（材料加工工程专业论文）三维模架设计及零部件图形生成系统的开发.pdf

摘要 本论文通过对塑料注射模具设计过程的研究和分析，探讨利用现有的软 件在微机上开发三维注塑模c a d 系统，建立了基于a u t o c a d 2 0 0 0 的三维模 架设计及图形生成系统( m b c a d ) 。本论文采用校核式计算方法实现标准模架 的自动选择，并应用相似设计原理进行了非标准模架设计；采用o d b c 技术 完成在a u t o c a d 与a c c e s s 之间数据传递，从而实现了标准模架、标准零部 件的数据库管理；基于三维零件绘图和参数驱动的设计思想，通过对模架装 配关系的分析，实现模架三维参数化装配图的生成；使用v c + + 编译系统提 供的m f c 开发了具有w i n d o w s 风格的交互界面。 m b c a d 模架选择系统能够实现以下功能： 1 在用户输入制品的属性特征、成型工艺、模具制造等相关参数之后， 系统采用校核方式的计算方法，通过对标准模架库的检索，直接选出所需模 架。 2 对于无法选择到标准模架的特殊制品，系统可以通过相似设计原理结 合校核过程，设计出合适的非标准模架。 3 系统提供开放式数据编辑途径，用户可以添加适合自身要求的数据库 供系统检索，以扩充系统的应用范围。 4 系统可完成模架三维参数化装配图形绘制，成为其他各模块的载体。 上述理论研究和软件开发的成果，为开发完善的三维注塑模c a d 系统奠 定了良好的基础。 关键词：三维、模架、o b j e c t a r x 、a u t o c a d 、模架零部件 a b s t r a c t t h r o u g h t h ec o m p r e h e n s i v es t u d y i n go nt h ei n j e c t i o nm o l dd e s i g n ，af r a m ef o r d e v e l o p i n gat h r e e - d i m e n s i o n a lc a ds y s t e m f o ri n j e c t i o nm o l di se x p e r i m e n t e do n t h eb a s i so f e x i s t i n gs o f t w a r ef o rc o m p u t e r s ，a n d a s y s t e m o fm o l db a s ed e s i g na n d m o l db a s e p a r t sd r a f t sa u t o d r a w i n g ( m b c a d ) i s e s t a b l i s h e d i no r d e rt os e l e c ta s u i t a b l em o l db a s ef o rg i v e na r t i c l e s ，ac a l c u l a t i o no f c h e c k i n gm e t h o d i su s e d a n d a p r i n c i p l eo f t h e s i m i l i t u d ed e s i g ni su s e dt od e v i s ea no f f - s t a n d a r dm o l db a s e t h e a d o p t i o no f o d b c t e c h n i q u er e a l i z e st oi n t e r c h a n g ed a t a o fa c c e s sa n do f a u t o c a d a s p e c i a ld a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mi sd e v e l o p e d t om a n a g et h e s t a n d a r dm o l db a s ed a t aa sw e l la ss t a n d a r dp a r t sd a t a b a s e do nt h r e e - d i m p a r t s g r a p ha n dp a r a m e t e rd r i v e n ，m o l d b a s ed r a f t sc a nb ea u t o d r a w n o nt h ew h o l e ，t h e r ea r ef o u rm a i nf u n c t i o n si nt h i ss y s t e m ：f i r s t ，as t a n d a r d m o l db a s ec a nb ea u t o s e l e c t e db yi n p u t t i n gc o r r e s p o n d i n gp a r a m e t e r s ，s ou s e r s c a l la c c o m p l i s ht h ed e s i g n i n gw i t h o u ta l l yc a l c u l a t i o nr e l y i n go nt h