（材料加工工程专业论文）注塑模具三维参数化标准模架图形库的开发.pdf

山东大学硕士学位论文 注塑模具三维参数化标准模架图形库的开发 摘要 随着塑料工业的不断发展，对塑料注射模具设计与制造技术的要求越来越 高。计算机辅助设计( c a d ) 技术的出现，彻底改变了注射模传统的设计与 制造方法。将模具设计和c a d 技术相结合，可以有效地降低模具成本、缩短 模具设计和制造周期、提高塑料制品的精度和性能。 采用模具c a d 软件来设计注射模具的前提是尽可能多地实现模具标化 几十年的发展经验证实，实现模具标准化，包括模架标准化、模具零件标准化， 结构标准化及工艺参数标准化等，是模具制造业发展的必由之路。其中，标准 模架及其标准零部件是模具标准化工作主要部分，充分利用标准模架及零部件 制造模具，可以减少设计师的工作量，降低模具设计的计算量及模具制造时可 能承担的风险，并简化零部件的供应。因此，进行标准模架库及其标准零件库 的开发，对于推动模具工业的发展具有重大意义 另外，有效的二次开发是c a d 发挥效能的关键环节国内众多企业引进 了知名的c a d 软件，这些软件在通用性上非常出色，覆盖了众多产品的设计 领域，也考虑了一般性的设计规范但由于产品设计的要求千差万别，企业拥 有的设计资源和设计环境也不尽相同，这些软件的功能并没得到充分发挥。为 了使引进的c a d 软件适应本企业的产品特性和实现产品专业化设计流程，以 及企业在更高层次上进行c a d 技术的应用和推广，对三维c a d 系统的二次 开发已成为当今国内c a d 软件应用的当务之急 本文以制造业中应用非常广泛的塑科模具为研究对象，在三维c a d 软件 p r o e n g i n e e r 平台上，利用其强大的参数化造型功能，以p r o p r o g r a m 、 p r o t o o l k i t 作为二次开发的工具，以v i s u a lc + + 6 0 作为编译器和连接器，并 结合变量装配和a d o 数据库技术，对于将注射模结构c a d 引入到标准模架 库系统的关键技术进行了较为深入系统的研究，并建立了一套注射模具标准模 架及其标准件自动查询与建模系统。 系统能够方便地从已经建好的标准模架库中，选出在本次设计 中所需的模架类型及模架装配体的图形和数据；同时，还能引导模 具设计者输入本企业的标准模架，以建立专用的标准模架库。用户 摘要 需要使用标准模架时，只需要打开相应的模架库进行模架品种的选 择，然后选择模架系列，最后指定模架规格，系统自动查询新模架 中每个零件的数据库，从中得到新的系列、规格的数据，依次实现 零件的参数化，然后自动求解模架装配模型的几何约束，得到新尺 寸的模架三维装配体，从而实现了模架的变量装配设计，解决了图 库建立过程中如何处理庞大数据的问题，极大方便了标准模架及其 标准件的建立、查询，简化了后续的模具设计流程。 关键词：标准模架库，二次开发，p r o t o o l k i t ，p r o p r o g r a m ，变量装配设计 山东大学硕士学位论文 d e v e l o p m e n ti nt h r e e d i m e n t i o n a l p a r a m e t r i cg r a p h i c sl i b r a r yf o rm o l db a s e s o ft h ei n j e c t i o nm o l d a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp l a s t i ci n d u s t r y , t h ed e s i r eo fm a k i n gt e c h n i c a l p r o g r e s si np l a s t i ci n j e c t i o nm o l dd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gb e c o m e s m o r ea n d m o r et h i r s t y a sar e s u l t ，t h ea p p e a r a n c eo fc a dh a sm a d ed r a s t i cc h a n g ei nt h e m e t h o do fc o n v e n t i o n a lp l a s t i ci n j e c t i o nm o l dd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g t o c o m b i n em o l dd e s i g n 、v i mc a d i tc a ne f f i c i e n t l yr e d u c et h ec o s t , s h o r t e nt h e p e r i o d ，a n de n h a n c et h ep r e c i s i o na n dp e r f o r m a n c e r e a l i z i n gt h es t a n d a r d i z a t i o no fd i ei st h ep r e c o n d i t i o no ft h ei n t r n d u c t o no f t h ec a ds o f t w a r ei n t op l a s t i ci n j e c t i o nm o l dd e s i g n d e c a d ey e a r se x p e r i e n c e p r o v e st h a tt h es t a n d a r d i z a t i o no fd i e ，i n c l u d i n gt h es t a n d a r d i z a t i o no fm o l db a