（材料加工工程专业论文）汽车覆盖件拉深件cadcae的应用研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 拉深工序是汽车覆盖件成形中最重要工序，覆盖件形状大部分都是在拉深工 序中形成，拉深模型面来自于拉深件，所以拉深件设计很重要。其设计包括工艺 补充、压料面、拉深筋、以及凸、凹模圆角半径的确定。 本文对覆盖件拉深件设计进行了研究，总结了五种类型的拉深件外补料面截 面线。根据截面线的几何特征，基于u n i g r a p h i c s ( u g ) 平台，利用v c + + 6 0 ， 二次开发了汽车覆盖件拉深件c a d 系统。在开发的系统中，建立了截面控制线 库。调用此库中的截面控制线生成并控制外补料面，使工艺补充部分的形状和尺 寸，拉深筋位置、道数、尺寸，以及凸、凹模圆角半径值都可以随控制线的参数 变化而变化，与之相关的外补料面也随之变化，实现拉深件的参数化设计。解决 了试模后型面不易修改的问题，对不合理的设计可随时修改，不必重新设计拉深 件。 用户自定义特征( u d f ) 是把一些特征编辑到u d f 库中，然后应用到其他零 件，可以自动生成一些设计元素，且这些u d f 的尺寸参数可以修改，使设计十分 灵活方便。由u g s k e t c h 产生的特征与s k e t c h 相关，改变s k e t c h 的参数，相关的 特征就会更新。利用s k e t c h 创建各种外补料截面控制线的草图，并将一系列这样 的草图加入u d f 库中，建立了汽车覆盖件拉深件c a d 系统的截面控制线库。 c a e 技术对汽车覆盖件拉深件设计起着非常关键的作用，可对汽车覆盖件进 行成形数值模拟，检查零件的几何模型并预测破裂、起皱和回弹，优化工艺参数。 本系统对拉深件工艺参数的灵活性控制，使得c a e 与c a d 技术结合更加容易。 根据c a e 返回的数据，在开发的c a d 系统中方便地修改拉深件的各种工艺参数。 以某汽车覆盖件内板为例，一j 用开发的c a d 系统进行了拉深件设计，并用 有限元软件d y n a f o r m 对设计的拉深件进行了成形预分析。根据d y n a f o r m 返回的 数据，在开发的c a d 系统中修改拉深件的各种工艺参数，使拉深件设计更加方 便、合理与快速。 关键词：拉深件，二：次开发，u g ，u d f ，截面线，数值模拟 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed r a w i n gp r o c e s si st h em o s ti m p o r t a n ta m o n gt h ea u t o m o t i v eb o d yp a n e l s f o r m i n gp r o c e s s e s m o s to fa u t o m o b i l ep a n e l sa g ef o r m e db yd r a w i n gp r o c e s sa n dt h e d i ef a c ea r i s e sf r o mt h es h a p eo fd r a w i n gp a r t so fa u t o m o t i v eb o d yp a n e l s s ot h e d e s i g no fd r a w i n gp r o c e s sa n dd i e sf o rt h eb o d yp a n e l sc o n s t i t u t e sa ui m p o r t a n tp a r ti n t h ep r o d u c t i o no fa u t o m o t i v eb o d yp a n e l s i ti n c l u d e st h ed e s i g no fa d d e n d u m ，b i n d e r s u r f a c e ，d r a wb c a d ，d i ep r o f i l er a d i u sa n dp u n c hp r o f i l er a d i u sa n ds oo n i nt h i sp a p e r , f i v et y p e so fs e c t i o nl i n e sa g ec o n c l u d e do nt h ed e s i g no fd r a w i n g p a r t so fa u t o m o t i v eb o d yp a n e l s b a s e do nt h eg e o m e t r i c a lf e a t u r eo ft h e s es e c t i o n l i n e s a n ds o f t w a r e u n i g r a p h i c s ( u g ) t h e c a ds y s t e m o f d r a w i n g p a r t s o f a u t o m o t i v e b o d yp a n e l si sf u r t h e rd e v e l o p e dw i t hv