ei n t e r f a c e w i z a r d s e c o n d ，f o rs o m er e a s o n s ，t h e r ei s n ta n ys u i t a b l es t a n d a r dm o u l db a s e f o rs o m es p e c i a la r t i c l e st h es y s t e mw i l ld e v i s eo f f - s t a n d a r dm o l db a s et om e e t t h en e e do ft h e s ea r t i c l e s t h i r d ，t h ec u s t o m e rc a l li n c r e a s et h ea p p l i c a t i o no f t h em b c a d b yc o n s t r u c t i n gd a t a b a s e st o m e e tc u s t o m e r s t h er e q u e s t f o u r t h ， t h es y s t e mc a n c o m p l e t em o l d b a s et h r e e d i md r a f t s t h e o r i e sr e s e a r c hl i s t e da b o v ea n dt h em b c a d s y s t e m w i l lp r o v i d et h e f u u n d a t i o n sf o rap e r f e c tt h r e e d i mi n j e c t i o nc a d s y s t e m k e y w o r d ：t h r e ed i m e n s i o n 、m o l db a s e 、o b j e c ta r x 、a u t o c a d m o l db a s ep a r t s 天津科技大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1c a d 技术概况 1 1 1c a d 的定义 计算机辅助设计“1 ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 是计算机技术 应用的一个重要领域。它是随着计算机及其外围设备的发展而发展，以计算 机为主要工具，来处理各种数字信息与图形信息，辅助完成各种工程及产品 设计、分析模拟、评价、建立与制造中的各项工作。人类进行创造性的思维 活动并将设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型及解 析这些模型的程序。在程序运行过程中，人类可以评价设计结果，控制设计 过程；计算机则发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、模拟、 优化和其他数值分析任务。 1 1 2c a d 系统的构成o “ 一般来说，用户进行c a d 作业的独立硬件环境称作c a d 系统，此系统除 了要求计算机主机之外，还配备图形显示器、自动绘图机、打印机等交互式 输入输出设备。 从体系结构讲可以将c a d 系统分为三个层次：基础层、支撑层、应用层。 基础层由计算机、外围设备、操作系统软件组成，操作系统软件在工作站上 流行u n i x 操作系统，在微机上常用w i n d o w s 9 x n t 及以上操作系统；支撑层 包括绘图仪、图形显示终端、图形输入板等硬件设施，随着网络的广泛使用， 异地协同虚拟c a d 系统将是c a d 支撑层的重要发展趋势；应用层是针对不同 应用领域的特殊需求由各自的c a d 专用软件来支持相应的c a d 工作。 c a d 系统的软件相应也可分为三个层次：系统软件、支撑软件、应用软件。 1 系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制及运行、计算机程序 的翻译、装入，常用的操作系统有w i n d o w s 、u n i x 、l i n u x 等。 2 支撑软件是c a d 软件系统中的核心，它是为满足c a d 工作中一些用 户共同的需要而开发的通用软件，较为常用的有以下几类： ( 1 ) 计算及分析软件这类软件主要用来解决工程设计中的数值计算问 题，主要有常用数学方法程序库，提供诸如解微分方程、线性代数方程、数 值积分、有限差分及有限单元、曲线曲面拟合等数学问题的计算程序；商品 化的有限元分析软件流行的有s a p v 、a d i n a 、n a s t r a n 、a n s y s 等，均具有较 强的前后处理功能。 第一章绪论 ( 2 ) 图形处理软件可分为图形处理语言及交互式绘图软件。两种类型 图形处理语言通常以子程序或指令形式提供一整套绘图语句，供用户使用高 级程序设计语言编程调用；交互式绘图软件，可用人机交互式方法生成图形、 进行图形编辑、标注尺寸、拼装图形等图形处理工作，在微机上可执行的绘 图软件如a u t o c a d 、c a d k e y 、c a t i a 、i c e m 、e u c l d 、p r o e n g i n e e r 、s o l i d e d g e 、 s o l i d w o r k s 等。 ( 3 ) 数据库管理系统为了适应数量庞大的数据处理和信息交换的需 要，近年来发展了数据库管理系统( d a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，它是在 操作系统基础上建立的操纵和管理数据库的软件。流行的商品化数据库软件 有f o x b a s e 、f o x p r o 、a c c e s s 、o r a c l e 等。 ( 4 ) 计算机网络工程软件网络型c a d 系统将成为未来c a d 的主要使用 环境之一。在微机网络工程中，网络系统软件必不可少，如n e t w a r e 就是 n o v e l l 公司专门为该公司微机局域网产品设计的网络系统软件。 3 应用软件在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一专门应用领域 而研制的软件。这类软件通常由用户结合当前设计工作需要自行研究开发， 此项工作又称为“二次开发”。如模具设计软件、电器设计软件、机械零件设 计软件、机床设计软件、以及汽车、船舶、飞机设计制造专用软件均属应用 软件。能否充分发挥已有c a d 硬件的效益，应用软件的技术开发工作是关键， 这也是专业c a d 工作者的主要任务。 另外，专家系统也是一种应用软件。在设计过程中有相当部分工作不 是计算及绘图，而是依靠本领域专家的丰富实践经验和专门知识，经过专家 进行思维、推理与判断才获得解决，使计算机竭力模拟专家解决问题的工作 过程，为达到这个目的而编制的智能型计算机程序称为专家系统。c a d 应用软 件将运用专家系统的概念和方法，使c a d 进一步向智能化、自动化的方向发 展。 1 l 3c a d 的发展过程”。1 c a d 技术的发展以计算机科学与计算机硬件设备的发展为前提。在科学 研究工作中运用计算机进行大量的计算中应用计算机进行数据处理，早在5 0 年代已见成效。相比之下，在工程技术中，特别是在具体设计工作中运用计 算机则显得较晚，这主要是因为在设计工作中，传统的信息传递方式是工程 图纸，在计算机上需用大量数据才能描述各种图形，并要求能将图形输入计 算机、输出到图纸上，如果没有相当条件的硬件是难以实现的。 2 0 世纪6 0 年代，美国麻省理工学院的i e s u t h e r l a n d 在他发表的博 天津科技大学硕士学位论文 士论文中，提出并实现了s k e t c h p a d 系统，该系统被公认为对交互式图形 生成和显示技术的发展奠定了基础。计算机硬件从晶体管计算机发展到集成 电路计算机，计算机运行速度增快及存储容量增大，为在更广阔的范围内应 用计算机创造了条件，以大型计算机为基础的c a d 技术，开始在少数大型企 业，特别是在汽车和飞机制造业中得到发展和应用。6 0 年代中后期，出现了 许多商品化c a d 设备，如美国安装的c a d 工作站达到2 0 0 多台，可供几百 人使用，同一时期，美国通用汽车公司和洛克希德飞机公司在i b m 大型机上 开发了c a d 、c a m 等机械设计与制造方面的软件，此后c a d 技术蓬勃发展并 进入应用时期。7 0 年代，出现了许多面向中小企业的c a d c a m 商品化系统， 8 0 年代中期以后，c a d 进入了标准化、集成化、智能化的发展时期，系统构 造由过去的单一功能变成了结合功能，出现了计算机辅助设计( c a d ) 、计算机 辅助制造( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 、计算机辅助工程( c o m p u t e r a i d e d e n g i n e e r i n g ) 构成的计算机集成制造系统( c o m p e e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 。进入8 0 年代，随着计算机，尤其是微机和计算机绘图技术的发展， c a d 技术在机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、轻工、纺织、建筑等行 业的应用越来越普遍。 当今，计算机辅助技术已经成为现代化工业中必不可少的主要技术手段 和制造信息化的关键技术，它正向着一体化、微型化、网络化、智能化、新 型化的方向高速发展。市场上也相继出现了大量的性能优良的c a d 支撑软件 和c a d 应用软件，包括二维c a d 、三维c a d 、c a m 、c a e 、c a p p 、p d m 、 e r p 等。计算机辅助工艺规划( c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ，简称c a p p ) 是c a d 和c a m 之间的桥梁，产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，简 称p d m ) 是c a d 技术运用的必然趋势，p d m 管理所有与产品相关的信息和 过程，它与产品生命周期的每个阶段相互联系，是面向设计制造的信息流 和面向生产的信息流之间的桥梁。