s e s ， p a r t s ，s t r u c t u r e a n dt e c h n i c a l p a r a m e t e r , i s t h e o n l yw a yt od e v e l o pd i e m a n u f a c t u r i n g m a k i n gu s eo fs t a n d a r dm o l db a s e s sa n ds t a n d a r dp a r t ss u f f i c i e n t l y , w h i c ha r et h et w om o s ti m p o r t a n tp o r t i o n so fs t a n d a r d i z a t i o nj o b s ，c a nc u td o w n t h ew o r k l o a do f m o l dd e s i g n e r s ，r e d u c et h e j o b so f c a l c u l a t i o n , d e c r e a s et h er i s ki n t h ep e r i o do f d i em a n u f a c t u r i n g ，a n ds i m p l i f yt h ep a r t sp r o v i s i o n s oh o wt or e a l i z e t h es t a n d a r d i z a t i o no fm o l db a s e sa n dp a r t si ss i g n i f i c a n tt op l a s t i ci n j e c t i o nm o l d i n d u s t r y w h a t sm o r e ，t h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n to ft h ec a ds o f t w a r ei st h ek e yo f e x e r t i n gt h e i re f f i c i e n c y m u c hw o r l df a m o u sc a ds o f t w a r eh a sb e e ni n t r o d u c e d i n t oo u rc o u n t r ya l r e a d y , c o v e r i n gw i t hm o s tp r o v i n c e sa n dc o n s i d e r i n gu n i v e r s a l r u l e so f p r o d u c td e s i g n , w h i c ha l ee x c e l l e n ta tp r a c t i c a lu t i l i t r b u tt h e yd o n ta d a p t t oe v e r yc o n d i t i o nb e c a u s eo fd i f f e r e n tr e q u e s t si np r o d u c td e s i g na n dd i s s i m i l a r i e s o u r c e sa n dc i r c u m s t a n c eo f d i f f e r a n tc o m p a n i e s i no r d e rt om a k et h ep u r c h a s e d c a ds o f t w a r et of i tf o rt h ep r o d u c tc h a r a c t e r i s t i c sa n ds p e c i a l i z et h ep r o c e s so f p r o d u c td e s i g n , w em u s tc a r r yo u tt h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t , w h i c h h a sb e c o m e a h s i l t a c i a nu r g e n ta f f a i ro f t h eg e n e r a l i z a t i o no f c a ds y s t e ma th i g h e rl e v e l b a s e do np r o e n g i n e e r , u s i n gi t sp o w e r f u lp a r a m e t r i cm o l d i n gf u n c t i o n , t a k i n gp r o p r o g r a ma n dp r o t o o l k i t a si t sd e v e l o p i n gt o o l s , a n dc o m b i n e dw i t h v a r i a b l e 鹊s e m b i ya n da d o d a t a b a s es y s t e m ，t h i sp a p e rm a k e sas t u d yo ft h e p i v o t a lt e c h n o l o g yo ft h es t r u c t u r ec a do ft h ei l l j e c t i o nm o l d ，a n ds e t su pa s t a n d a r dm o l db o s ea n dp a r ts y s t e mw h i c hc a nr e a l i z ea u t o m a t i cs e a r c h e sa n d m o l d i n g u s e r sc a nc o