c + + 6 0 i nt h ec a ds y s t e m ，t h el i b r a r yo f s e c t i o nl i n e si se s t a b l i s h e d t h ea d d e n d u mc a nb eg e n e r a t e db yt h es e c t i o nl i n e sf r o m t h el i b r a r y a n dt h es e c t i o nl i n e sc o n t r o l st h es h a p ea n dd i m e n s i o n so fa d d e n d u m ， l o c a t i o n , n u m b e ra n dd i m e n s i o n so fd r a wb e a da n dd i m e n s i o n so fd i ep r o f i l er a d i u so r p u n c hp r o f i l er a d i u s ，w h i c hm a k e sm o d i f y i n gt h ed i ef a c em o r e c o n v e n i e n t t h ef u n c t i o no fu s e rd e f i n ef e a t u r e ( u d f ) o fu gi st oi m p o r ts o m ei m p o r t a n t f e a t u r e si i i t ot h el i b r a r yo fu d f , e a c ho fw h i c hi sc a l l e d 舔卸e l e m e n to fo t h e rp a r t s a n dt h ed i m e n s i o np a r a m e t e ro ff e a t u r ec a nb ee a s i l ym o d i f i e d ，t h u st h ed e s i g no fp a r t s i sv e r yc o n v e n i e n t t h ef e a t u r et h a tc o m e sf r o ms k e t c hi sr e l a t e dt ot h ec o r r e s p o n d i n g s k e t c h ，t h e r e f o r ew h e nt h ep a r a m e t e r so fs k e t c ha g ec h a n g e d ，t h ef e a t u r ew i l lb e u p o a t e dc o r r e s p o n d i n g ly b a s e do nt h ec h a r a c t e r so ft h es k e t c h ，s o m es k e t c h e so f s e c t i o nl i n e sw e r ei m p o r t e di n t ot h el i b r a r yo fu d f , s ot h a tt h el i b r a r yo fs e c t i o nl i n e s w h i c hc a r lc o n t r o lt h ea d d e n d u m ，b i n d e r , d r a wb e a d ，d i ep r o f i l er a d i u sa n dp u n c h p r o f i l er a d i u so ft h ec a ds y s t e mo fd r a w i n gp a r t sw a sf o u n d e d c a ei st h ec r u c i a lt e c h n o l o g yi nt h ed e s i g no fd r a w i n gp a r t so fa u t o m o t i v eb o d y p a n e l s t h ef o r m i n gp r o c e s s e so ft h eb o d yp a n e l sc a nb es i m u l a t e db yf i n i t es o f t w a r e ， w h i c hc a ne x a m i n et h es h a p eo fp a r t s ，f o r e c a s tt h eo c c u r r e n c eo fc r a c k s ，w r i n k l e ， 江苏大学硕士学位论文 s p r i n gb a c ka n do p t i m i z et h ep a r a m e t e r so fp r o c e s s i nt h ed e v e l o p e dc a ds y s t e mo f d r a w i n gp a r t s ，t h ep r o c e s s e sc a n b ec o n t r o l l e db yp a r a m e t e r s ，t