（材料加工工程专业论文）基于solidworks筒形件拉深模cad系统的研究.pdf

基于s o l i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 摘要 筒形件拉深模具在汽车、拖拉杌、飞机、钟表、电器和仪表中 得到了广泛应用，市场前景良好。目前，三维筒形件拉深模c a d 系 统的研究和开发较为滞后，三维系统的开发迫在眉睫，本研究对于 促进模具三维软件的开发、提高模具设计质量和生产效率、推进模 具行业的快速成型技术和促进制造业的全面发展，均具有重要的研 究价值。 本文以开发一套实用、可行、完整、先进的筒形件拉深模c a d 系统为中心，采用w i n d o w sx p 为操作系统、v i s u a lb a s i c6 0 为编程 工具、s o l i d w o r k s2 0 0 6 为图形处理软件、m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 3 为数 据库管理系统，针对筒形件拉深模设计的内容和特点，开发出筒形 件拉深模三维设计系统。 基于软件工程学的结构化分析方法的理论，建立筒形件拉深模 c a d 系统的数据流图，确立系统的总体结构，将整个系统分为主控 程序、零件信息输入模块、工艺分析与计算模块、模具设计模块、 三维模型的生成模块数据库和图形库六大模块。在此结构上，将工 艺分析与计算模块分成1 2 个子模块，模具设计模块分为1 7 个子模 块，并确立了具体的模块结构图，详细地叙述了拉深模完整的设计 过程及各个模块的理论支持。 研究发现，拉深模c a d 系统用到了大量的数据库，包括工艺参 数、工艺计算结果、模具设计理论、模具零件参数等数据库，因此 选择a d o 数据库访问技术对数据进行访问。为用户更方便的查询数 据，采用a d o 数据控件与d a t a g r i d 相结合的方式，使数据库中的数 据可视化，并详细地讲解了其操作原理。系统以v b 语言为客户端， 结合a c c e s s 建库，通过a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术控制服务端 s o l i d w o r k s 自身二次开发接口a p i 函数，调用其对象、属性、方法， 实现s o l i d w o r k s 的二次开发，获取了v b 调用s o l i d w o r k s 的机理。 本系统的三维零部件设计应用了参数化设计理论、a c t i v e a u t o m a t i o n 技术并充分应用到s o l i d w o r k s 的宏等技术，故详细介绍 了上述几项技术的原理。之后，叙述了拉深模c a d 系统使用到的最 主要的s o l i d w o r k sa p i 。基于上述理论，创立了拉深模需要的参数化 三维零件库，以设计零件为例，说明了三维标准件库建立的方法和步 骤。 最后以给出的一个制件为依据，运行了拉深模c a d 系统，实现 了拉深工艺分析，计算毛坯直径、拉深系数、拉深次数、工艺力等 工艺参数，计算模具零件尺寸，进而进行了模具各零部件的三维设 计，最后进行了模具的自动装配。从而以验证系统的可行性和稳定 性。 关键词：拉深模，s o l i d w o r k s ，参数化设计，拉深工艺，数据库 r e s e r c ho nc a ds y s t e mo fc u pd r a w i n g d i eb a s e do ns o l i d w o r k s a b s t r a c t c u pd r a w i n gd i eh a sb e e nw i d e l ya p p l i e dt oa u t o m o b i l e s ，t r a c t o r s ， a i r c r a f t ，w a t c h e s ，e l e c t r i c a la n di n s t r u m e n t ，a n dh a sg o o dm a r k e t p r o s p e c t s c u r r e n t l y , t h e r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o ft h e t h r e e - d i m e n s i o n a lc a ds y s t e mo ft h ec u pd r a w i n gd i eh a sb e e ns l o w , s o t h et h r e e d i m e n s i o n a ls y s t e md e v e l o p m e n ti si m m i n e n t t h es t u d yh a s a n i m p o r t a n tr e s e a r c h v a l u eo n d e v e l o p i n gt h ee x p l o i t a t i o no f3 d s o f t w a r ef o rd i e ，i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fm