n v e n i e n t l ys e a r c ht h en e e d e dm o l db a s e ，a s s e m b l yg r a p h i c sa n d d a t af r o mt h es t a n d a r dm o l db a s es y s t e m a tt h es a m et i m e ，r i s e r sc a na l s oe s t a b l i s h t h e i rs p e c i a ls t a n d a r dm o l db a s et h r o u g hi n p u t t i n gt h e i ro w i id e s i g np a r a n l e t e r s w r h e nt h e yw a n tt oi l s t a n d a r dm o l db a s e sa n dp a r t s ，b s e r sj u s tn e e do p e n u pt h e c o r r e s p o n d i n gm o d u l e ，s e l c c tt h et y p e ，c h o o s e t h es e r i e sa n dd e s i g n a t et h e s p e c i f i c a t i o n ，t h e nt h es y s t e mw i l la u t o m a t i c a l l yq u e r yt h ed a t a b a s e t og e tt h e r e l e v a n td a t at oc a n yo u tp a r a m e t r i cd e s i g no f t h es t a n dp a r t , a n db u i l dg e o m e t r i c a l r e s t r i c tt og e tt h en e wd i m e n s i o na s s e m b l yg r a p h i c s i nt h i sw a y , i tr e a l i z e sv a r i a b l e a s s e m b l yd e s i g na n ds o l v e st h ep r o b l e mo f h o wt od e a lw i t hn u m e r o u sd a t a , w h i c h m a k e st h ej o bo fs e a r c h e sa n dm o l d i n go ft h es t a n d a r dm o l db a s ea n dp a r t c o n v e n i e n t l y 。 k e y w o r d s ：s t a n d a r dm o l db a s el i b r a r y , a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t , p m t o o l l d t , p r o p r o s r a m , v a r i a b l ea s s e m b l y 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 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：璋芬茸婀日 期：竺皇：三! j 。 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、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 许论文被查阅和借阅；本人授权山东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) 论文作者签名衣趁翌! 翌季而签名：耋趾日期：立上：加 山东大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 目前，在国民经济的各个部门都广泛地使用着各式各样的塑料制品，特别 是在汽车、仪器仪表、机械制造、交通、通信、轻工、建筑，日用品、照相机 以及家电行业中的电视机、收录机、洗衣机以及电冰箱壳体等零件，都已经向 塑料化方向发展。预计随着塑料制件强度和精度等性能的大幅度提高，以及计 算机的普及和汽车的轻型化，各种工程塑料零件的使用范围将逐步扩大，塑料 工业的生产量将迅猛增长【“ 现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进的模具，被 誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”尤其是塑料模具对实现塑件加工工艺 要求、塑件使用要求和塑件外观造型要求，起着无可替代的作用。高效全自动 化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑 件生产与产品更新均以模具制造和更新为前提1 2 】。 塑料模具是塑料制品生产的基础之深刻含义，正日益为人们理解和掌握。 在塑料材料、制品设讨，加工工艺及其成形设备确定之后，塑料模具设计对制 件的质量和产量，就具有决定性的影响，塑料制件的优劣及生产效率的高低， 模具因素约占8 0 由此可知，推动模具技术的进步应是刻不容缓的策略【2 】 当前塑料模有着鲜明的时代特色，可归纳为“快、精、多，高”四个特点。 所谓“快”，是指制模周期快。市场对产品的更新周期要求越来越短，相应要 求制模周期加快，因而各种快速加工手段大量出现并得到迅速推广。不同规格 的数控机床、高速铣床、电加工机床，以及高性能的刀具、打磨工具得到广泛 应用，c a d c a m c a e 等技术也有很大发展，趋向于操作更简便、功能更强 大、速度更快，所有这些都为缩短制模周期创造了条件所谓“精”，是指模 具的高精度。