h u st h ec o m b i n a t i o no f c a da n dc a ei sm u c he a s i e r t h ep a r a m e t e r so fp r o c e s so fd r a w i n gp a r t sc a l lb e c o n v e n i e n t l ym o d i f i e di nt h i sc a ds y s t e mb a s e do nc a e d a t a t a k i n gt h ea u t o m o t i v ep a n e la sa ne x a m p l e ，t h ed e v e l o p e dc a ds y s t e mw a s u t i l i z e dt od e s i g nt h ed r a w i n gp a r t s ；m e a n w h i l et h ed r a w i n gp r o c e s sw a ss i m u l a t e db y f i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ed y n a f o n n b a s e do nt h eo u t p u td a t ao fd y n a f o r m ，t h ed i v e r s e d r a w i n gp a r a m e t e r sc a l lh em o d i f i e de a s i l y , w h i c hm a k e st h ed e s i g na n dm o d i f i c a t i o n m o r er e a s o n a b l ea n dc o n v e n i e n t k e yw o r d s ：d r a w i n gp a r t , f u r t h e rd e v e l o p m e n t , u g , u d f ，s e c t i o nl i n e ， s i m u l a t i o n 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解江菱太堂一有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权堑蒸太堂可以将学位论文 的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 本学位论文属于 保密口在年解密后适用本授权书 不保密凹 学位沦文作者签名： 蒂尹 签字u 期：o l4 译甲月a f 日 导师签名： 三绷 签字日期：阳7 年4 月二争| 1 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的 研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中已注明引用的内容 以外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得、江莶太堂或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名：磊天 签名【帆枷产甲月叶日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 汽车覆盖件冲压的基本工序中，拉深工序是最重要的工序。覆盖件的形状大 部分都是在拉深工序中成形的。由于汽车覆盖件空间曲面多、形状复杂，因此这 个工序技术难度较高，必须借助先进的模具c a d 和c a e 技术1 1 1 。 与一般冲压件相比，覆盖件具有相对厚度小、形状复杂、曲面自由、结构尺 寸大等特点，冲压过程中的板料成形难以预先估计，所以设计上的缺陷往往在模 具加工完成或试模后暴露出来1 2 1 。计算机辅助工程( c a e ) 技术可以对冲压成形过程 进行模拟，对实际冲压件的成形性进行预分析，以指导c a d 设计，做到面向制 造的设计( d f m ) 。 1 1 1 模具c a d 的发展概况 c a d 技术最早产生于美国麻省理工学院旋风i 号所配的图形系统，经过几 十年的发展，在理论、技术、系统和应用等方面都有了很大的进步。经历了三维 线框造型、曲面造型和实体造型三个阶段。随着人们的不断研究和探索，参数化 设计技术，变量化设计技术和特征造型技术不断发展起来，使c a d 技术的应用 前景更加广泛。现在，c a d 技术已应用于机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、 轻工业、建筑及工程建设等各个领域，成为衡量一个国家科技现代化和工业现代 化水平的重要标志之一。 美国o d 技术始于上个世纪5 0 年代末。各大汽车公司己经开发建立了自己 的c a d c a m 系统。如通用汽车公司自行开发的c g s 系统和u g s 公司u n i g r a p h i c s 系统；福特公司主要有p d g s 系统。这些软件均具备实体造型和曲面造型的综合 功能，能够设计与制造复杂模具。 日本模具c a d 技术属于世界先进行列。