o l dd e s i g na n dp r o d u c t i o n e f f i c i e n c y ，p u s h i n gr a p i dp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g yo fd i ei n d u s t r ya n d p r o m o t i n gt h ec o m p r e h e n s i v ed e v e l o p m e n to ft h em a n u f a c t u r i n gs e c t o r t h et h e s i sd e v e l o pap r a c t i c a l ，f e a s i b l e ，c o m p l e t ea n da d v a n c e d c a d s y s t e mo fc u pd r a w i n gd i ef o rt h ec e n t e r i ta d o p t e dw i n d o w sx p a st h eo p e r a t i n gs y s t e m ，v i s u a lb a s i c6 0a st h ep r o g r a m m i n gt o o l ， s o l i d w b r k s2 0 0 6a st h eg r a p h i cp r o c e s s i n gs o f t w a r ea n dm i c r o s o f t a c c e s s2 0 0 3a sd a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m at h r e e d i m e n s i o n a l c a d s y s t e mo fc u pd r a w i n gd i ew a sd e v e l o p e da i m i n ga tt h ec o n t e n t s a n dc h a r a c t e r i s t i c so fc u pd r a w i n gd i e s t h ed a t as t r e a mc h a r to ft h ec a d s y s t e mo fc u pd r a w i n gd i ew a s e s t a b l i s h e db a s e do ns t r u c t u r e a n a l y s i st h e o r y o ft h es o f t w a r e e n g i n e e r i n g t h eg r o s ss t r u c t u r eo ft h es y s t e mw a sr a d i c a t e d t h ew h o l e s y s t e mw a sd i v i d e di n t o s i xm o d u l e si n c l u d i n gt h em a s t e rp r o g r a m m o d u l e ，i n f o r m a t i o ni n p u to fp r o d u c tm o d u l e ，t h ec r a f t w o r ka n a l y s i s a n dc a l c u l a t i o nm o d u l e ，t h ed i ed e s i g nm o d u l e 。t h et h r e e d i m e n s i o n a l m o d e lg e n e r a t i o nm o d u l ea n dt h ed a t a b a s ea n dg r a p h i c sd a t a b a s e t h e c r a f t w o r k a n a l y s i s a n dc a l c u l a t i o nm o d u l ew a sd i v i d e di n t o12 s u b m o d u l e sa n dt h ed i ed e s i g nm o d u l ew a sd i v i d e d 。i n t o17s u b m o d u l e s a g a i nb a s e do nt h es i xm a i nm o d u l e s t h e nt h e i rm o d u l es t r u c t u r ec h a r t s w e r eb u i l t t h ew h o l ed e s i g n p r o c e s s o ft h e d r a w i n gd i ea n dt h e a c a d e m i cs u p p o r to fe a c hm o d u l ew e r er e c i t e dd e t a i l e d l y i tw a sf o u n dt h a tl a r g en u m b e ro fd a t a b a s e