由于产品的科技含量迅猛提高，相应对塑料模具的精度要求也越 来越高。高精度的塑料注射模不仅在模具设计时要考虑模具的结构形式、模具 零件的精度、配合精度、零件的材料及热处理等，还要考虑合适的浇注系统、 冷却系统及注射工艺所谓“多”，是指塑料模的规格、品种多所谓“高”， 是指经济效益高高效益是市场经济的基本要求，为此必须提高模具的生产效 率，降低成本，并确保质量 ，j 。 第一章绪论 我国塑料模的发展极其迅速，塑料模生产在质量、技术和制造能力上都取 得显著进步，主要体现在以下几个方面1 3 , 4 , 5 ： l 、c a d ，c a m c a e 技术应用水平上了一个新台阶 大部分模具厂都采用了c a d c a m 技术，产品零件造型分析、模具主要 结构及零件的设计、数控加工机床的编程等精密、大型塑料模具设计生产的主 要手段。天津通信广播公司模具厂等企业，还实现了无图纸化加工。青岛海尔 模具有限公司等企业通过c a e 技术对注塑过程进行流动模拟分析，合理选择 浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步 优化，也缩短了设计和制造周期。 2 、电子信息工程的应用，大大提高了塑料模的设计制造水平 很多模具生产家已经实现了通过客户提供的产品三维信息盘片和网上电 子产品信息来进行预算、报价、设计审定、设计更改等，这不仅缩短了生产前 的准备周期，而且还为扩大模具出t a 仓, j 造了良好的条件由于直接利用了用户 提供的产品电子信息，大大缩短了c a d c a m 的技术准备时闻，也相应缩短 了模具的设计和制造周期。 3 、气体辅助注射成型技术的使用更加成熟，热流道技术的应用更加广泛 青岛海尔模具有限公司，天津通信广播公司模具厂等厂家成功的在7 4 c m 和8 6 c m 电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使 用了c - - m o l d 气辅软件，取得良好效果 4 、精密、复杂、大型塑料模的设计制造水平有了很大提高，模具设计更 加重视注射成型的生产效率和适应快速成型的需要，模具使用寿命大幅度提 高。 但是，我国在塑料模设计技术和制造技术上，与发达国家和地区存在很大 的差距，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全、质量尚不稳定 【2 】。 1 2 注射模c a d 概述 作为塑料成形的主要方法，注射成形是一个复杂的加工过程，注射模具的 设计和制造以及注射成形过程分析是一项繁重的任务，仅靠模具设计人员的经 验和模具工人的手艺，要保证在较短的开发周期内完成注射模具的精密设计与 制造以达到制品高精度的要求是难以实现的。注射模c a d 技术的出现，彻底 2 山东大学硕士学位论文 改变了注射模具传统的设计与制造方法，显著提高了注塑模具的设计制造效率 和注射产品的质量【2 一 1 2 1 注射模c a d 的概念 c a d 即计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 它是一种依靠计算机 硬件、软件系统来辅助设计人员完成产品设计的方法和技术，包括设计、绘图、 工程分析以及文档制作等设计活动。注塑模具c a d 就是利用计算机软件对塑 料制品的成型过程中充模、保压、冷却和收缩等进行仿真、计算分析，确定其 在当前加工条件下时间历程中的各种状态，考虑依赖于时问和温度的聚合物的 流动行为和不同方法的边界条件，进行流变学设计、力学设计和热设计1 7 叫。 1 2 2c a d 技术在注射模中的应用 塑料注射成形生产包括塑料产品设计、模具结构设计、模具加工制造和模 塑生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及” 熟练操作工人协同完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化 的过程c a d 技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面【1 ，2 ，6 1o 1 ”。 l ，塑料制品设计塑料制品应根据使用要求进行设计，同时要考虑塑料 性能的要求、成形的工艺特点、模具结构及制造工艺的要求、成型设备、生产 批量、生产成本以及外形的美观大方等各方面的要求。基于特征的三维造型软 件为设计师提供了方便的设计平台、强大的编辑修改功能和曲面造型功能。逼 真的显示效果使设计者可以自如地表达自己的设计意图，真正做到所想即所 得，而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存，为后续的模具设计 和分析打下良好的基础。 2 、模具结构设计注射模具结构要根据塑料制品的形状，精度，大小、 工艺要求和生产批量来决定，它包括型腔数日及排列方式、浇注系统、成形部 件、冷却系统、脱模机构和侧抽芯机构等几大部分，同时要尽量采用标准模架 c a d 技术在注射模中的应用主要体现在注射模结构设计中。 3 、模具开、合模运动仿真注射模结构复杂，要求各部件运动自如、互 不干涉，且对模具零件的顺序动作、行程有严格的控制。运用c a d 技术可对 模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计 的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。 第一荦绪论 模具c a d 系统从根本上改变了传统模具生产方式及流程。采用几何造型 技术，塑料制品一般不必进行原型试验，制品形状能逼真地显示在计算机屏幕 上，借助于弹性有限元软件可以对制品的力学性能进行预测。采用模具c a d 软件，自动绘图能够取代人工绘图，自动检索能够代替查阅手册，快速分析能 够取代手工计算。