丰田汽车公司于1 9 8 0 年开始采用覆 盖件冷冲模c a d c a m 系统。尼桑汽车公司积累2 0 多年的经验，研究丌发了工 程工作站三维c a d c a m 系统，使公司的模具设计和车身设计实现了一体化，数 江苏大学硕士学位论文 据共享，并将车身造型c a d 数据应用于模具数控加工，实现了数据一体化。 西欧各国中，英国利兰汽车公司在车身c a d 方面的研究b 有十多年的历史， 已在三坐标测量仪及其它图形设备上建立了较完善的逆向系统，可对从油泥模型 上采集的原始数据进行修改，生成车身表面，然后进行光顺处理。法国雷诺汽车 公司把e u c l i d 软件系统作为c a d c a m 的主导软件，目前已有9 5 的设计用该软 件完成。德国各大汽车公司普遍采用c a t i a 作为其c a d c a m 系统的主导软件。 我国的模具c a d 开发始于7 0 年代，c a d 技术的引入极大地推动了我国工业 发展，促进了新技术的产生和企业的革新。汽车模具设计和生产单位主要有一汽 模具厂、二汽模具厂、南汽模具厂、天汽模具厂等，这些企业已建成了比较完善 的c a d c a m 系统。结合中国实际应用状况，许多科研院所推出了一批c a d c a m 软件。如华正模具研究所的c a x a - m e 系统、浙江大学的g s c a d 9 8 、上海交通 大学国家模具c a d 工程研究中心开发的冷冲模c a d 系统、华中科技大学模具技 术中心国家重点实验室开发的塑料注射模c a e ，c a m 系统h s c 2 0 ，以及重 庆大学自主开发的d d c a d 系统等等。这些软件面向中国制造业，强调软件产品 的专业化和本地化，但其可靠性和稳定性方面与国外软件还存在一些差距，在企 业应用的过程中有待于进一步完善睁“。 1 1 2 模具a 墟的发展概况 作为一种生产方式，冲压生产已经成为一项成熟的生产技术，但是，作为一 种工艺和力学过程，板料冲压成形一直是一个“黑箱”。在传统的冲压件生产中， 无论是生产工序、工艺参数的规划，还是模具的设计制造，材料的选择，坯料形 状和尺寸的确定等，都要经过多次试生产和多次调试修正才能确定，是一个试错 的过程，生产成本高，周期长。因此，人们在积极寻求新的方法来研究和认识板 料冲压成形过程。而c a e 技术正是这种方法之一c a e 通常指有限元分析和机 构的运动学及动力学分析。有限元分析可完成力学分析( 线性，非线性、静态，动 态) 、场分析( 热场、电场、磁场等) 、频率响应和结构优化等。机构分析能完成机 构内零部件的位移速度、加速度和力的计算，机构运动模拟及机构参数的优化l l ”。 八十年代初，出g m 公司的n m w a n g 、b u d i a n s k y 教授和f o r d 公司的s c t a n g 江苏大学硕士学位论文 把数值仿真方法成功地应用于车身板料冲压成形过程的分析中，形成了车身板料 冲压成形仿真分析的应用研究领域。目前可用于冲压成形分析的计算力学方法包 括有限差分法和有限元法。在冲压成形数值仿真的研究历程中，初期都采用的是 有限差分法，而有限元法则是在7 0 年代中期才开始应用于冲压成形数值仿真研 究有限元这个概念最早出现于1 9 6 0 年o o u g h 教授的论文9 1 1 l cf i n i t ee l e m e n t m e t h o di np l a n es t r e s sa n a l y s i s ，随后c o u r a n t 、a r g y r i s 、t u r n e r 、o o u i 曲和 z i e n k i e w i c z 的五组论文奠定了早期有限元的理论基础【1 9 1 。1 9 6 7 年e v m a r c a l 教 授和i p 1 ( i n g 提出弹塑性有限元格式。1 9 6 8 年，日本学者山田嘉昭【2 1 】推导了小 变形问题弹塑性的显示表达，推进了小变形弹塑性有限元的发展和应用。1 9 7 0 年， m a r c a l 、h i b b i t 和r i c e 2 2 l 应用增量法建立了全l a g r a n g i a n 格式的大位移、大变形 弹塑性有限元法。1 9 7 3 年，o d c n 、b h a n d a r i 、y a g e w a 和c h u n 9 1 2 3 l 建立热粘弹塑 性大变形有限元法。至此，就系统的建立了分析大变形问题的弹塑性有限元理论。 对于金属塑性成形，材料的弹性变形远小于塑性变形。k o b a y a s h i 和ch l e e 针 对此问题，于1 9 7 3 年提出了刚塑性有限元法，认为材料在屈服前呈刚性，在屈服 后的塑性变形中，材料流动是不可压非牛顿流体的流动 2 4 1 。并且k o b a y a s h i 和 m e h t a 首次用有限元方法模拟冲压成形过程嘲。这样，学术界相继对冲压成形有 限元仿真技术开展了研究。g m 、f o r d 、t o y o t a 等汽车公司进行了巨大投资，目 的是把覆盖件冲压成形仿真技术在各自企业达到实用化l 矧。 在这些研究中，把有限元仿真分析与c a d c a m 系统有效地集成，形成了广 义的c a e 系统。