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y6 3 8 6 0 2 基于特征的冲模三维标准件库的开发 材料加工工程专业 研究生：龙玲 指导教师：储凯 摘要 本文在分析了冲压模具设计过程中需要使用大量标准件的现状 及建立标准件库的优势的基础上，钏对目前流行三维c a d 软件内置 的专业标准件库不足，分析和总结了国内外同行在此领域所做的系 列研发工作成果，并以三维实体造型软件s o l i d w o r k s 为开发平台，应 用基于特征的参数化造型方法和s o l i d w o r k s 提供的二次开发工具，以 及面向对象和数据库等技术，建立了一个工作于s o l i d w o r k s 环境下的 三维冲模标准件库子系统。该子系统主要包括冲模标准件三维模型 库、尺寸参数库、标准件选择和生成模块，以及用户界面模块。其中， 尺寸参数库是按照关系数据库规范化理论对冲模设计手册上各种标 准零部件数据进行规范化组织所建立的，零件模型库中包含了冲模设 计常用的带设计变量的标准件模型。并运用了面向对象的参数化特征 造型方法驱动零件模型生成所需尺寸的标准件。 经过实例检测表明，本系统运行良好。用户通过系统所开发的友 好界面选择所需标准件样式及主要参数，即可实现对标准件模型的直 接调用。 关键词：冲压模具，三维标准件库，特征造型，参数驱动。s o l i d w o r k s ， 二次开发 d e v e l o p m e n to f3 ds t a n d a r dp a r t sl i b r a r y f o rs t a m p i n gd i eb a s e do nf e a t u r e m a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：l o n gl i n gs u p e r v i s o r ：c h uk a i a b s t r a c t b a s e do i lt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n tc o n d i t i o nt h a tal a r g en u m b e ro f s t a n d a r dp a r t sn e e dt ob eu s e di nt h ep r o c e s so ft h ed e s i g no fs t a m p i n gd i ea n d t h ea d v a n t a g eo fe s t a b l i s h i n gt h e s es t a n d a r dp a r t sl i b r a r y ，a n da i m i n ga tt h e l a c ko fs p e c i a ls t a n d a r dp a r t sl i b r a r yi nc u r r e n t3 dc a ds o f t w a r ea n dw i t ht h e c o m b i n a t i o no fas e r i e so fr & dw o r k i n ge x p e r i e n c ea c c u m u l a t e db yt h e s p e c i a l i s t sa th o m ea n da b r o a d ，t h i sp a d e re s t a b l i s h e dat h r e e d i m e n s i o n s t a n d a r d p a r tl i b r a r y f o rs t a m p i n gd i eb a s e do nt h e p l a t f o r m o f3 d s o l i d w o r k ss o f t w a r e ，w h i c ht h ep a r a m e t r i cf e a t u r e - m o d e l i n gm e t h o da n dt h e t 0 0 1f o rs e c o n dd e v e l o p m e n ta n do b j e c t o r i e n t e dm e t h o da n dd a t a b a s e m e t h o dw e r eu s e d t h es y s t e mi n c l u d e s3 ds t a n d a r d m o d e ll i b r a r y ，d a t a b a s e o ft h es t a n d a r dp a r t s p a r a m e t e r s ，t h em o d u l eo fs t a n d a r dp a r t s c h o o s i n ga n d c r e a t i n ga n du s e r ，i n t e r f a c em o d u l e t h ed a t a b a s eo ft h es t a n d a r d p a r t s p a r a m e