模具设计师们可以从繁重的绘图和计算中解放出来，集中精 力从事注入方案构思和结构优化等创造性工作。 1 2 3 注射模结构c a d 的内容 一套比较先进的注射模c a d 系统不仅能设计制品的零部件，还能对零件 结构和模具结构进行分析计算，从理论上模拟充模过程和热力学过程，拷贝各 种制造文件，进行成本设计计算等。而其中的注射模结构c a d 的内容主要包 括以下7 个方面【啦6 1 2 l ； l 、注射制品的几何造型几何造型是利用计算机系统描述制品的几何模 型的技术，是注射模c a d 的基础。根据制品的形状信息，采用几何造型技术 如线框造型、特征造型、曲面造型及实体造型，在计算机中生成注射制品的几 何模型及有关工艺信息，这是注射模c a d 的第一步在此基础上，迸一步构 造出生成该制品的模具型腔几何模型，再通过调用标准零件图库生成各种标准 件图形，把凹模及型芯图形与标准零件如动、定模板相结合，完成注射模具工 作部分的结构设计 2 、型腔形状的生成在注射模中，凹模用以生成制品的外表面，型芯用 以生成制品的内表面。如何由制品的形状方便、准确、快捷地生成型腔的形状 尺寸，是当前注射模c a d 的研究课题。 3 、模具结构方案设计采用c a d 软件来计算最佳型腔数居，引导模具 设计师布置型腔，构思浇注系统、冷却系统和推出机构，为选择标准模架和设 计动模部装图和定模部装图做准备 4 ，标准模架选择采用计算机软件设计模具的前提是尽可能多地实现模 具标准化，包括模架标准化、模具零件标准化、结构标准化及工艺参数标准化 5 、部装图及总装图的生成根据选用的模架及已经完成的型腔布置，模 具设计软件以交互方式引导模具设计师完成模具部装图和总装图，然后将模具 零件装配成模具总图。 6 、模具零件图的生成模具设计软件能引导用户根据模具部装图，总装 4 山东大学硕士学位论文 图及相应的图形库完成模具零件的设计、绘制及尺寸标注 7 、常规计算和校核模具设计软件可将理论计算和设计经验相结合，为 模具设计师提供对模具零件全面的计算和校核，以验证模具结构等有关参数的 正确性。 1 2 4 国内外注射模c a d 技术的发展状况 随着工程技术的需要和材料科学的不断发展，塑料制品越来越受到人们的 青睐，“以塑代木、以塑代钢”的趋势越来越明显。塑料作为新型的合成材料， 由于重量轻、耐水、耐化学腐蚀、外形美观、制造及安装方便，广泛应用于国 民经济的各部门塑料制品的大量使用推动了c a d 技术在塑料行业的不断发 展最初的研究主要集中在塑料在型腔中的流动、保压和冷却的分析模拟，即 通常所说的c a e ，同时注射模c a d 的各个单项功能的研究成果也十分突出， 研究的范围从注射机的选择、塑料品种的选择、模具各个部件的设计到模具价 格评估无所不包。随着实体造型技术、尤其是近十年来特征造型技术的日益成 熟，各种通用的三维造型商品化图形软件的推出，注射模c a d 软件不断被推 向市场【2 ，3 ，4 5 ，引。 l 、国外注射模c a d 技术的发展状况 国外一些著名的三维造型软件都带有独立的注射模设计模块，如 p r o e n g i n e e r ，u g 等；也有在通用c a d 软件包上独立开发注射模设计系统的， 如以色列的c i m a t r o n 公司在a u t o c a d 软件包上开发了注射模设计系统等。这 些软件的主要功能有【1 4 1 5 , 1 6 ： ( 1 ) 强大的造型功能，尤其是曲面造型功能，可以方便的设计出具有复杂 自由曲面的塑料制品。 ( 2 ) 方便的模具分型面、镶块、滑块以及销的建立工具，强大的模具成型 零件自动生成以及充模、开模仿真等功能。 ( 3 ) 标准模架库品种齐全，结构简单 ( 4 ) 典型结构、标准零件库添加更加方便 ( 5 ) 非标准零件造型和装配简单实用。 2 、国内注射模c a d 技术的发展状况 由于硬件资源的影响，我国对注射模c a d 技术的研究与应用起步较晚。 国内部分大专院校在塑料行业开展了c a d 技术的研制和开发工作，经过近2 0 第一章绪论 年的努力，已经取得了很大的发展，主要研究成果有i r a j 6 1 ： 华中科技大学开发的注射模c a d i c a e i c a m 集成系统h s c ，浙江大学基 于u g i i 系统开发出精密注射模c a d c a m 系统，上海交通大学开发的智能 c a d c 黼a e 系统，北航海尔软件有限公司所研制的注射模 c a d c a m c a e 系统，合肥工业大学研制出的微机注射模c a d 系统i p m c a d 等总的来讲我国的注塑模c a d 仅仅处于开发使用初期，目前还是以软件引 进为主。 1 2 5 注射模c a d 技术的发展趋势 目前，注射模c a d 技术的应用已经非常普遍。公司之间模具订货所需的 塑料制品已广泛使用电子文档，能否接受电子文档的模具c a d c a m 系统已 成为模具企业生存的必要条件建立通用化、实用化的注射模c a d c a m 系 统，是国内外有关机构研究和开发的主攻方向一个理想的注射模c a d 系统 应朝以下几个方向发展 2 , 9 , 1 4 , 1 5 , 1 6 ： 1 、采用集成技术在设计c a d 软件时必须强调多方面集成的概念，即 信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系 统的需求。它涉及的技术包括数字化建模，产品数据管理、过程协调与管理、 产品数据交换、c a x 工具、d f x 工具等 2 、采用并行技术并行工程的方法要求产品开发人员在设计的初始阶段 就考虑产品的整个生命周期，从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质 量、成本、进度计划和用户需求等。注塑模的设计和制造过程比较复杂，且模 具本身又是生产其它零件的一种工艺设备塑料制品结构、性能要求基本上决 定了模具的结构与成本，而模具的设计又决定了模具的制造过程。