sw e r eu s e di nt h ec a d s y s t e mo ft h ed r a w i n gd i e ，i n c l u d i n gt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r s ，t h e r e s u l t so fc r a f t w o r kc a l c u l a t i o n ，t h et h e o r i e so fd i e d e s i g n ，t h e p a r a m e t e r so fd i ep a r t se t c s oa d o d a t a b a s ei n t e r v i e wt e c h n o l o g yw a s c h o s e nt ov i s i td a t a i no r d e rt oc o n v e n i e n tf o ru s e r si n q u i r i n gd a t a ， u s i n ga d od a t ac o n t r o la n dd a t a g r i da s s o c i a t e dm o d em a d et h ed a t a v i s u a l i z e da n dt h e nt h e o p e r a t i o np r i n c i p l e s o fi tw e r ei n t r o d u c e d d e t a i l e d l y t h es y s t e m t o o kv bl a n g u a g ea st h ec u s t o m e re n d c o m b i n i n ga c c e s st oc o n s t r u c td a t a b a s e s ，a n dc o n t r o l l e dr e d e v e l o p m e n t i n t e r f a c ea p if u n c t i o n so fs o l i d w o r k sa ss e r v i c ee n d t h r o u g h a u t o m a t i o na c t i v e x t e c h n o l o g y t h eo b j c o t s ，a t t r i b u t e sa n dm e t h o d so f a p lw e r et r a n s f e r r e dt or e a l i z et h er e d e v e l o p m e n to fs o l i d w o r k s t h e m e c h a n i s mo fv b t r a n s f e r r i n gs o l i d w o r k sw a so b t a i n e d t h ed e s i g no ft h et h r e e d i m e n s i o n a lp a r t si nt h es y s t e ma p p l i e d p a r a m e t e r so ft h ed e s i g nt h e o r y ，a c t i v ea u t o m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h e u s eo fs o l i d w o r k sm a c r ot e c h n o l o g y t h e r e f o r e ，t h ea b o v ep r i n c i p l e s w e r ed e t a i l e d l ya c c o u n t e d s u b s e q u e n t l y ，t h ed r a w i n gd i ec a ds y s t e m u s i n gt h em a i ns o l i d w o r k sa p lw a sd e s c r i b e d b a s e d o nt h ea b o v e t h e o r y ，t h ep a r a m e t r i c3 dp a r t sl i b r a r i e so ft h ed r a w i n g d i ew e r ec r e a t e d f o rt h ed e s i g no fp a r t se x a m p l e ，t h et h r e e - d i m e n s i o n a ls t a n d a r dp a r t so f t h eb u i l d i n gm e t h o d sa n ds t e p sw e r ea c c o u n t e d f i n a l l yg i v e nac o m p o n e n tb a s i s ，t h ed r a w i n gd i eo fc a ds y s t e m w a so p e r a t e d t h ea n a l y s