t e r sw a se s t a b l i s h e db yo r g a n i z i n gt h es t a n d a r dd a t ai nt h eh a n d b o o k o fs t a m p i n gd i ea c c o r d i n gt ot h es t a n d a r d i z a t i o nt h e o r yo fr e l a t i o nd a t a b a s e 3 ds t a n d a r d m o d e ll i b r a r yi n c l u d e st h es t a n d a r d - p a r tm o d d sw i t hd i m e n s i o n v a r i a b l e si nd e s i g no fs t a m p i n gd i e a n dt h eo b j e c t o r i e n t e da n dp a r a m e t r i c f e a t u r e m o d e l i n gm e t h o dw a su s e dt od r i v et h ep a r t sm o d e li no r d e rt oc r e a t e t h es t a n d a r dp a r t t h er e s u l t so fe x a m p l es h o wt h a tt h i ss y s t e mr u n sw e l la n dt h ea n t i c i p a t i v e f u n c t i o n a l i t yi sa l m o s ta c h i e v e d u s e t sc a nu s et h es t a n d a r d - p a r tr o o d e l c o n v e n i e n t l ya n dd i r e c t l yb yc h o o s i n gt h ep a r t s s t y l ea n dm a i np a r a m e t e ri n t h ef r i e n d l yu s e r - i n t e r f a c e k e yw o r d s ：s t a m p i n gd i e ，3 d s t a n d a r dp a r t sl i b r a r y , f e a t u r e - m o d e l i n g ， p a r a m e t e rd r i v e ，s o l i d w o r k s ，s e c o n dd e v e l o p m e n t 两华大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 模具c a d 技术 1 1 1 模具c a d 技术的应用概况 模具是现代工业产品生产中应用极为广泛的重要工艺设备，是开发新 产品、提高产品质量、降低成本、提高生产效率的重要手段。近年来， 随着科学技术的发展，模具行业在经济建设中的重要性日趋明显。人工 设计、单件生产的传统模具设计与制造方式已不能适应工业产品迅速更 新换代和提高质量的需要。企业要想提高产品开发能力和市场竞争能力， 掌握和应用先进的技术手段无疑是非常重要及有利的条件。模具c a d 技 术就是结合计算机辅助设计与模具设计及制造为一体的完整系统【1 i 。它 能广泛应用于冲压模、注射模、锻模、挤压模和压铸模等模具设计系统 中，提高设计效率及产品设计质量、缩短新产品的试制周期，使模具生 产实现高精度、高效率和高度自动化。 国内模具企业中已有相当多的厂家普及了c a d 技术的应用。大多数企 业基本上完成了“甩掉绘图板”的阶段，应用二维c a d 进行设计绘图。传 统的二维c a d 技术只是起到一个电子图板的作用，它使设计师从手工绘图 转为用计算机绘图，大大减少了工作量。提高模具的设计效率。但二维设 计技术并没有实现真正意义上的计算机辅助设计，它没能很好的解决设 汁中的一些关键问题，如复杂几何投影线的生成、尺寸漏标检验、装配 干涉分析、强度与质量分析等。随着计算机技术和现代工业的飞速发展， 模具c a d c a m 也f 经历着由二维设计技术向三维设计技术的转变与发展。 三维c a d 技术符合人的设计思维习惯，整个设计过程完全在三维模型上进 行，直观形象，易于工程与非工程人员之间的交流。采用三维技术，不仅能 预见设计产品的外观，更可以建立统一的数据库，可进行应力分析、强度 分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、模具设计与n c 可 加工性分析等，还可自动生成标准、准确的二维工程图”1 。基于这些功 能优势，全球各火c a d 软件公司开始研制和丌发三维设计软件，如u g 、 西华大学硕士学位论文 p r o e n g i r e e f 、i d e a r s 、s o 】 d w o r k s 等著名三维i 殳计软件。这些软件的 实用性标志着三维设计时代的到来。 