f o r d 公司在汽车行业首先提出c 3 p ( c a d c a e c a m ) 的概念体系， 希望把c a d 、c a e 、c a m 集成起来，实现一致性的设计分析带0 造数据表达，形 成一个统一的产品数据管理系统( p d m ) 。在f o r d 的c 3 p 体系中，其c a d c a m 主导核心软件是美国s d r c 公司开发的1 - d e a sm a s t e rs e r i e s ，用于覆盖件冲压成 形仿真分析，从而指导模具设计。指导冲压工艺设计和选材的有限元软件是美国 l s t c 公司开发的l s d y n a 3 d 和f o r d 公司的s c t a n g 等人开发的m t l f r 。 其他许多用于板料c a e 软件也应运而生，如流行的有限元分析软件有 d y n a f o r m ( 美国) 、a u t o f o r m ( 瑞士) 和i t a s - - 3 d ( 同本) 等i 埘。目前 我国已有许多企业采用c a e 技术，并且也丌发了一些c a e 软件，如吉林大学的 k m a s 。 江苏大学硕士学位论文 1 2 汽车覆盖件拉深件设计现状及发展趋势 汽车覆盖件的冲压成形过程中，其坯料各部分的变形差别很大，应力分布不 均匀，变形规律不易掌握阿。因此，拉深件设计、冲压工艺设计、模具设计不能 像轴对称零件那样可以容易计算主要工艺参数、模具参数，这就给设计提出了很 高的要求。但目前拉深件设计造型方法比较传统，主要依靠经验和零件的外形进 行类比设计，设计结果往往因人而异。此外，设计过程中没有评价系统，设计的 合理性往往通过模具加工后试冲来检验，不仅消耗成本，质量难以保证，而且设 计周期长 这些设计上的问题促使了汽车覆盖件c a d 、c a p p 的研究王义林、易俊松 等人瞄凹j 便建立了汽车覆盖件冲压c a p p 的系统模型，采用网络控制法生成工艺 补充面。在压料面的构造方法上，该文采用了整体法和镶拼法。在拉深筋的设计 中，采用了特征设计法，通过选择拉深筋的类型，输入截面形状参数，指定拉深 筋的中心线，给定拉深筋所依附的曲面和筋凸起的方向，由内部算法自动生成拉 深筋。沈维蕾【3 0 l 利用m d t 软件，获得覆盖件沿某个方向的截面线，在这些截面 线的两端安装控线，并变换到三维覆盖件的曲面中，然后使用m d t 的a u t os u r f 完 成工艺补充部分的设计。陈炜【3 1 l 研究了应用半创成方式设计汽车覆盖件拉深模的 方法，建立的工艺设计系统实现了由覆盖件冲压工艺型面驱动来设计三维覆盖件 模具、二维工程图及生成管理文件的全参数化设计。其他的还有美国普渡大学的 a g f p o 系统、德国亚琛工业大学的a u t a p 系统和美国联合技术中心的c a p p 系 统等。 在c a e 方面，利用有限元数值模拟进行成形分析，指导冲压工艺设计也得到 了发展。利用c a d c a e 并行的思想来指导覆盖件冲压模具设计的应用也逐渐广 泛。杜为民，陈炜等【3 2 j 指出单纯用c a d 设计覆盖件拉深模型面的缺点：不能对 冲压产品的可成形性作出快速分析，不能判定成形难点和成形关键区域；很难解 决翻边部分的展开问题，以及准确确定毛坯形状；对汽车覆盖件冲压成形工艺设 计的方案( 即工艺型面设计) 不能作出定量的评估。针对这些问题他们提出利用 c a d c a e 一体化思想进行覆盖件拉深件设计。吉林大学车身与模具工程研究所， 丌发了覆盖件弹塑性大变形有限元仿真l j j 模h 设汁c a e 软件k m a s 3 3 川。其模 江苏大学硕士学位论文 具分析系统能够在计算机上模拟冲压件在模具中的成形过程，并可以根据模拟结 果对模具局部结构进行反复修正，实现了c a d c a b c a m 的一体化。 但具体而言，目前汽车覆盖件模具工艺设计还是面临着两个问题： 1 ) 现阶段汽车覆盖件拉深件设计主要是设计人员运用实践经验进行综合推理 与计算完成的。设计过程一般是先创建压料面，再创建从修边轮廓到压料面的工 艺补充部分，最后进行光顺处理。设计的合理性往往不能一次性保证，试模后需 要反复修改。对不合理的设计进行修改时，由于先前的光顺处理，使许多曲面不 可再编辑，无法进行参数化修改，或者不易修改，使修改速度和效率不高，有时 甚至不得不重新设计拉深件，从而延长设计周期。 2 ) 传统的覆盖件模具开发属于一种试制的判别方法，需要经过模具制造及工 艺试制阶段才能发现制造工艺是否合理，若原工艺不合理需进行工艺改进，然后 重新进行工艺试验，这样循环往复，而得到最终成熟合理的工艺。因为长时间的 工艺更改导致开发周期过长而失去该产品的市场，对处在激烈市场竞争的企业是 极为不利的。 针对以上两个问题，覆盖件拉深件设计有两个发展趋势： 1 ) 利用二次开发技术，在通用c a d 软件基础上开发专业的覆盖件模具c a d 系统，融于专业知识和工艺评判准则，使设计简单化、标准化、专业化。尽管当 前存在着功能强大的c a d 软件，如u g 、p r o f e n g i n p a 。r 、c a t i a 。可它们的专用 功能不是很强，并且软件结构极其复杂，需要花费相当大的时间和精力去掌握和 使用它。当前，很多国内的模具公司实际上所采用的拉深件设计方法仍局限于软 件本身的曲面造型以及特征造型功能。