i so nd e e pd r a w i n gt e c h n i c s ，t h ec a l c u l a t i o no f t h er o u g h c a s td i a m e t e r ，d r a w i n gc o e f f i c i e n t ，t h en u m b e ro fd r a w i n g ， e r a f t sp o w e r ，a n ds oo n ，t h ec a l c u l a t i o no ft h ed i ep a r t ss i z ew e r e r e a l i z e d ，t h e nt h et h r e e - d i m e n s i o n a lm o l dp a r t sw e r ed e s i g n e d a tl a s t ， t h em o l dw a sa u t o m a t i c a l l ya s s e m b l e ds oa st ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t ya n d s t a b i l i t y k e y w o r d s ：d r a w i n gd i e ，s o l i d w o r k s ，p a r a m e t r i cd e s i g n ，d r a w i n g p r o c e s s ，d a t a b a s e 基于s o l i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：狴煎 日期： 至q qz 生6 旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阔；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：塑! 照导师签名： 垂辇 日期：2 q q i 生巨月 基于s o l i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 1 综述 1 1 拉深模概述 拉深是将具有一定形状的平板毛坯通过拉深模制成各种形状的开口空心 零件的工序。由于具有生产率高、加工成本低、材料利用率商、产品尺寸精度 稳定、容易实现机械化和自动化等一系列优点而广泛应用于汽车、航空、仪表、 电子企业等。但随着工业生产和科学技术的迅猛发展、市场需求的增加、产品 更新换代速度的加快，产品生产正在向复杂、精密、多品种、高质量和交货期 短的方向发展，这就要求模具生产有更短的周期、更低的成本和更高的质量。 依赖于经验和手工技能的传统模具生产方式已不能满足这种需求，而采用 c a d c a e c a m 技术是解决这一矛盾的根本途径。实践表明，模具生产采用 c a d c a e c a m 技术后，不仅工艺性、可靠性提高，而且使模具生产效率提高 几倍至几十倍，其成本下降5 0 左右，模具生产周期可缩短5 0 至7 0 ，其 效益十分明显。 1 2c a d 技术 1 2 1c a d 技术简述 c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 起源于二十世纪六十年代初，1 9 6 3 年美国 麻省理工学院博士研究生i v a n s u t h e r l a n d 在一篇为“计算机辅助设计纲要”的 论文中，首次提出计算机辅助设计( c a d ) 的概念，揭开了对c a d 系统开发 的序幕。六十年代后期，随着计算机软硬件技术的发展，利用计算机绘图变为 可行，c a d 技术开始迅速发展。c a d 技术中以二维绘图为主要目的的算法一 直持续到七十年代中期。此后，c a d 技术有了发展。在其发展中。经历了由 简单的线框式系统到三维曲面造型，由三维曲面造型到三维实体造型，由三维 实体造型到三维参数化设计，由三维参数化造型到三维变量化技术的四次飞 跃。c a d 技术的每次重大飞跃都带动了c a d c a m 整体技术的提高以及制造 手段的更新。随着社会的进步和计算机技术的发展，c a d 技术将不断向前发 展。 c a d 技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机在工程领域中最有 影响的应用技术之一，c a d 技术自起源至今，在工程和技术领域已获得了越 来越广泛的应用。 陕西科技人学硕士学留沦文 1 2 2 二维c a d 技术的发展 二维c a d 技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，c a d 的含义 仅仅是计算机辅助绘图。二维c a d 技术一经出现就得到了迅速的发展。二维 c a d 技术的出现是c a d 发展史上的第一个里程碑，它使设计师彻底地“甩掉” 了图板，解决了手工绘图所带来的诸多弊端。大大降低了设计人员工作量。从 最初的电子图板，到时下在国内使用最为广泛的a u t o c a d ，二维c a d 以其特 有的适应性、开放性、操作简单、方便、智能等优点在工程设计中发挥了重要 作用。