1 1 2 模具c a d 系统的软件组成” 模具c a d 系统的软件多种多样，主要包括操作系统、应用程序、程序 库、图形软件和数据库，如图1 1 所示。数据库系统、基本图形软件和 数值计算程序包等作为基本组成部分结合到模具c a d 系统中。模具c a d 系 统还可以包括有限元分析程序包、优化程序包和几何构型系统等。 图卜1 模具c a d 系统的软件组成 a 操作系统操作系统是用户和计算机之间的接口，使用户能有效 地使用计算机。操作系统全面管理计算机资源，合理地组织计算机的 工作流程。 b 应用程序应用程序是在模具设计过程中用于特定目地的设计程 序。设计程序将模具设计过程算法化、程序化。在发展应用程序的过 程中，需要建立数学模型，用计算机可以处理的方式表达设计准则。 c 程序库程序库包括实现系统基本功能的算法程序。在发展应用 程序时，可以直接调用程序库中的通用程序。 d 图形软件图形软件中的几何构型程序可以构造物体的集合模 2 龃华大学硕二l 学位论文 型，为设 i 和显示程序提供必要的信息。 e 数据库在模具设计过程，需要对大量的数据进行处理和操作。 这些数据包括静态的数据，如标准设计数据、标准图形文件等，也有 动态的数据。动态数据主要用，丁- 描述设计结果和用于各自系统之问的 信息交换。采用数据库管理系统，具有以下优点：编制应用程序时可 以不必考虑各种标准数据的管理；数据独立于程序，数据存储结构的 变化不会影响应用程序；减少了数据的冗余，提高了共享程度；保证 了数据的一致性；便于修改扩充。 由于标准件系统在整个冲模c a d 系统的重要性显得越来越突出，标 准件库系统和数据库正逐渐成为c a d 系统的的核心所在，软件中各模块 的设计、组织都需要基于标准件库，所以建立其标准件、常用件库无疑 是必要而迫切的。 1 1 3 国内外冲模c a d 技术发展概况 a 、国外国外于6 0 年代末开始冲压模具c a d c a m 研究，7 0 年代初 已开始投入使用。美国d i e c o m p 公司于1 9 7 3 年研制成功计算机辅助设计 级进模的p d d c 系统，使整个生产准备时间由1 8 个星期缩短至6 个星期。 1 9 7 7 年捷克斯洛伐克研制成功a k t 冲模c a d 系统，使模具的生产周期由 原来的一个月缩短至8 天，成本降低一半左右。1 9 8 2 年日本日立公司研 制成功弯曲级进模集成c a d 系统，该系统采用人机交互设计方式，设计 一套模具的时间只需手工设计的4 0 左右。英国p s f 公司较早采用c a d 技 术设计形状复杂的车身零件和模具。采用c a d 系统后，需要3 0 副连续模 的汽车车身模具的设计时问由6 0 0 0 小时减少至3 6 0 0 小时”1 。此外，美 国通用汽车公司，福特汽车公司均建立了覆盖件拉延成型模具c a d c a m 系统 b 、国内由+ 丁我国计算机技术发展较晚，于8 0 年代才开始模具c a d 的研究及应用1 。近年许多国内模具企业加大了用于技术进步的投资力 度，将技术进步视为企业发展的重要动力：一些国内模具企业已普及了 二维c a d ，并陆续开始使用u g 、p r o e n g i n e e r 、i - d e a s 、s o li d w o r k s 两华人学硕士学位论文 等国际通用三维软件，个别厂家还引进了m o l d f l o w 、c f i o w 、 d y n a f o r m 、o p t r i s 和m a g m a s o f r 等c a e 软件，并成功应用于冲压 模的设计中。 以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术在国内已取得 很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部 分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研 究和开发。经过多年的努力，在模具c a d a 蛆c a m 技术方面取得了显 著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林人学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型 分析k m a s 软件，华中理工人学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、 汽车覆盖件摸具和级进模c a d c a e 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研究中心开发的冷冲模和精冲模 c a d 软件等在国内模具行业拥有不少的用户1 。 1 1 4 模具c a d 发展趋势”1 发展几何构型系统，解决复杂曲面构型问题，以及研究特征构型与 参数化设计技术的应用，以满足复杂形状零件与模具设计的要求；丌展 塑性成型模拟技术的研究，以提高工艺分析和模具c a d 的理论水平与实 用性；开展工程数据库的研究，建立以工程数据库为核心的模具 c a d c a e c a m 一体化系统；发展专家系统，建立面向刘象的基于知识的智 能化模具c a d c a m 系统。 