是实现产品设计、制造与管理并行工程的 基础，从根本上解决了各个环节数据交换和共享的问题。企业资源计划 ( e m e 巾r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，简称e r p ) 是关系到企业综合资源信息计划 和管理的重要手段，并将对企业经营决策发挥重要作用。因此，c a d 技术的 这些深化应用，概括为c a d c a e c a m c a p p p d m e r p ，就是企业生产生命 周期的数字化、网络化和集成化。 我国c a d 技术的应用自8 0 年代以来已逐步开展，经过“七五”的努力， 取得了明显的经济效益。特别是近些年，我国在c a d 应用和开发方面取得了 相当大的进展，二维c a d 技术已经趋于成熟，三维c a d 技术正处于蓬勃发 展时期。当然，从总体水平上讲，我国c a d 技术水平与国外工业发达国家相 第一章绪论 比有很大的差距，各地、各行业在c a d 技术的应用、发展上不尽一致，特别 是在c a d 技术应用的广度和深度以及对c a d 普及发展作用的认识方面，仍 然存在着需要解决的问题。 1 1 4 模具c a d 技术的优点“” 今天，c a d 技术已成功应用于模具行业，模具计算机辅助设计是随着计 算机及其外围设备和软件的发展而形成的一门新技术。随着仪器、仪表、家 用电器、交通、通信和轻工业产品等各种行业的飞速发展，模具的需求量日 益扩大。模具c a d 技术在模具设计和制造中的地位越来越重要，从而也形成 了模具c a d 这门分支学科。应用模具c a d 技术，充分发挥计算机的强大运 算功能、大容量信息存储与快速查寻的能力，完成模具工程信息管理、数值 计算、分析模拟，管理从工程建立到具体设计实现的设计全过程，使得设计 人员可以集中精力进行创造性的思维活动。 概括而言，模具c a d 具有以下优点： 1 可以提高设计工作效率。由于模具c a d 系统中储存有模具标准件、 常用设计计算的程序库和各种设计所需参数的数据库，加上模具c a d 系统的 辅助绘图功能，可以大大缩短了设计时间。c a d ，c a e c a m 的一体化可显著 缩短从设计到制造的周期，用c a d 系统进行模具设计，然后运用c a e 系统 对设计方案进行工程分析与评价，如果分析结果较差，返回c a d 系统修改设 计方案，再用c a e 方法重新分析新的设计方案，如此反复，很快会得到一个 较好的设计方案。一般而言，采用模具c a d c a e c a m 系统进行设计、制造 模具，速度可提高很多。由于模具质量提高，可靠性增加，装配及维修时间 都明显减少，可极大地缩短设计生产周期。 2 可以提高设计质量。在数据库、程序库、图形库支持下，应用人机交 互方式可以在短时间内得到优化的设计结果，同时在产品结构、能耗、材料 等方面取得最佳效果，使产品设计的成功率增大。 3 ，可以大幅度地降低成本。计算机提供高速运算和绘图机的自动绘图工 作大大节省了劳动力；同时，结构优化设计带来了原材料的节省。采用 c a d c a e 技术，可以避免模具制造中的反复修模和试模，从而大大降低了成 本。 4 可以使设计人员从繁琐重复的设计工作中解放出来，将精力投入到新 技术开发研究和现代设计理论与方法的研究之中，进行计算机所不能替代的 创造性设计工作。 5 有利于产品标准化、系列化、通用化。应用c a d 方法只需改变输入 4 天津科技人学硕。l 学位论文 参数，就能方便地实现产品系列设计，有力地促进产品的标准化、系列化。 6 有利于计算机辅助制造( c a m ) 的发展，通过c a d c a m 集成化，实现产 品设计与制造一体化。 总之，模具c a d 是改造传统模具设计制造过程的必由之路，也是衡量一 个国家工业技术发展水平的重要标志之一。 1 2 注塑模具c a d 1 ” 1 2 1 注塑模具c a d 概述 塑料工业从无到有，高速发展到现在，已经成为工业、农业中不可缺少 的一部分，塑料注射成型所使用的注射模具的生产设计也成为一个独立的行 业。由于生产的产品精度低、性能差，且设计周期长，传统的手工设计、制 造注射模具早已无法适应当前的需要。改善这一现状的途径之一就是在注射 模设计、制造行业应用c a d c a m c a e 技术。 注塑模c a d 系统都具有图形生成功能，但与一般的绘图系统不同，现在 的注塑模c a d 系统能利用自由曲面设计出制品外观后，可以自动进行改制品 型腔、型芯的自动生成。注塑模具c a d 系统与c a m 系统逐渐结合起来，从 而发展成为集成系统。设计人员可以用它从用户提供的参数或要求的制造图 上取得零件的数据，在注塑模具c a d 系统建立该产品的实体造型，然后进行 检查，如果发现图像有问题，设计人员可对之进行修改。并依此修正图中的 数据，最后进行自动编制加工程序，并以此程序快速加工相应的模具。也可 以用三坐标测量一个已经存在的塑料制件，将数据反馈到计算机中，经修改 后编程加工模具型腔，这就是现在广泛应用的逆向工程。 注塑模c a d 系统还可以进行模具供料系统、冷却系统、热流道加热系统 等的辅助设计。如许多软件用计算机模拟成型材料在模具内的流动过程来确 定浇注系统的浇口位置、尺寸等。 