这种设计方法在使用时存在着不足：因为片 体之间的相关尺寸互相牵涉，并且进行了光顺处理，使造型完毕后的修改困难， 甚至有时会因为无法修改而需要重新进行造型；对设计人员要求高，必须具有丰 富的设计经验、深厚的专业知识以及熟练的软件操作水平才能够胜任这种设计工 作。为了减少对设计人员本身的依赖，使覆盖件拉深件的设计更科学，实施、掌 握更容易，设计完毕后修改更方便，就需要研究更先进的设计方法来进行覆盖件 拉深件的设计，而这些方法可以利用二次开发技术在通用c a d 软件中完成。 2 ) 充分利用数值模拟方法来指导拉深件设计。在拉深工艺性分析方面，传统 的j r 艺性分析主要依靠个人经验，通过粗略分析零件的几何特点、材料特性，而 5 江苏大学硕士学位论文 做出定性分析结论。利用计算机模拟手段可以对汽车覆盖件进行成形模拟，检查 零件的几何模型并预测破裂、起皱和回弹、优化工艺参数。但目前大多数 c a d c a e c a m 系统的集成度不是很高，产品的设计要在c a d 和c a e 软件之间 互相转化，使得整个开发周期仍旧较长。一些学者提出的并行工程( c e ) 正是解 决这一问题，把c a d c a e 集成，对产品进行协同设计，把制造中可能出现的大 部分问题在设计中解决，做到面向制造的设计( d f m ) ，减少模具加工后试模次 数，缩短产品开发周期。 1 3 课题意义及研究内容 1 3 1 课题意义 目前，国外著名c a d 软件p r 0 压和u g ，虽然已经分别完成了工艺补充和 压料面设计模块d i e f a c e 和d i ee n g i n e e r i n g ，但是，这些模块都是基于手动，无法 自动的完成冲压方向的确定，对设计的工艺补料修改也十分困难。本文在u g 的 基础上开发了汽车覆盖件拉深件c a d 系统，建立了自动确定冲压方向模块和补 料模块。调用控制线库中的控制线生成补料面，并通过控制线的参数驱动变量化 设计，以改变压料面、补料面以及拉深筋的形状和尺寸，对拉深件的工艺参数实 现统一管理与修改，即参数化。对试模后拉深件修改问题和缩短汽车覆盖件拉深 模的开发周期都有很大的意义。本课题以拉深件截面控制线类型、冲压方向的确 定、压料面和工艺补充的创建以及c a e 技术的应用为研究内容，进行了研究，在 理论与应用方面都具有价值。 采用数值模拟得到拉深件的成形信息，并利用c a e 提供的成形信息来指导 拉深件的c a d 设计。通过c a e 技术对设计工艺先进行模拟，待工艺基本成功后， 再制造模具。这样可以减小因工艺不成熟而带来的在模具制造中造成的风险，同 时也减少了以后频繁修改工艺带来的损失，缩短产品开发周期，尽快投入批量生 产，提高产生效益。 江苏大学硕士学位论文 1 3 2 课题的主要研究内容 1 对汽车覆盖件拉深件外补料面的截面线进行研究与总结，对控制线进行分 类并提取出控制线的各种控制参数 2 对汽车覆盖件拉深件设计方法进行研究，在u g 中进行二次开发，建立汽 车覆盖件拉深件c a d 系统。此系统包括冲压方向确定模快、补料面创建模块以 及其他辅助模块，能完成以下工作： a ) 分别沿着x 、y 方向对零件截取截面线，通过对这些截面线进行综合分析， 确定覆盖件的最佳冲压方向。 b ) 建立截面控制线库，对截面控制线库的调用进行开发，并用截面控制线设 计工艺补料面。 c ) 利用截面控制线统一管理拉深件的设计数据，并能任意修改这些数据，以 便驱动型面的任意修改，实现型面设计的参数化，使试模后拉深模型面的修改变 得容易。 3 在c a e 方面，用d y n a f o r m 实现覆盖件成形过程模拟以及对破裂、起皱、 回弹等成形缺陷进行预测。采用并行设计思想，以数值模拟结果指导c a d 设计， 验证开发的c a d 系统，在开发的拉深件c a d 系统中修改型面参数与拉深筋参数， 得到合理的拉深件。 4 作为实例，利用开发的c a d 系统和c a e 板料成形分析软件d y n a f o r m 对 某汽车覆盖件内扳进行拉深件的c a d c a e 设计。 江苏大学硕士学位论文 第二章u g 的二次开发技术 2 1u g 软件的概述 u n i g r a p h i c s ( u g ) 起源于美国麦道公司，已成为世界一流的集成化机械 c a d c a e ca m 软件，于1 9 9 0 年初进入中国市场，广泛用于国内的航空航天、 汽车、通用机械及模具等各个领域【3 鄂。u g 作为一个集成的全面产品工程解决方 案，被当今世界领先的制造商用于概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工 程仿真和数字化制造等各个领圳弼 u g 的主要特点：提供特征化、参数化及变量化的概念设计；采用非均匀有 理b 样条( n u r b s ) 作为曲面造型的数学基础；采用区别于多面体的曲面实体造型， 使线框模型、曲面模型和实体模型融为一体；提供可以独立运行的面向对象的集 成管理数据库系统，使c a d 、c a e 、c a m 各部分的数据能够进行自由切换；具 有良好的二次开发接口和工具。 