1 2 建立标准件库的意义 随着c i m s 技术应用的普及和发展，对产品及其制造商、供应商、销 售商的信息和数据实施自动化管理已成为当今世界的潮流。另一方面， 一个企业的没计部门往往是若干人同时进行工作。若不进行标准化、规 范化的管理，每个人都会尽可能地发挥自己的创造才能去进行设计活动， 所设计出的零件就会迅速膨胀到不可容忍的地步，而新零件的生产制造 会造成产品生产成本的过度增长。据统计，一个设计合理的新产品，其 中有7 0 左右的零件可以采用标准件、通用件或把已有的类似零件进行 变形设计，只有3 0 的零件需要新的设训4 。其中冷冲模标准件已占模具 l ! 互华大学硕士学位论文 中零件数量的8 0 左右。为了使我国在此领域能跟上国际发展水平，与 国际接轨，加强我国工业企业的竞争力，在市场竞争日益激烈的环境下， 以最短的时删、最低的成本向客户提供质量满意的产品。我们必须及时 开展我国c 仙零件库的研究、，r 发等工作，建立标准化的c a d 标准件库系 统。有了标准化的c a d 标准件库，设计人员在进行创新设计时，就可 以先确认该零件库中有没有同种零件或类似设计的零件可用。如果有， 设计人员就可调用原有零件的设计结果或把类似的零件进行变形设计。 这样就大火减少企业开发新产品的时间和需要新设汁开发的零件种类， 不但减少了设汁过程的重复劳动，缩短了设计周期，也大大降低了工艺 和制造过程的成本，经济效益非常显著。因此，建立标准零件库作为开 发机械c a d 软件的一项重要的基础性工作，是c a d 系统走向实用化必不 可少的环节，对提高c a d 运用效率和质量，缩短产品开发周期都将起到 重要的作用。 1 3 模具标准件库的发展现状及趋势 近年来，国内外剥模具c a d c a m 的研究取得了不少成果，标准件系 统和数据库已成为c a d c a m 系统的核心所在。在设计过程q ，发达国 家的先进企业在应用c a d 零件库方面有些非常有益的经验，如德国的 汽车行业和电子行业在产品设计过程中的标准化管理就是很好的示例 。而同_ = 奉：国内的专业化生产模具标准件的厂家也很多，这些厂家都以 相当数量的通用和专用精密加工设备和模具标准件c a d 系统向用户开 放。近年来，随着我国模具从| = | 本火量进口，日本模具标准件制造商看 好中国市场，利用其技术、资金、设备优势分别在上海，广州，大连， 烟台设立分厂或分公司”。国内与之相关领域的研究单位也逐渐相应的 进行标准件库n 勺_ 丌发与应用工作。如重汽公司技术中心在颠太尔汽车驾 驶室液压后锁l l 机构及新款黄河车冲压件的模具设计项目中试用基于 p r o e 平台建立的标准件数据库，共完成三十余量冲压件模具的设计工作。 其在模具设计方面的优势得以体现，设计时间节省5 0 以上，周期大大 缩短，设计质量明显提高口1 】；大连铁道学院的杨鑫华、姜来金利用m d t 西华大学硕士学位论文 数化特征造型技术建立了三维? l | j 裁模具标准零件库：湖北汽车工业学院 的阮景奎、宫爱红等在u g 环境下研究了汽车冲模标准件库的建立，并 将其成果投入了实践应用l l “；浙江大学的吴央芳、李江雄、柯映林等利 用s o l i d w o r k s 软件提供的配置管理和系列零件表等功能在s o l i d w o r k s 环 境中直接建立了级进模标准件库系统，并成功应用于c c s p p d 系统，简 化了级进模结构的设计过程，具有较好的使用价值i l “。 从国内外汁算机辅助设计发展趋势来看，由于c a d 技术的发展和广泛 的应用，数据交换的格式和标准化技术也发展起来，并且越来越重要。 在c a d 领域罩越来越多的出现了图形级的标准、图形交换级的标准、产 品级的数据表达和交换标准等”“。建立参数化标准件库已成为一项重要 的g a d 应用软件二次开发工作”“，它的主要目的是在用c a d 系统设计模具 及进行模具的结构设计时能够直接提供标准件的三维模型和所需要的信 息。 1 4 论文的提出与研究目的 1 4 1 问题的提山 冲压模具。f 所使用的标准件比例非常大，据统计其标准件数目已占 模具中零件数量的8 0 左右。在设计过程中产品设计人员要经常从标准 手册和零件供应商的样本中查找需要的标准、通用零件，借助有关工具 将其绘制在图纸上，这将耗费殴计人员很大的精力，并且因零件的大量 使用而导致大量的重复性劳动。利用标准件库可以很容易的把标准件、 通用件信息集成到自己的c a d 系统中，全面取代标准手册和零件供应商 的样本，使设计人员方便的检索到符合设计要求的零件信息，并将其直 接插入到设计图中，这就大大减少了重复劳动，提高了设计质量，加快 了设计速度，从而使得模具设计人员能将其主要精力集中于模具设计创 造性的工作。因此，在c a d 系统平台上建立冲模标准件库已显得十分必 要。 目前，商用三维c a d 软件较多，如u g 、s o l i d w o r k s 、p r o e 、m d t 等。 6 西华火学硕士学位论文 本文选用s o l f d w o r k s 系统作为冲压模3 d 标准件库的建库平台。 s o l i d w o r k s 是1 9 9 5 年1 1 月问世的个大型三维c a d 软件，它一经问世，即 代表了3 dc a d 久f t ：的主流。