1 2 2 注塑模c a d 系统的发展与应用状况“7 、“1 1 国际发展状况 国外注射模c a d 技术发展相当迅速，7 0 年代已开始应用计算机技术在圆 形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析；8 0 年代初，人们成功地采用 有限元法分析三维型腔的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自 身的经验，以减少试模时间，提高模具质量。近十多年来，注射模c a d 技术 在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些商品 化软件逐步推出。下面举出几例商品化软件： 第一章绪论 美国p t c 公司p r o e 软件下e m x 模块实现了模架的管理，零件的组装， 能够模拟模具开模过程，进行干涉检查以及自动生成工程图等功能，并配合 p r o e 的造型能力，能够实现塑料模具设计基本功能。 m o l df l o w 与c m o u l d 公司合并后推出的m p i 系统，该系统具有很强的注 射模分析功能，自动实现有限元网格生成，进行流动、保压、冷却以及翘曲 分析：预测制品的熔接线位置、残余应力、翘曲变形及其它表面质量问题， 从而指导设计人员改变设计参数，在模具制造前发现问题，可极大地缩短设 计和生产周期。 美国和意大利p l a s t i c s & c o m p u t e ri n c 公司的t m c o n c e p t 专家系统 该系统包括材料选择t m c m s 、注射工艺条件和模具费用优化t m c 。m c o 、 注射流动分析t m c f a 、型腔尺寸设计t m c c s e 和模具传热分析t m c m t a 等功能模块。 德国i k v ( i n s t i t u t ef o rp l a s t i c sp r o c e s s i n g ) 研究所的c a d m o u l d 系统，用 于注射模的流动、冷却分析、力学性能校核确定模具设计原则等。 2 我国发展状况 多年来，由于我国计算机和c a d 技术上的落后，相应的注射模c a d 的 开发应用也落后于世界。随着模具技术国家实验室及模具c a d 中心的建立， 注塑模c a d 方面有了长足的发展，同时，不少省市也有这方面的攻关项目或 重点科研课题。 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具 系统的研究，推出了h s c a d h s c a e 软件，这是一个自主版权的注射模系统 软件，该软件能够实现三维造型功能，实现制品三角形网格自动划分，进行 顶出系统计算，注射机校核，型腔数目计算，冷却系统和浇注系统的设计。 该系统在一些企业单位应用，取得较好效果，现己实现商品化。 上海交通大学从1 9 8 3 年开始，对注射模c a d 进行了多方面的研究。在 国内首次将人工智能技术引入注射模c a d 系统中，并于1 9 8 8 年开发出集成 化注射模智能c a d 系统。目前正在工作站u g 平台上进一步开发智能基于 k b e 的注射模c a d 系统。 北京北航海尔软件有限公司也是涉足注塑模c a d 技术的公司。其产品 c a x a 注射模设计师v 2 是注射模设计人员专用系统，具有图形绘制、资料查 询、公式计算、安全校核五大功能模块，提供注射模具标准模架和零部件库， 包含塑料材料、模具材料、注塑机等设计参数数据库，可随时查询检索，并 能实现自动计算型腔尺寸的转换。从整体来说c a x a 注射模设计师v 2 是一 6 天津科技火学硕士学位论文 个二维的注射模c a d 软件。 天津科技大学模具教研室承担了国家八五项目一一注塑模 c a d c a e ，c a m 集成系统的子项目注塑模温控专家系统的开发。该专家系统 在c a d c a e c a m 集成系统中运行稳定，计算结果令人满意。 1 2 3 注塑模c a d 系统的发展趋势“7 1 今后注塑模具c a d 技术的发展方向是集成化、智能化、柔性化、网络化、 并行设计等，以提高系统的实用性、方便性，降低生产成本。 1 注塑模具c a d 与c a m 系统集成 设计、制造或施工及相应的生产与工程管理等方面存在紧密的联系。为 了提高模具的开发工作效率，人们首先将模具c a d 与模具c a m 两个过程有 机地连接起来，实现了模具c a d c a m 一体化。这种系统将c a d 的设计结果 直接用于数控仿真和生成数控加工程序，并送到数控机床进行自动加工。 在这种一体化系统的基础上，人们又积极开展计算机集成制造系统 ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 的研制及其在模具开发方 面的应用。模具c i m s 系统基于计算机技术和信息技术，将模具设计、制造、 生产管理以及经营决策等方面有机地结合成一个整体。实现模具c i m s 系统 的关键在于建立一个统一的全局模具产品数据模型，以实现c a d ，c a m ，c a e 各单元之间的数据自动传递、转换以及信息共享。模具c i m s 系统是物流和 信息流的综合，能对产品开发、模具设计、零件加工、整机装配和检测检验 的全过程实簏计算机控制，从而大大缩短了模具的设计制造周期，降低了模 具的生产成本，保证了模具加工质量，并为企业创造了良好的经济效益。 