由于我国在原创c a d 技术上远远落后于世界发达国家，目前我国工程 界普遍使用的是国外商品化的二维c a d 系统，其系统标准绝大多数采用i s o 、 b s l 、j i s 、a n s 等国际标准，这些标准与我国国标有许多不同，不符合我国 工程设计习惯，对我国工程设计人员来说直接使用这些二维c a d 系统十分不 便。同时，商品化的二维c a d 系统是面向大的行业开发的，不可能全面满足 生产各色各类产品的不同企业的具体需求。这样问题的客观存在，促使我国工 程设计人员、高校研究人员纷纷对国外商品化的二维c a d 系统进行标准化和 本化的二次开发。其中，对a u t o c a d 的二次开发技术尤为成熟，开发内容 涵盖了国标工程图模版，国标标准件库、粗糙度、形位公差、尺寸公差等诸多 方面。 清华天河推出的p c c a d 就是基于a u t o c a d 杰出二次开发的产品之一。 p c c a d 与a u t o c a d 无缝集成，实用、强大，其绘图功能充分考虑了工程设计 的特点；标注系统在符合国标的同对，更多的满足了工程设计筛的标注习惯； 开放的词句库、技术条件集成、文字排版处理等对p c c a d 来说跟绘图一样简 单实用；有完整齐全的工程标注、国际符号库及零件库、常用参数化图素、超 级表格设计及生成、常用机械零件设计、项目设计管理系统等1 1 1 。除对a u t o c a d 基本功能增值开发之外，开发人员在铸造工艺、机构运动简图绘制、塑料注塑 模等特殊产器设计需要方面对a u t o c a d 迸行了针对性的二次开发，解决了传 统铸造工艺手工设计费工费时，无法直接调入a u t o c a d 中设计问题；简化了 机构运动简图的绘制，且程序文件设计运用标准化原则，使绘出的图形更规范； 实现了标准模架与非标准模架自动选择及模架主要零部件自动绘制的应用系 统。二维c a d 的二次开发很好的排除了企业二维c a d 设计工作中的壁垒。 目前，对国外商品化的二维c a d 系统的二次开发技术已相当成熟。 1 2 3 三维c a d 技术的发展 c a d 技术经历了从二维绘图为目标到三维设计为目标的革命性本质变化。 二维c a d 技术由于与生俱来的计算机辅助绘图特征，难以有效帮助设计人员 2 基于s o l i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 的产品设计工作。随着计算机技术的飞速发展，以及数值算法( 贝赛尔算法使 人们用计算机处理曲线及曲面问题变得可行) 、视频、模拟等技术的全面发展， 推动了以辅助设计为目的的三维c a d 技术的发展。二十世纪七十年代末八十 年代初诞生了设计工程师梦寐以求的能帮助设计人员进行设计的三维c a d 系 统。从系统功能、使用性能、表达方式到技术先进性等方面，三维c a d 系统 要远远优于二维c a d 系统。 目前，三维c a d 软件不仅仅能有效帮助设计人员创建实体模型，而且能 有效帮助设计人员利用设计出的三维实体模型进行模拟装配和静态干涉检查、 机构分析和动态检查、动力学分析、强度分析等，同时它们更注重设计出模型 后的处理工作。尽管如此，国外商品化的三维c a d 系统与国外商品化的二维 c a d 系统一样是为工业发达国家企业开发的，产品设计的诸方面仍不符合我 国国家设计标准，在企业应用中仍然需要进行本土化的二次开发工作。近年来， 针对这一需求，我国不少研究人员都或多或少地进行过三维c a d 二次开发的 尝试。 在北京航空航天大学教授成传贤、李天的指导下，其硕士研究生进行了 u g 系统二次开发的研究，以实现飞机复杂型面在u g 中的提取1 2 j ；华南理工 大学赖朝安博士、北京航空航天大学张景赛博士都曾进行过p r o e 二次开发关 键技术研究，运用p r o e 提供的二次开发工具p r o t o o l k i t 实现由程序动 态地、自动地进行特征建模的功能，所建模型能由程序自动加入较为丰富的非 凡何特征，并存入模型统一的数据库、特征库中，该用户定义特征的方法适用 于所有的模型的程序自动建模，对其它所有的产品模型有很大的借鉴意义，其 研究并开发的p r o e 与m f c 的接口，突破了p r o ，t o o l k i t 的局限，克服了 在p r o e 上进行二次开发的技术难题例；s o l i d w o r k s 尽管面世较晚，但也有学 者及工程开发人员对其进行了初步的二次开发尝试。如辽宁工学院的李卫民、 刘淑芬以及淮安市广播电视大学的张莉分别探讨了三维实体造型软件 s o l i d w o r k s 的特点及二次开发接口并详细叙述了的a c t i v c x a u t o m a t i o n 技术和 开发s o l i d w o r k s 的原理和方法h 1 ；浙江大学的吴央芳、杨洁分别进行了基于 s o l i d w o r k s 的精密级进模具c a d 系统的研制和工艺设计，在研究和分析级进 模设计方法、引线框架级进模特点以及三维c a d 支撑软件s o l i d w o r k s 二次开 发方法的基础上，系统研究并开发了用于集成电路引线框架的精密级进模计算 机辅助设计系统吲。