它所具有n 勺各种优良性能吸引了越来越多的 用户，儿其是它对大型装配的处理能力更是其它c a d 软件无与伦比的。并 且s o l id w o r k s 公司开发出与s o l i d w o r k s 完全集成的s o l i d w o r k st o o l b o x 标准零件库，可以为装配体添加工业标准螺栓、螺钉、螺母等零件，使 产品设计功能得以大大提升。但s o lid w o r k s 也并不是十全1 美的，不可 能满足所有企业的特殊要求。例如，由于该软件是外国人写的，不符合 中国的国标( 如基准符号、放大图的标注、剖视图的标注、装配图的序号、 标题栏等) ，也没有符合我国国标的标准件库和适合企业的专用标准零件 库。因此，为了适应特定企业的特殊要求，提高效率，形成企业自己的 特色，使s o l i d w o r k s 在我国企业中非常有效地发挥作用，就必须对其进 行本地化和专业化的二次开发工作”“。 1 4 2 本课题的目的 根据以上所述发现，针对冲压模具设计需要有必要在s o lid w o r k s 平台 上添加这样一个三维标准件库：( 1 ) 、它具有常用的模具标准件、通用件： ( 2 ) 、具有建库、扩展标准件的能力；( 3 ) 、具有良好的用户界面及交互 性能；( 4 ) 、标准件库的代码少而精干，采用的技术应便于实现与其他系 统的集成。用户可用它扩充自己所需的模具标准件和通用件，既可搬少 开发费用，又可提高开发效率和质量。 1 5 本文研究的主要内容及技术路线 1 5 1 主要内容 本论文研究的是冲压摸三维标准件库在s o l i d w b r k s 平台上的建模及实 现方法问题。其中标准件模型参数库的建立和如何利用特征造型的方法 结合标准件参数驱动零件建模是本论文最主要的两项研究工作，具体说 来如下： l 、综合分析冲压模标准件信息，提出一种合理的分类标准。 西华大学硕士学位论文 2 、结合有关国家标准及手册对标准设计数据进行规范化组织和管理，建 立标准件参数库。 3 、分析标准件的特征构成，利用特征造型方法实现各标准零件的建模， 建立三维标准件模型库。 4 、分析c a d 平台、开发工具、数据库系统之问的衔接关系，进行人机 界面的设计。使丌发的软件针对用户、贴近用户，给用户以最大的方 便。 1 5 2 研究途径及技术路线 如图t 一2 所示为本论文的技术路线流程图： 图i 一2 技术路线图 西华大学硕_ 上学位论文 第二章s o li d w o r k s 系统介绍 2 1 总体介绍 s o i d w o r k s 软件”是在总结和继承了大型机械c a d 软件的基础上，在 w i n d o w s 环境下实现的第一个机械c a d 软件。它为设计人员提供了非常良 好的设计环境，不仅拥有清晰、直观、整齐的“全动感”用户界面，其 先进的特征树结构使操作更加简便直观，能让使用者以简便的操作方式 进行高效的产讯 殳计；s o i d w o r k s 具有强大的参数化造型功能，其参数 化造型的实体能够通过对相关尺寸的改变来进行编辑，实现参数驱动， 这为设计师提供了极强的设计灵活性，使得设计师可以在设计过程的任 何阶段修改设讣，同时牵动相关部分的改变；s o l i d w o r k s 还具有强大的 装配控制能力，其装配具有一定的智能化，并且能将三维实体图自动转 化为二维工程图，实现设训和绘图上的一致性；它还具有较好的开发性 接口和功能扩充性，可以把a u t o c a d 中的图转n s o l i d w o e k s 中，也能把 s o l i d w o r k s 中的图转至i a u t o c a d 中，是工程设计的一个好工具；此外 s o l i d w o r k s 采用了与u n i g r a p h i c s 相同的底层图形核, c , p a r a s o l i d ，它的 核心技术( ) i ，e 技术是在w i n d o w s 环境下生成的，有利于二次开发技术 的实现。由于以上特点，s o l i d w o r k s 成为e t 前微机平台上的主流三维设 汁软件。 2 2 相关功能介绍 s o l i d w o r k s 2 0 0 1 提供了一系列的深奥易用的模具设汁技术，这些技术使 模具发计者设计速度更快、效率更高。并且，它能应用于各种模具设计 ( 冲压模设计、注塑模设计、压铸模设计、锻模、浇注模和工件夹具等 等) 。这些模具设计技术包括： 参数化特征定义实体造型技术 装配设计技术 9 西华大学硕十学位论文 配霄管四! 技术 比例缩放技术 与其它c a d 系统进行数据交换标准接口 二：次丌发技术 2 2 1 零件设 s o l i d w o r k s 是一个基于特征的c a d 软件。基于特征的造型方法代表了 目前微机三维c a d 产品的主流，它将用户的每一步操作作为一个特征记 录下来，并按一种树状结构( 特征树) 显示。应用特征造型技术，一方 面可以把拙象的布尔运算屏蔽起来，另一方面还可以把设计人贝的设计 思路一步步地记录下来，既便于以后的修改又有利于别人了解设计思路。 设汁模具零f l 二时，首先用系统提供的基本要素做草图没计，这是特征造 型的基础，并l l i j ：t z f i l j 、回转、扫描、放样等方法生成攮体( 基体特征) ， 然后通过类似的方法对已有实体添加凸台、槽、i l 等特征，由此建立各 种复杂的三维零件模型。