2 建立和应用注塑模具c a d 网络环境 随着模具工业规模的扩大，要做到全球资源信息共享、交换等，网络化 是必然的发展道路。现在，将多台微型机c a d 工作站联网或将多台微型机 c a d 工作站和工程工作站联网，构成分布式c a d 系统，已成为一种趋势。 这种局域网络系统结构灵活、功能强大、价格较低。每个工作站可单独使用， 也可相互配合，实现局域的资源和信息共享，也可实现并行设计和协同工作。 这种c a d 网络很适合企业单位的需要。因为企业中的产品设计与制造一般都 不是个人行为，而是一个组或一个科室群体有组织有计划进行的工程项目。 参加工作的各个成员必须相互配合、协同努力，在规定的权限下共享资源和 已有的设计结果，有关负责人还要对各阶段的设计结果进行审核。这种c a d 局域网络的建立以及设计管理和协同设计功能的实现，无疑将大大促进企业 经济效益的提高。 第一章绪论 伴随广域网i n t e r n e t i n t r a n e t e x t r a n e t 的兴起和拓展，注塑模具网络c a d 系统不再局限于企业内部，全球不同区域的设计人员可以相互协作，共同完 成某项产品的设计。这无疑有利于全球资源信息共享，并符合经济全球化的 要求。 3 人工智能技术在注塑模具c a d 中的应用 一般的c a d 系统都是一种人机交互系统，即系统中包含了使用系统的人。 使用c a d 系统的设计者在系统行为中起着主导和决策的作用，因此设计结果 往往带有人为的因素。人工智能( a i ) 、专家系统( e s ) 和基于知识的系统 ( k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ，k b s ) 技术的发展及其在设计领域的应用，为c a d 技术的发展开辟了新的途径。 智能c a d 系统是一个具有大量知识与经验的程序系统。它采用人工智能 技术，运用知识库中的设计知识进行推理、判断和决策，解决之前必须由人 类专家解决的复杂问题，使c a d 技术的发展达到一个新的水平。由于知识库 中的知识来源于很多人类专家长期积累的经验，因此，一个成功的c a d 专家 系统可以达到甚至超过该领域设计专家的水平。 1 3 本软件的开发背景 尽管目前c a d 技术在造型设计方面有了长足的发展，但设计人员未完全 摆脱繁复枯燥的绘图工作的困境。其重要原因之一就在模具标准化的今天， 各国都产生了自己的标准，当前的c a d 软件系统没有覆盖注射模具所有常用 零件及模架。然而使用大量的标准零件、标准模架，在每一副模具的设计中 是不可缺少的。现在，少数c a d 软件系统提供类似的一些图形库，但不能完 全的互相兼用。在模架的选择过程中，目前都是采用人工计算，根据设计人 员的个人和企业自身经验进行参数确定。如何减少设计过程中的主观因素， 实现模架选择的自动化，直是c a d c a m 软件开发商研究的课题。一些外 国的c a d 软件已经在着手开发类似标准模架的模块，如u gn x 2 的m o l d w i z a r d 模块，p r o e 的e m x 模块，但模架自动选择功能未能实现。 对成型一个塑料制品而言，选择一个模架不仅要涉及到模具加工条件、 加工成本，而且也要涉及到制品的加工条件等很多方面的因素。一副模具从 设计到制造完成周期很长，因此如何减少繁重的设计和制造工作量，来缩短 生产准备时间和降低造价便具有重大的经济意义。实现模具的标准化是模具 制造业的必由之路，我国标准化工作处于初级阶段，标准化程度不高，标准 不够完善，所以在很多情况下已有的标准也不能完全满足企业的需要。充分 考虑以上的情况，m b c a d 三维模架设计系统的设计既要便于企业应用标准 天津科技大学硕士学位论文 模架，也要便于企业根据自身的情况进行再次丌发。 1 4 本论文包含内容 m b c a d 系统是基于a u t o c a d2 0 0 0 的标准模架和零部件数据的数据管 理系统及三维参数化图形生成系统。在此基础上根据相关理论确定成型型腔 数目及型腔布置方案。在并输入必要的参数后，由m b c a d 系统自动选择所 需标准模架；如果由于制品结构的特殊性、型腔数目与排列等原因而未能选 择出适合该产品的标准模架，该系统会要求返回重新设置相应参数并计算； 或者依据同构产品相似设计的原则，设计出合适的非标准模架；不同的用户 也可以根据自身的实际情况建立自己的模架库；在选择或设计模架后，系统 可以完成模架三维图形的生成。在整个设计过程中，简洁明快，减轻了繁重 的计算和绘图工作，有利于提高模具设计的效率。 设计内容包括： 建立标准模架库和标准零件数据库 该模块实现了标准模架和零部件数据库管理。该数据库含有模架的参数， 是模架检索和模架参数化图形绘制模块的数据来源。 建立模架自动选择的方法 分析基于校核过程的注射模模架选择的过程，设计适当的参数，将相应 计算公式编成程序，简化模架选择的计算过程。 确定非标准模架的生成方法 根据相似原理，以标准模架的结构为蓝本，结合校核过程，实现根据制 品参数设计模架。 完成标准模架及零部件参数化三维图形生成 调用标准模架库和零部件数据库，采用参数化绘图技术，自动绘出模架 的三维图形，然后可以选定相应的标准零部件在模架上安装。 