在2 0 0 4 年期间，四川大学的刘志学应用软件工程化思想、 数据库技术、o l e 自动化技术、特征建模技术以及参数化设计技术，对冲压模 具设计资源与三维图库软件系统的开发进行了研究 6 1 。2 0 0 5 年，大连理工大学 3 陂j ，q 科技大学硕士学位论文 的张晓在s o l i d w o r k s2 0 0 3 平台下，利用组件技术设计和开发了面向装配的客车 件弯曲模c a d 系统，系统实现了常见客车弯曲件的模具系统的设计，从零件的 工艺计算、回弹重建到模具系统的结构设计、装配等，二维工程图纸的定制生 成以及二维工程图纸在s o l i d w o r k s 环境下的优化拼合1 7 l 。大连理工大学的罗丹 对客车件的冲裁模进行了研究和开发；山东大学的刘军华研究了k b s 技术、 参数化设计技术在洼塑模具c a d 系统中的应用。并配合使用自动装配技术，以 s o l i d w o r k s 为平台开发了智能注塑模具c a d 系统，实现了注塑模具的智能化、 自动化设计等1 9 l 。这些研究成果大大促进了s o l i d w o r k s 二次开发研究工作的进 展。 三维c a d 系统较之于二维c a d 系统复杂得多，系统的二次开发技术的 突破难度较大。到目前为止，三维c a d 二次开发研究工作远没有二维c a d 二 次开发研究工作成熟。 1 3 模具c a d 技术 1 3 1 模具c a d 技术的产生 在机械、电子、轻工、汽车、纺织、航空、航天等工业领域，模具只益成 为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些工业领域6 0 9 0 的产品零件、组件和部件的加工生产。因此，模具工业是国民经济的基础产 业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平和产品的开发能力。模具 技术的发展直接关系到产品的质量、生产效率、更新和发展。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。其中，c a d 技术在模具生 产中的应用占有很重要的地位，它被认为是现代模具技术的核心和重要发展方 向。 模具生产的重要特点是生产效率高、材料利用率高、生产互换性好。作为 工业生产中的重要工艺装备，模具具有品种多、数量大、更新换代快、单件生 产等特点，是典型的技术密集型产品，其结构复杂，设计、制造难度高。在模 具设计中，传统的人工设计方法存在以下缺点：查阅数据、表格需要花费较多 的时间和大量的重复劳动，影响设计速度；对人的设计经验有极大的依赖性。 这对于一般经验不足的设计人员会带来一定的困难；既使经验丰富的设计人 员，在手工设计中，也不可能进行大量方案的详细计算、分析和比较，因此设 计结果往往不能达到最佳效果。 1 3 2 模具c a d 技术的特点 a 模具c a d 的概念 4 基于s o l i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 模具c a d 是指在c a d 系统软、硬件支持下，计算机辅助设计者完成模 具的全部设计过程，最后输出符合设计要求的设计结果和产品图样州。 b 模具c a d 的特点 在模具c a d 中，计算机以运算速度快、存储量大、重复劳动耐力强、精 确度高等方面见长，而人以学习、分析、判断、决策等能力为优，人机特性的 互补关系得到了最好的体现，同时也反映出“计算机辅助”这一概念的真正含 义所在。人机特性的良好发挥，赋与了模具c a d 技术无限的生命力。 c 模具c a d c a m 的优越性 模具c a d c a m 的主要优点 1 0 l ： 1 ) 提高产品质量。计算机对计算数据处理的高精度，带来了模具制造 的高精度及精确性，大幅度地提高了产品质量。 2 ) 缩短了产品的设计制造周期。模具设计的优化及制造的精确性，尤 其是技术数值模拟技术的应用，使复杂模具的设计制造和装配，特别是复杂模 具的调试、修改时间大大缩短，从而缩短了产品的设计制造周期，提高了生产 率。 3 ) 计算机系统的强大的图形处理、数据搜索及高速运算的功能，把人 从繁重重复的计算、制图、查标准资料等简单的劳动中解放出来，能更好地从 事创造性工作。 4 ) 通过计算机网络进行模具设计、制造与生产之问的必要数据交流， 从而可快速地协调和优化设计与制造的整个过程，以达到最优。 5 ) 人类模具工程师由于各方面的限制可能出现设计的不稳定性，而计 算机能以一天2 4 小时稳定高速的工作，不会出现遗漏、失误等。 据初步测算，模具c a d c a m 应用的效益为1 1 1 1 ： 1 ) 降低工程成本1 3 3 0 ； 2 ) 减少模具产品从设计到投产的时同为3 0 6 0 ； 3 ) 提高产品质量5 1 0 倍； 4 ) 增加分析问题广度及深度的能力3 3 5 倍； 5 )降低人工成本5 2 0 。 1 4 国内、外模具c a d 技术的发展与应用现状 1 4 1 国外模具c a d 技术的发展与应用现状 国外从2 0 世纪6 0 年代初就开始了模具c a d c a m 的应用研究工作，到 7 0 年代已研制了模具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，受到世界各国的普遍重视。 