刑已经建立的三维零件模型，可进行切角、圆 角、抽壳、定义拔模斜度、阵列等详细设7 , 1 。另外，添加辅助线、辅助 平面和曲线，可为设计人员提供更多的方便。 s o l i d w o r k s 还可使三维实体直接生成二维工程图。其基本思想就是将 三维零件模型沿某个方向投影到二维工程图环境中来。由于采用统一的 数据结构，当三维模型修改时，工程图中的视图将自动得到更新，而通 过修改工程图的模型尺、j ，也可以修改三维模型，这就是所渭的二、三 维双向联动。 西华大学硕 学位论文 2 2 2 装配设计技术 存s o li d w o r k s 的装配设计- 叮以直接参照已有的零件生成新的零 件。它的基本功能是将不同的零部件组装成一个装配体，定义不同零部 件之问的位置约束关系，生成爆炸视图，进行零部件问的干涉检查，并 计算装配体的各种物理属性。还可以建立装配体中不同零件之问的参数 方程，并支持阵列特征的自动装配。无论设计采用“自顶而下”方法还 是“自底而上”的方法进行装配设计，s o l i d w o r k s 都能人幅度地提高设 计效率。目前，只有s o i d w o r k s 提供了自上而下的装配体设汁技术。自 上而下的装配体设计技术使设计者可以在殴计零件、毛坯件和模具零件 之问捕捉设计关系。也就是说，使用该技术，设计者可以设计出关联的 模具，即可做到：当设计零件更改，模具零件根据零件自动更改。 s o id w o r k s 自上而下的j 殳计技术是深奥而易用的，即使对于最复杂的零 件，设汁者也能方便的捕捉到这种关联关系。设汁关联模具的能力不但 节约了大量自一h 而下的重新设计时问，而且实际上排除了由于设计数据 的错误传输而导致的昂贵的模具错误。 2 2 3 配置管理技术 s n 】i d w o r k s 2 0 0 1 提影i 了强有力的配置管理技术。配嚣管理技术可以使 i 5 ； 计者花费最少的精力在单一的文档中创建模具和装配件的多个版本。 使码疆0 置管理，模具设i ：卜者可以开发和管理具有不司尺寸、不同零件、 不同属性和不同其它参数的系列模具零件。配置管理技术，使没汁者减 少重复设计、充分利用先前设计，并节约了大量的宝贵时间。j jt l c js t 公 司的资深模具开发工程师，b o bw i s o i l 用s o l i d w o r k s 设汁高尔夫球型腔 装配模具，他发现s o lid w o r k s 的配置管理技术是大量时间的节约者。 w j1s o f l 说：“s ( ) 1 id w o r k s 的配置管理节约了我大量的时肛l j ，并且加快了 两华大学填士学位论文 模具的开发速度。我可以先设汁一个标准模具，然后用存在的参数和特 征创建多个配置，即标准模具的多个版本。” 2 2 ，l 比例缩放技术 在模具设计中，设计零件的几何体直接影响模具的几何体。但是模具 的几何体却不能等同于设计零件的几何体。例如：在压力下热塑料注进 祺具型腔后，塑料慢慢开始冷却，并且在不同的方向以不同的比例开始 收缩。如果使用s ( ，1d w o r k s 软件，模具设计师可以根据具体情况给零件 存x 、y 、z 方向给定不同的收缩而得到模具型腔或型芯。 2 2 5 曲面设讨。工具 s o li d w o r k s 提供了一系列的复杂曲面设计功能，如拉伸、旋转、等距 偏置、裁剪、延展、缝合等。用曲面没汁功能，模具设计者可以设订模 具r p 所必须的而。设汁者用有引导线的放样和扫描曲面功能，可以创 建j f 常复杂的曲面，如：由两个或多个模具曲面混合成错综复杂的分型 而。r j r i m a c k l m 塑料制品公司用s 0 1i d w o r k s 作为它们模具设计的主流 软件。他们j 。泛地为从自动化到航空工业所用塑料制品设计制造模具。 工程技术员m i c kd f l g o s t i n o 说：“s o i d w o r k s 软件的曲面特征( 如交 线) 极大地帮助我们设计模具中用到的放样和扫描复杂曲面。s 0 1 j d w o r k 节约了我们的时问，并且省去了模具没计所需的推测工作。” 2 2 63 i ) 可视化 3 d 可视化提供了设计零件和模具零件清晰正确的视图，从而再也不会 出现设汁意图的理解错误。3 d 可视化也减少了信息传输和装配的戏居i 错 误，并且由于非常容易地传输发汁信息两大大地节约模具开发周期。这 也使发汁者在没计过程中能覆早的辨另j 并解决可能出现笺篱! 童。 西华大学硕上学位论文 s o l i d w o r k s 软件也提供了3 1 ) 信息交流产品，这包括e d r a w i n g s ( 二维工 理图的动态表示) 和3 di n s t a n tw e b s i t e ( 在线网上发布和三维零件托 管服务) 工具，它们使产品设计、模具设计和制造组每天实时地共享、 传输和理解3 d 信息和工程信息。接受数据的人可以在没有其它应用软件 的情况下浏览和使用数据。 