完成用户界面模块的设计 利用m f c 的界面功能，设计出了功能完备的交互式对话框界面。 9 第二章m b c a d 开发概述 第二章m b c a d 开发概述 2 1 系统开发软件环境“”1 2 1 1 a u t o c a d 平台 a u t o c a d 是p c 平台的主流c a d 系统，功能强大而且提供了非常开放的 二次开发环境，它是由美国a u t od e s k 公司推出的通用计算机辅助绘图和设计 软件。a u t o c a d 已广泛应用于机械、建筑、电子、航天、造船、石油化工、 土木工程、冶金、地质、纺织等领域，是当今最畅销的c a d 软件之一。a u t o c a d 提供非常开放的二次开发环境，通过对a u t o c a d2 0 0 0 的二次开发，可以方 便利用a u t o c a d 内部的各种功能，为各行各业的用户开发专用的c a d 设计工 具，极大地提高设计生产效率。 a u t o c a d 具有强大的二维图形功能，如绘图、编辑、图案绘制、尺寸标注 等功能，同时也有部分三维功能。目前a u t od e s k 公司已经发布a u t o c a d2 0 0 4 ， 在二维图形功能不断完善的基础上，三维功能也得到了很大的增强，如提供 了一些实体图形的绘制、实体之间的布尔运算等。 本软件采用a u t o c a d2 0 0 0 为开发平台。目前支持a u t o c a d2 0 0 0 的二次 开发环境主要有：a u t ol i s p v i s u a ll i s p 、a d s 、v b a 、j a 、，a 、o b j e c ta r x 等几种。o b j e c t a r x 是目前最有发展潜力的开发工具，用于开发a u t o c a d 2 0 0 0 的o b j e c ta r x2 0 0 0 目前只支持m i c r o s o f t v i s u a lc + + 6 0 编译器，它比前面的 工具更难以掌握，功能也更强。在v i s u a lc + + 6 0 的集成环境下，可利用m f c 和o b j e c ta r xs d k 提供的o b j e c t a r xa p p w i z a r d 自动产生程序代码，实现程 序初始化等必要的功能。 2 1 2 二次开发工具o b j e c ta r k 简介 1 o b j e c ta r x 开发包 a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ，实时运行扩展) 是美国a u t od e s k 公司继a u t o l i s p 、a d s 之后的开发工具，它是一个真正面向对象的w i n d o w s 图形操作系统的a u t o c a d 二次丌发工具。 在o b j e c ta r x 环境下丌发的程序称为a r x 应用程序( a r xa p p l i c a t i o n ) 。 a r x 应用程序不再是一个独立的进程，而是一个d l l ( 动态连接库) ，它共 享a u t o c a d 的地址空间，能够直接利用a u t o c a d 的内核代码，直接访问 a u t o c a d 的数据库、图形系统及几何造型核心，在运行期间实时扩展a u t o c a d 具有的类及其功能，建立与a u t o c a d 内部命令运行模式相同的新命令。 l o 天津科技大学硕士学位论文 开发a r x 应用程序需要o b j e c ta r x 提供的a r x s d k 。a r xs d k 工具 包主要提供了开发a r x 应用程序所需的库文件、头文件、程序设计示例和有 关的使用说明。在a u t o c a d 的不同版本运行的a r x 应用程序需要不同的o b j e c t a r x 开发环境的支持和各自的编译连接工具。开发a u t o c a d2 0 0 0 ，就要用 o b j e c ta r x 2 0 0 0s d kf o ra u t o c a d2 0 0 0 。a r x 库包含了一系列工具，开发者 利用a u t o c a d 的开发体系结构可方便的直接访问a u t o c a d 的内部数据结构、 图形系统以及进行内部命令定义。a r x 环境主要由a c r x 、a c e d 、a c d b 、a c g i 和a c g e 类库组成。a c r x 库提供了系统级类，用于捆绑应用程序和运行时类 的注册和鉴别，a c r x 库同时提供了大量的宏定义，用于创建新的a r x 类；a c e d 库提供了命令定义和注册类，还提供了系统事件通报类ia c d b 库是a u t o c a d 数据库接口例程库，可对图形对象和非图形对象进行查询和操作；a c g i 库是 a u t o c a d 实体渲染图形接口库，用来完成图形实体的绘制工作：a c g e 为公共 几何对象实用工具库。 从a u t o c a d 的发展趋势看，在利用v i s u a lc 十+ 编制具有w i n d o w s 风格的 用户接口方面，o b j e c ta r x 将会提供更多的类和函数，从而代替a d s 。 o b j e c t h r x 具有面向对象c + + 的开发环境，功能强大、运算效率高。