支持活塞模具系列建模， 系列模具智能出图和系列模具管理等功能。这些处于研究阶段的系统如果真正用于实 际设计和生产中，必将对我国模具工业产生重大影响。 大连理工大学硕士研究生学位论文 2 2p r o e n gin e e r 二次开发方式的研究 2 2 1p r o e n g i n e e r 二次开发工具 成熟的c a d c a m 软件一般都有自己供用户使用的二次开发接口，如a u t o c a d 的a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ( a d s ) ，i - d e a s 的o p e na r e h i t e c t u r e ( o a ) 等等，它给用 户提供一系列工具，可以完成用户界面定制，宏程序定义，和编写外部程序来根据自己 的需要或具体情况扩展系统的功能。p r o e n g i n e e r 软件在提供强大的设计、分析、制 造功能的同时，也为用户提供了多种二次开发工具。常用的二次开发工具有：族表 ( f a m i l y t a b l e ) 、用户定义特征( u d f ) 、p r o 盯咖、j - l i n k 、p r o t o o l k i t 等 2 5 - 2 7 。 ( 1 ) 族表( f a m i l yt a b l e ) 族表本质上是相似零件( 或组件或特征) 的集合，但在两个方面稍有不同，如大 小或局部特征等。通过族表可以方便地管理具有相同或相近结构的零件，特别适用于标 准零件的管理。族表通过建立通用零件为父零件，然后在其基础上对各参数加以控制生 成派生零件。整个族表通过电子表格来管理。所以又被称为表格驱动。 使用族表可以实现下列功能： 产生和存储大量简单而细致的对象； 将零件标准化，既省时又省力； 从零件文件中生成各种零件，而无需重新构造； 可以对零件产生细小的变化而无需用关系改变模型。 族表提高了标准化元件的用途，用它可以在p r o e n g i n e e r 中表示实际的零件清 单。此外，使用族表使组件中的零件和子组件容易互换，因为来自同一族表的模型相互 之间具有互换性。 虽然利用零件簇能够提高造型的效率，但使用族表来实现程序自动建模也有一定的 局限性，如只能生成一个完整的新零件，不能自动修改零件的现有特征，也不能在现有 的零件上新增特征。另外，当标准件受到多种工程因素影响或需要进行力学分析时，使 用者难以做出快速而准确的判断。所以用零件簇来开发螺钉、垫圈、挡圈等简单的标准 件等是比较合适的，但不适合开发复杂的标准件。 ( 2 ) 用户定义特征( u s e rd e f i n ef e a t u r e ，u d f ) 用户定义特征( u d f ) 是指用户将已经创建的特征( 可以为多个特征) 自定义为一单 独的特征，并允许像加入标准特征一样将其加入到以后的设计中去。一个u d f 包括选 定的特征、所有相关尺寸、选定特征之间的所有关系以及在零件上放置u d f 的参照等 内容。与族表法类似，u d f 也要先构建零件模型，零件创建完成后定义要包含的几何特 张俊河：面向注塑模的p r o e 二次开发 征、参考基准、可变尺寸及可变尺寸的符号，然后将这些信息存在一个后缀为“g p h ” 的文件中，之后就可以在程序中利用该文件。通过给参数赋值来改变特征的尺寸，得到 所需要的衍生特征。 u d f 适用于特定产品中的特定结构，可以作为一个特征添加到现有零件上。有利于 设计者根据产品特征快速生成几何模型。使用用户自定义特征的方法实现程序自动建模 的缺点与零件库类似，都是要预先设计好模板，但跟零件库相比，克服了灵活性差的特 点。 ( 3 ) p r o g r a m p r o e n g i n e e r 软件对于每个模型都有一个主要设计步骤和参数列表p m g r a m 。 它记录了一个零件的绘制过程及该零件包含的所有特征信息，其中有主要设计步骤和编 辑后可用于编程的参数。它是由类似b a s i c 的高级语言构成的，用户可以根据设计需要 来编辑该模型的p r o g r a m ，使其作为一个程序来工作。通过运行该程序，系统通过人机 交互的方法来控制系统参数、特征出现与否和