5 陕曲科技大学硕士学位论文 1 9 7 3 l ：美国的d i e c o m p 公司率先研制成功p d d c 连续模系统。该系统 的基本输入包括数字化的零件图、材料代码与特性，使用者还可以规定合适的 模具结构形式，从而提高了设计质量，缩短了设计时间。手工设计需8 周完 成的工作，使用该系统2 周便呵完成，整个生产准备时间由原来的1 8 周缩 短至6 周f 。 1 9 7 7 年捷克斯洛伐克金属加工工业研究院研制成a k t 冲模c a d 系统。 该系统可进行简单模，复合模及连续模的冲载模设计，使模具的生产周期由原 来的1 个月缩短为8 天，成本可节约一半左右1 1 2 。 1 9 7 8 年日本机械工程实验室建立的m e i 连续模设计系统和1 9 7 9 年同本旭 光学工业公司研究成功的冲孔模和弯曲模p e n t a x 的c a d 系统，将模具设 计时问缩短为原手工设计的1 51 1 0 。1 9 8 2 年日本日立公司开发的冲模c a d 系统，设计一副连续模所需时间由原来的平均2 0 天，缩短为5 天m ，。 1 9 8 5 年日本n i s s i n 精密机器公司采用了冷冲模c a d c a m 系统。该公 司对系统提出的要求是能自动进行数控( n u m e r i c a l c o n t r 0 1 ) ( 简称n c ) 编程； 适应性强，能满足用户的各种要求；系统软件能按照使用厂的需要迸行二次开 发；系统易扩展；如需要可增加工作站。这套系统具有建立几何模型、设计级 进冷冲模、生成n c 纸带等功能1 1 4 | 。 进入2 0 世纪9 0 年代，国外模具c a d c a m 技术向着更高的阶梯迈进。在 8 0 年代的基础上，在软件结构、产品数据管理、面向目标的开发技术、产品建 模和智能设计，质量检测等方面有所突破，为实现并行工程提供了更完善的环 境，模具c a d c a m 的功能更完善，应用也更加普及 1 5 1 。2 0 0 2 年在第九届国 际模具技术和设备展览会上，国外模具c a d c a m 开发商推出了更人性化、集 成化和智能化的专用系统。如以色列c i m a t r o n 公司的q u i c k 系列产品，能在 统一的系列环境下，使用统一的数据库，完成产品设计，生成三维实体模型， 在此基础上进行自动分类，生成凸、凹模，完成模具的结构设计，能方便地对 凸、凹模进行自动的n c 加工。又如英国d e l c a m 公司推出的p o w e rs h a p e 系统，包括有p s m o l d m a k e r 模块，是面向模具制造的模具结构设计专家系统， 可自动为复杂注塑模、吹塑模创建模具结构及抽芯机构、自动产生分模面，加 工信息被自动封装，并可直接输出到p o w e r m i l l 模块，自动产生加工程序【- t j 。 模具c a d c a m 技术的迅猛发展为模具工业提供了强有力的技术支持，早 在2 0 世纪8 0 年代末，美国、日本等工业发达国家的模具生产已有近5 0 采用 了模具c a d c a m 技术。到本世纪初，模具c a d c a m 技术在国外已基本普 及1 1 7 l 。在c a d 的应用方面已超越了二维绘图的初级阶段进入到了高级的三维 6 基于s o l i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 设计阶段。目前，三维设计已达到了7 0 8 9 ，p r o e 、u g 、s o l i d w o r k s 、 c i m a t r o n 等软件的应用很普遍。 1 4 2 国内模具c a d 技术的发展与应用现状 由于硬件资源的影响，我国模具c a d c a m 的研究工作起步较晚，1 9 7 8 年 上海交通大学与上海星火模具研究所开始了简单冲裁模c a d c a m 的研究工 作1 1 l l 。1 9 8 3 年初成立上海交大模具技术研究所，建立了c a d c a m 研究中心， 开展冲裁模、注塑模的c a d c a m 研究工作。 。 随后，国内一些院校和研究单位也陆续成立了模具c a d c a m 研究中心 或研究室。其中，华中理工大学在精冲模、冲裁模、汽车覆盖件的c a d c a m 方面，浙江大学在普通冲裁模以及智能级进模的c a d c a m 方面，西安交通大 学主要在普通冲裁模、弯曲级进模以及拉延模的c a d 方面等，都取得了一些 研究成果，有些己开始在工业上进行初步应用。 2 0 世纪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、提高等稳定发展阶段。如上海交通大学国家模具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c a d 系统中装配图与零件图的一致性设 计问题1 1 9 1 。 近年来，我国自主开发的c a d c a m 软件有了很大的发展。