利用广大 程序员熟悉的v i s u a lc + + 6 0 开发环境来开发a u t o c a d ，更充分发挥a u t o c a d 的功能。通过在c a d 系统中的应用表明它的许多新特性能实现许多原开发 环境难以实现的功能，提高了开发效率。o b j e c ta r x 代表着a u t o c a d 二次开 发的方向，将成为新一代a u t o c a d 应用软件开发的首选工具。 2 o b j e c ta r x 程序开发与运行 a u t o c a d 图形是一个存储在数据库中对象的集合，这些对象不仅可以表示 图形实体，也可以表示内部结构。o b j e c ta r x 程序通过访问这些数据库，建 立用户所期望的图形实体，同时通过编辑器通信的类和成员函数建立a u t o c a d 的注册命令，并接受和回应发生在a u t o c a d 内部的各种事件。并在使用m f c 的基础上创建用户界面( g u i ) ，使程序操作简洁明快。 3 o b j e c ta r x 程序的特点 由a r x 开发工具开发的程序是w i n d o w sd l l 程序，a r x 可以与 a u t o c a d 的另外两个开发工具a u t o l i s p 及a d s 共同工作，从效率和功能上 说，a r x 应用程序远高于前两者。在以下几个方面具有自身的特点。 o b j e c ta r x 程序的面向对象的特性。o b j e c ta r x 应用程序以c + + 为开发 语言，具有面向对象方式的数据可封装性、可继承性、以及多态性等特点， 用其开发的工程c a d 软件具有模块性好、独立性强、连接简单、使用方便、 内部功能高效实现以及代码可重用性高的优点，并且支持m f c ( m i c r o s o f l 第二章m b c a d 开发概述 f o u n d a t i o nc l a s s ) 基本类型，能简洁并高效地实现许多复杂功能。在a u t o c a d a r x 编程环境中包括大量c + + 库，允许用户开发a u t o c a d 应用程序，扩充 a u t o c a d 类和协议，以及创建与a u t o c a d 的内部命令一样新操作命令。在 o b j e c ta r x 中使用m f c ，可以使设计的a r x 应用程序在a u t o c a d 中具有类似 w i n d o w s 应用程序那样良好的用户界面。而利用m f c 中的o d b c ，可以使我们 的应用程序更好的与备种数据库相连和进行各种数据库的管理操作，增强 a u t o c a d 对产品数据的管理功能。 a r x 程序与a u t o l i s p 有不同的注册与执行方式。a u t o l i s p 命令由 a u t o l i s p 解释器逐行解释并请求a u t o c a d 执行，a d s 命令由a d s d e f u n 0 注册 成为a u t o l i s p 外部命令，作为a c r x e n t r y p o i n t0 外部函数由a u t o l i s p 解释 器装入、解释并请求a u t o c a d 执行，不能用a u t o l i s p 命令函数或a d s c o m m a n d 激活。 a r x 程序是d l l 程序，它与a u t o c a d 之间采用消息传递机制直接通信， 并用a c r x e n t r y p o i n t ( ) 函数建立消息传递的入口。a u t o c a d 通过e n t r y p o i n t0 函数来调用a r x 程序，该程序也是由一组命令组成，a r x 命令通过 a c e d r e g c m d s 0 宏负责注册，一经注册，即被添加到a u t o c a d 的原始命令集中， 与k u t o c a d 自身固有命令一样，这样执行a r x 应用程序所需的系统开销最小。 2 。1 3m sv i s u a lc + + m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 ( 简称v c + + 6 0 ) ，是微软可视化编程套件v i s u a l s t u d i o 中的重要组成部分。这套功能强大的w i n d o w s 应用程序开发系统是由 m i c r o s o f tc c + + 演化而来的，从m i c r o s o f tc c + + 8 0 开始改称为v i s u mc 十十， 一直发展到今天的v i s u mc + 十6 0 。 v i s u a lc + + 平台是当前w i n d o w s 应用开发系统中与w i n d o w s 平台本身支 持最彻底的开发平台。v i s u mc + + 6 0 包含了支持w i n d o w s 9 5 ，w i n d o w sn t 4 0 以及w i n d o w s 9 8 的w i n 3 2s d k 文档，即人们可以在v i s u a lc + + 环境下使用 w i n d o w ss d k 的s d k 文档提供的a p i 来进行w i