2 1c a d 功能简介 实体建模( s o l i dm o d e l i n g ) 模块具有强大的复合建模功能，提供了草图设计、 各种曲线生成与编辑、扫掠和旋转实体、尺寸驱动、参数化编辑及其布尔运算、 表达式、非参数化模型后参数化等工具 特征建模( f e a t u r em o d e l i n g ) 模块提供各种标准特征的生成和编辑1 3 7 3 8 1 。包 括几种变形的孔、键槽、型腔、各种凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、秆、 倒圆、倒角、生成薄壁实体等。 自由曲面建模( f r e e f o r mm o d e l i n g ) 包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的 自由曲面、通过两组类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法 放样、等半径和变半径倒圆、曲面问的光顺桥接、动态拉动调整曲面、曲面编辑 等。运用此模块，可进行复杂自由形状的设计。 用户自定义特征( u s e r d e f i n e d f e a t u r e ) 模块提供交互式方法束定义和存储 用户自定义特征( u d n 。便r 用户调用和编辑零件族，提高用户设计建模效率。 8 江苏大学硕士学位论文 该模块的功能包括从已生成的u g 参数化实体模型中提取参数、定义特征变量、 建立参数间相关关系、设置变量缺省值、定义代表该u d f 的图标菜单等。在u d f 生成之后，u d f 即变成可通过图标菜单被所有用户调用的用户专有特征，当把该 特征添加到设计模型中时，其所有预设变量参数均可编辑并将按u d f 建立时的设 计意图而变化【3 7 j 8 ) 蚋。 2 1 2c 删功能简介 u g 的c a m 模块支持加工工艺技术参数和多种刀具，具有丰富的刀路控制手 段。完整的集成系统简化了制造，允许工程师对同一零件在同一时间并行工作。 c a m 模块使产品从设计到制造过程一体化，降低了产品成本和缩短了上市 周期。设计循环的完全集成化允许制造工程师把生产过程信息包含在产品生命周 期的定义阶段。在设计或制造环境下所作的修改都是相关的，使得n c 走刀路径 和工序都自动更新，消除了对变换器的需要。最大限度减少了在设计周期后期所 作变更以产生的影响p 7 3 s , 4 0 l 。 2 1 3c a e 功能简介 u g 的c a e 功能包括三部分：有限元分) f i ：( f e m ) 、机构分析( m e c h a n i s m l 与注塑分析( m o l l ) f l o w ) 。t 程分析过程分三步：前处理、求解、后处理( 动态仿 真】。u g c a e 的前处理、后处理提供与n a s t r a n 、p a t r a n 、a n s y s 、a d a m s 、 m o l d f l o w 等系统接口，同时具有内部求解器，方便与其他的专业化c a e 软 件集成l 删。 2 2u g 的二次开发技术 2 2 1 二次开发的基本要素 在通用c a d 基础上，通过二次开发融入专业知识构建专用c a d 系统，可以 解决用户特定需求与通用c a d 软件本身之日j 的矛盾。二次丌发存在以f ：l 个基 本要素1 4 ”。 9 江苏大学硕士学位论文 1 管理层通用c a d 软件。通用c a d 软件是整个开发的基础，是二次开 发应用程序的宿主，它所负责的工作主要包括用户界面定制、图形显示、文档数 据管理、交互流程控制、消息分发和应用程序的管理。 2 开发层编程开发环境。开发者采用某种计算机高级语言在特定的开发 环境中进行应用程序开发。由于通用的集成开发环境( 如v c + + ) 具有功能强大、 使用简单和生成代码效率高等优点，目前一般都在通用的集成开发环境中进行二 次开发。 3 支持层应用程序接口( a p d 。编程开发环境仅提供了一般性语言支持， 在二次开发过程中，还需提供相应的a p l 支持。通过a p i 接口，二次开发应用程 序可以建立与原软件应用程序的链接，使新开发的功能和原有的功能无缝集成。 4 知识层开发者设计思想。以上三个层为用户提供了二次开发的工具和 方法。二次开发的应用系统还需融入开发者的设计思想，才能构成有使用价值的 专业c a d 系统。知识层是开发者知识和能力的体现，是二次开发技术的应用和 实践。 2 2 2u g 二次开发工具 u g 为用户或第三方开发人员提供的主要二次开发工具有u g o p e ng r i p 、 u g o p e nm e n u s c r i p t 和u g o p e nu i s t y l e r 、u g o p e na p i u g o p e ng r i p 是u g 软件包中的一个模块，与u g 系统紧密集成。利用g r i p 程序，可以完成与u g 的各种交互操作。例如，调用一些文件生成语句，创建几 何体和制图实体；可以控制u g 系统参数，实现文件管理功能；可以存取u g 数 据库，提取几何体的数据和属性：可以编辑修改已存在的几何体参数等1 4 2 j 。 u g o p e nm e n u s c r i p t 是创建用户化菜单的工具，支持u g 主菜单和快速弹出 式菜单的设计和修改，利用它可生成用户自己的菜单，以执行用户开发的应用程 序。 