如华中理工大 学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模 c a d c a m 软件，上海交通大学模具c a d 国家工程研究中心开发的冷冲模和 精冲模c a d c a m 软件，北京机电研究所开发的锻模c a d c a m 软件，北航华 正软件工程研究所开发的c a x a 软件，吉林汽车覆盖件成形技术所独立研制的 商品化覆盖件成形分析k m a s 软件等在国内大型企业中有了较为广泛的应用 1 2 0 l 。 目前，国内模具企业已有相当多的厂家采用了模具c a d 技术。以美国 a u t o d e s k 公司的a u i o c a d 为代表的一批绘图软件正在模具行业中普及，计 算机绘图正在逐步取代手工绘图，但其模具c a d7 - 作的相当部分也只是用计 算机画图和进行二维设计，少数企业引进了高档三维设计软件，如s o l i d w o r k s 、 p r o e 、u g 、i - d e a s 、e u c l i d i s 等，在模具设计过程中采用了三维c a d 软件 进行设计。只有极少数的企业的模具设计和制造能力接近国际先进水平1 2 i l 。 1 5 模具c a d c a m 技术的发展趋势 ， 二十一世纪c a d 技术发展的主要趋势是标准化、集成化、智能化和网络 化。而在模具行业中所追求的目标是提高产品质量及生产效率，缩短设计及制 7 陕西科技大学硕士学位论文 造周期，降低小产成本，最大限度地提高模具制造的应变能力，满足用户要求。 因此，模具c a d c a m 的发展趋势可归纳为七个特征：标准化、集成化、特 能化、与网络更深入地结合、虚拟现实技术的应用，反求技术的应用和快速成 形技术的应用。 a 标准化 模具标准化是模具工业建设的基础，也是现代模具生产技术的基础。除了 c a d 支撑软件逐步实现i s o 标准和工业标准外，面向应用的标准模具零部件 ( 零部件库) 也已成为c a d 系统的必备内容，且应向着合理化模具设计的应 用方向发展。c a d 软件一般应集成在一个异构的工作平台上，为了支持异构 跨平台的环境，就要求它是一个开放的系统，这个问题主要靠标准化技术来解 决 b 集成化 现代模具设计与制造系统不仅应强调信息的集成，更应强调技术、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，串 并行工作机集成及人员集成，这才更适合未来制造系统的需求。 c 智能化l 应用人工智能技术实现产品寿命周期各个环节的智能化，实现生产过程各 个环节的智能化，以及模具设备的智能化同时，也要实现人与系统的融合及人 在其中智能的充分发挥。当前，在人工智能系统中应用人工智能技术主要有专 家系统、人工神经网络、遗传算法、模糊系统等。 d 与网络更深入地结合 随着互联网的蓬勃发展，网络在模具技术中应用也将越来越广泛。 1 ) 利用基于网络的c a d c a p p c a m p d m ( 产品数据管理) 集成技术， 可实现真正的全数字化设计与制造。在设计过程中，模具企业利用计算机技术 实现并行工程i ：3 1 ，将大大提高产品的设计效率和质量。在设计方法上，模具企 业将越来越多地通过p d m 的产品培植功能来利用系列件、标准件、借用件、 外构件，以完成模具的设计工作，减少不必要的重复设计。通过在p d m 环境 下进行模具设计，实现完全无图样的设计；通过c a d c a m c a e 的集成，实 现全数字化制造。 2 ) c a d c a p p c a m p d m 技术和e r p ( 企业资源计划) 、s c m ( 供应 链管理) 、c r m ( 客户关系管理) 的应用，将形成企业信息化的总体构架。 3 ) 通过i n t e r n e t ，可将企业的业务流程紧密地连接在一起，对其所有环 节如订单、采购、库存、计划、生产制造、质量控制、运输、分销、服务与维 8 基于s o t i d w o r k s 筒形件拉深模c a d 系统的研究 护、财务、成本控制、实验室的调试和修改、人力资源等有效地进行管理。 e 虚拟现实技术 虚拟现实v r ( v i r t u a lr e a l i t y ) 是人造的计算机环境，人处在这种计算 机环境中有身临其境的感觉。并强调人的介入与操作。虚拟现实技术在2 1 世 纪整个制造业中都将有广泛的应用：可以用于培训、制造系统的仿真、实现基 于制造仿真的设计与制造、集成设计制造以及实现集成人的设计等。基于虚拟 现实技术的c a d 系统是虚拟设计技术和c a d 技术发展的必然结合。 把虚拟制造技术应用在模具工业中，可以减少开发周期。产品设计、模具 设计、模具制造过程、模具装配调试、试模均在计算机上进行从而大大提高 了生产效率和产品质量，并降低了生产成本，填补了模具c a d 、c a m 与生产过 程管理之间的鸿沟1 2 】。 f 反求工程技术 常规的模具设计一般是在由产品图纸提供相关信息的条件下，制定出加工 工艺，最终通过工装模具和设备制造出产品。但是，在很多情况下，一些产 品( 如具有复杂曲面的零部件) 并非来自图纸而是起源于另外一些产品或实物， 在没有产品图样的条件下进行模具的设计以便制造出产品，此时需要对实物进 行测量，然后利用测量数据进行实物的c a d 几何模型的三维重构，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 ) 技术。反求出的三维c a d 模型可以 被快速原型