、 2 2 7 数据交换接口 为了支持不同三维c a d 系统问的数据交换和与特定应用系统的连 接，s o i d w o r k s 2 0 0 1 支持多种数据转换形式，三维数据格式有s 1 e p 、i g e s 、 v r m l 、s t l ，二维数据格式有d w g 、d x f ，图象文件格式有t i f 。它还具有 广泛的数据交换接口，通过设定外接程序接口，可以直接读写u g 、p r o e 文件。 2 2 8 二次开发技术 s o l i d w o r k s 2 0 0 1 的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 应用编 程接口，是一个基于o l ea u t o m a t 。n 的编程接口，其中包含了数以百计 的功能函数，这些函数提供了程序员直接访问s o l i d w - 0 出2 0 0 l 的能力，可 以被v b 、v c 十t 、d e l p h i 等编程语言调用，从而可以很方便地对 s o l i d w o r k 2 0 0 1 进行二次开发。二次开发功能主要包括对设计数据的访问， 刘系统功能的访问和剥系统操作界面的定制功能等。在模具设- 过程中 日到标准件时需要设计人员重新建模，这就造成了时间和精力上的浪费， 基丁这神情况，我们可以利用软件本身提供的a p i 接口开发个标准件 库，为装配设计提供方便。本论文采用v f 作为开发工具，借助丁：关系数 据库a c c e s s 来进行开发。以下列s o l i d w o r k s - - 次开发工具做些简单介 绍。 任何支持o 【上( o b j e c tl in k ln ga n de m b e d d in g ，对象的链接与嵌入) 卸c o m ( c ( 胂n e n to b j e clm o d e ，缉于 ：对象模型) 的编程语言郡可以作为 西华大学硕士学位论文 s o l i d w o r k s 的开发工具。s o ld w o r k s 丌发方式分两种，一种是基丁i _ 自动 化技术的，此技术只能开发e x e 形式的程序；另一种开发方式是基于 c o m 1 9 1 的，这种技术可以使用最多的s o l i d w o r k sa p i1 2 0 1 ( a p p l i c a t i 。n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，运用程序界面) 。a p l 可控制s o li d w o r k s 会话 的方式，生成$ d l l 格式的文件，也就是s o l i d w o r k s 的插件”“。 s o li d w o r k s 二次开发工具较多，有d e l p h i 、c 语言、c 上+ 语言、v i s u a lc + + 6 0 、v i s u a lb a s jc6 0 、v b a 等，目前常用的是v is u a lc + + b 0 和v i s u a l b a s ic6 0 。本系统采用v is u a b a s i c 做为开发工具。因为用v i s u a b a s i c 来开发软件，开发周期短，代码效率高。并且v i s u a lb a s i c 语言 规则简单，但功能很全，使用简捷，用户只需掌握几个关键词就可以开 始建立实用的应用程序。和v js u a c + + 这样的主流语言相比，v i s u a l b a s i c 具有不可取代的简单易用性和真正的“所见即所得”特性。它的最 人特点就是简单。 用v is u a lb a s i c6 0 开发s o l i d w o r k s 的一般步骤： ( 1 ) 安装s o li d w o r k s 和v i s u a lb a s i c6 0 。 ( 2 ) 启动v i s u a lb a s i c6 0 ，新建一个工程，编写代码。在任何情况下， 编写的代码应该类似于由s o l i d w o r k s 的宏工具所产生的代码。在 s o l i d w o r k sl ；i ，应用汜录宏( 【工具】一 【宏操作】一 【录制】) 来 获得程序头部和应用程序的代码是十分有益的。 ( 3 ) 在v i s u a lb a s c 里，选择文件，生成e x e 文件即可。 宏 宏是一系列命令的集合，相当于d o s 下的批处理。用户可以录制使用 s o li d w o r k s 用户界面执行的操作，然后使用s o l i d w o r k s 宏重新执行这些 操作。宏所包含的调用相当丁使用用户界面执行操作时，剥a p i 的调用。 通过记录宏和交互式的执行任务，可以在所需的代码上获得命令和语法 上的飞跃。在写任何代码前， 己录宏用做工程的基础。当向程序添加功 能时，返回到s o li d w o r k s ，记录添加的宏，然后剪切和粘贴记录的宏到 应用代码中。 西华火学硕士学位论文 2 3 本章小结 本章简单介绍了s o l i d w o r k s 软件用于模具设汁的一些主要功能及特 点，并在此基础上，讨沦t s o l i d w o r k s 的开放性体系结构和建立冲压模 具标准件库所要用到的二次开发工具。 西华大学碗十学位论文 第三章建立冲模标准件库的技术基础 3 1 系统总体结构 标准件的系列化，通用化和标准化程度高。