u g o p e nu i s t y l e r 是开发u g 对话框的可视化工具，其生成的对话框具有u g 风格，用户可以方便、高效地与u g 进行交互操作。利用这个工具可避免复杂的 图形用户接口g u i 的编程，直接将各种基本控件组合生成功能不同的对话框p 1 。 i o 江苏大学硕士学位论文 o g o p e na p l 是一个允许程序访问并改变u go b j e c tm o d e l 模型的开发工具 集，可以对u g 的图形终端、文件管理系统和数据库进行操作，可分为外部程序 模式和内部程序模式。外部程序编译连接后得到的可执行文件是独立于u g 之外 的可执行程序：内部程序编译连接后得到的可执行文件只能在u g 环境中运行， 可直接控制u g 的操作行为，并可以进行用户交互，因此应用相对广泛p 6 4 2 j 。 u g o p e na p i 即u s e rf u n c t i o n ，有一个供c 或c + + 语言调用的子程序库，此 函数库封装了近2 0 0 0 个u g 操作函数，从而使c 或c + + 以库函数的形式调用u g 内部操作。a p i 提供了3 8 个u s e r e x i t ( 接口函数) ，利用不同的u s e r e x i t 能让用 户程序在u g 运行到特定点时被自动执行每个u s e r e x i t 都有唯一的入口名称， 以便用户在子程序中调用，当u g 执行到某个入口时，便会在用户程序中寻找对 应的u s e re x i t 函数名称，若存在则调用该函数并执行函数体，若不存在则继续 u g 默认进程。 最常用和最重要的接口函数是u f s t a 0 和u f u s r o 。u f u s r o 是直接激活的接口函 数，是面向过程的程序处理任务，执行方式必须手动，程序码在起止点间顺序进 行u f u s r o 的函数体如下： e x t e m “c ”d l l e x p o r tv o i du f u s r ( c h a r + p a r a m ，i n t r e t u r n c o d e ，i n td e n ) i n te r r o r c o d e = u f _ i n i t i a l i z eo ； i f ( o = = e r r o r c o d e ) t o d o ：a d dy o u ra p p l i c a t i o nc o d eh e r e t e r m i n a t et h ea p le n v i r o n m e n t e r r o r c o d e = u f _ t e r m i n a t eo p r i n to u ta n ye r r o rm e s s a g e s p r i n t e r r o r m e s s a g e ( e r r o r c o d e ) ； ) u f s t a ( ) 是u g 启动时的接口函数，当u g 启动时自动激活该函数并执行函数 江苏大学硕士学位论文 中的内容，其函数体如下： e x t e r n c d l l e x p o r tv o i du f s t a ( c h a r + p a r a m ，i n t r e t u r n c o d c ，i n tr l e n ) i f ( ( u f _ t e r m i n a t eo ) ! = o ) r e t u r n ； t o d o ：a d dy o u ra p p l i c a t i o nc o d eh e r e t e r m i n a t et h e a p ie n v i r o n m e n t u f _ t e r r a i n a t eo ； r e t u r n ； u g 应用开发程序采用d l l 技术，在v c + + 中将应用程序编译链接生成d l l 文件，u g 启动时会自动加载动态链接库文件供用户菜单调用，从而实现应用开 发程序与u g 平台的无缝集成。在u g 中，采用菜单触发方式调用d l l 的过程如 图2 - 1 。 i 启动u g 建立u g 工作进程 i 图2 - 1d l l 调用过程 f i g 2 - 1c o u r s eo f c a l l i n gd l l 2 2 4 系统界面开发的主要方法 u g 的界面开发工具主要有菜单编辑工具m e n u s c r i p t 和对话框编辑工具 u i s t y l e r 。 1 ) 使用u g m e n us c r i p t 脚本定制菜单 菜单的制作是二次丌发的框架，是构建模块框架进行= 次丌发t 作的基础陬 江苏大学硕士学位论文 4 3 , 4 4 。u g m e n u s c r i p t 提供了菜单制作技术，它可以让用户或第三方开发者用 a s c i i 文本文件编辑、修改、删除u g 的下拉菜单，以及创建自己的应用菜单。 m e n u s c r i p t 的菜单程序分说明块、主菜单块、下拉菜单块三部分。说明块申 明菜单名以及菜单性质，包括建立新的菜单( c r e a t e ) 、添加菜单或对已有菜单进 行修改( e d i n 。主菜单块与下拉菜单块分别定义主菜单和下拉菜单。