对具体的某一类模具标准 件来说，它们的结构都是固定不变的，所不同的只是零件的结构尺寸。 基于此，本文建立的冲模标准件库主要包含零件几何信息和参数数据信 息，当需要用到某类标准件时，由c a d 系统自动查询零件模型库和相应 的尺寸参数数据库，并自动完成该标准件的实体建模。即本系统的设计 基于这样一个前提：查询与绘制工作为后台服务，对用户透明，其目的 是让用户进行最简单的操作即可得到由系统生成的冲模标准件。 s o l i d w o r k s 环境下冲模标准件库的系统结构如图3 一l 所示。它主要 由三维参数化冲模标准件模型库、标准件模型参数库、标准件的选择和 生成模块及用户界面组成。 图3 - 1 系统总体结构图 西华大学硕士学位论文 ( 1 ) 三维参数化标准件模型库：是参照国家标准，利用s o l i d w o r k s 的 特征造型技术建立的三维零件库。每一种形状的标准零件均建立一个模 型，并在造型的过程中完成刑标准件图形的几何约束和尺_ j 哟束定义， 同时对需要尺寸驱动的特征尺寸定义相应的变量( 名字) ，以便程序访问， 实现尺寸驱动。 ( 2 ) 标准件模型参数库：标准件模型参数库采用的是便于桌面管理的 a c c e s s 数据库，用于存贮标准件的各种参数。模具标准件数据量巨大， 对这些数据的管理、存储、查询和修改尤为重要。v b 6 o 利用a c c e s s 数 据库，将模具标准件的图形数据和非图形数据以及图形文件的零件信息 等均放人a c c e s s 数据库中，可直接对a c c e s s 中的数据进行增加、删除、 编辑。数据库的数据结构一旦建立，就不允许修改，但数据库中的记录 是可以随意添加的，因此具有可扩充性，方便用户使用。 ( 3 ) 标准件的选择与生成模块：相当于一个接口模块，是整个系统的中 枢神经，其主要功能是有效地完成用户界面模块、数据驱动模块和 s o l i d w o r k s 之间的连接，将用户提供的信息通过数据库驱动模块在 a c c e s s 数据库中进行正确查询，提取有用的数据，并将这些数据传输到 s o l i d w o r k s 中完成参数化标准件的生成。 ( 4 ) 用户界面及管理系统：用户界面采用下拉菜单与对话框相结合，它 和管理功能模块一起构成连接标准件模型库和参数库的桥梁。下拉菜单 负责选择模具零件大类，对话框负责选择模具零件小类和主参数。当用 户选择了零件的主参数之后，就能进行标准件实体建模或查询。 3 2 建库基本原理 3 2 1 冲模零件的分类 冲裁模零件按其标准化程度可分3 大类：完全标准件、半标准件和非 标准件“。完全标准件包括导柱、导套、模柄、螺钉、导正销轴类零件。 对于完全标准件，可预先将其以参数化的方式存储在标准件库中，然后 直接调用。半标准件包括凹模固定板、凸模固定板、卸料板、垫额一! 二 ：7 西华大学硕士学位论文 模座及下模座等，这类零件外形及孔均可预先确定，而内形随冲裁工件 形状变化而发生变化，可根据设计需要将一些常用零部件存入库中。非 标准件如凸模、顶件块、凸凹模等，这类零件无标准形式，需按冲压件 具体结构进行设计，无法建立标准件库。本课题根据模具标准应用手 册，按照冷冲模国家标准对冲模标准件进行分类1 。因此，本文对冲 模标准件分类如图3 - 2 所示。 冲模标准件 对角导柱梗架霉件 图3 2冲模标准件零件分类 3 2 2 特征造型“ 特征是一个包含工程含义的几何原型外形，是一种封装了各种属性的 功能要素。 从零件的完整表示来看，特征可分为形状特征( 构造零件形 状的基本要素，包括几何形状，尺寸相关信息的几何) 、工艺特征( 描 述与零件制造、装配过程有关的信息几何，包括加工方法、零部件配合 关系、装配关系等) 、材料特征( 用于描述与零件的材料和热处理有关 的信息) 、精度特征( 尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度等) 。 塑兰查差堕兰三堂堡笙苎 就零件结构特点而言，形状特征可分为通用特征和应用特征两大类。通 用特征是指从机械产品的几何形状中抽象出来的一般特征，它包括表达 零件总体形状的基本形状特征和对零件局部形状进行修饰的附加形状特 征。基本形状特征可不与其他特征发生联系而构成零件；而附加特征则 依赖于基本形状特征或其他附加形状特征，并对它们进行局部修饰。此 外，基本形状特征和附加形状特征可以进行组合、复制、阵列等而形成 复合特征类。应用特征是指各种工程应用领域所遇到的各种形状特征。 按其几何形状可分为回转类( 如轴类、盘类等) 和非回转类( 如支架类、箱 体类等) 。根据加工方法，应用特征可分为挤压类、铸造类、冲压类、机 加工类和注型成形类等。 以特征作为建模基本元素对产品信息进行描述的过程就称为特征造 型。基于特征的造型技术克服了传统基于几何形体的造型技术所固有的 缺陷( 如：形体无任何工程意义，不能为后继工作的开展提供有用信息， 影响各c a x 系统集成化的实现等) ，因此具有许多优点“1 ： 特征造型使产品的设计工作不只是停留在底层的几何信息和拓扑 信息基础上，还依据产品的功能要素( 如键槽、螺纹孔、台阶等) 进行 建模，起点高。特征的引用既能直接体现设计意图，又能直接对应加工 方法，这样便于计算机辅助工艺设计和组织