当采用一幅 模具生产某一制品零件，模具设计的好坏将决定零件生产成本的高低所以零 件设计、模具设计、模具制造三个过程相互制约、相互影响，在产品零件设计 时，就应综合考虑模具设计与模具制造的过程，在模具设计时就应综合考虑其 设计方案对模具制造成本以及零件生产过程、零件生产成本所造成的影响。 3 、采用人工智能( 舢) 技术当前，注射模设计和制造在很大程度上依 靠人的经验和直觉，仅凭有限的数值计算功能，系统无法为用户提供符合实际 情况的正确结果。要从根本上提高注射模c a d c a m 系统的自动化程度，提 高设计效率和设计质量，人工智能技术必不可少。基于知识的智能化功能现已 山东大学硕士学位论文 成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一 4 、与网络技术紧密结合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，操作系统控制策略等。随着网络技 术的发展，注塑模c a d c a m 系统将在网络化和协同设计等方面迅猛发展， 实现高度的信息共享、异地同步设计和网上虚拟制造目前，基于网络的注射 模c a d 集成化系统已经开始使用。 5 、系统柔性化注射模的设计制造与企业环境( 包括企业标准、设计方 法、设计经验与加工条件等) 密切相关，这就要求注射模c a d 系统能适应不 同的企业环境。因此，系统必须具有柔性，在物体的表示方式和信息的描述方 法上取得一致，在硬件、软件、接口、数据格式、存储和信息传递方面相互兼 容，即向国际通用标准靠拢。使系统独立于硬件，便于移植。这样，用户就能 根据需要来配置与企业相关的标准、设计方法，建立本企业的模具标准件和典 型结构库 6 、三维设计与三维分析相结合在注射模结构设计中，传统的方法是采 用二维设计，即先将三维制品几何模型投影为若干二维视图后，再按二维视图 进行模具结构设计。这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产和集成化 技术的要求，在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设 计与此相适应，在注射流动过程模拟软件方面，也开始由基于中性面的二维 分析方式向基于实体造型的三维分析方式过渡，从而使三维设计与三维分析的 集成得以实现。 1 3c a d 软件二次开发的现状及其前景 任何通用的c a d 软件，甚至面向某一对象的专用的、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求。所以，一个公司想全面采用 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，根据实际情况， 进行程度不同的用户化、本地化的二次开发，建立应用绘图系统和数据库，形 成具有本公司特色的产品设计c a d 系统旧。 有效的二次开发是c 雠a m 发挥效能的关键环节我国有许多企业引 进了知名的c a d c a m 系统，但往往未得到充分利用，企业对c a d 的巨额投 资，并没有真正( 或是全面) 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，是未进行产品应用方面的二次开发和管理方面 第一章绪论 的二次开发抽样调查和外商统计，国内已引进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。因此，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。由此 可见，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。 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、研究成果也 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 通用计算机辅助绘图和设计系统，因其强大的功能、使用的便利性及良好的开 放性，已成为世界上最流行的通用c a d 平台。a u t o c a d 在国内应用非常广泛， 尤其是在建筑和机械行业，拥有强大的应用和开发队伍，堪称我国c a d 的标 准平台它的成功除了本身具有使用方便、功能强大的特点外，更为重要的一 点是它提供了功能强大的二次开发接口，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，大大地提高了软件的使用效率【1 7 , 1 s l 。 目前国内开发出来的注射模c a d 系统，大多是以a u t o c a d 为平台的。 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 为平台的 注射模c a d 系统要想实现无图纸加工和真个模具的三维造型还有一定的差 距，为此必须寻找一种更好的三维平台，真正将注射模c a d 与c a m 结合起 来。 目前在微机平台上已经开发出了大量的三维c a d 软件。在我国c a d 市 场上比较流行的有美国p t c 公司的p r o e n g i n e e r 、e d s 公司的u g i i 、 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 、s d r c 公司的i d e a s 以及u n i g r a p h l c ss o l u t i o n s 公司s o l i de d g e 等等f 1 9 1 这些软件在功能上都是比 较出色的，也都提供了二次开发的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 进行二次开发的研究较多，并有论文发表。其中对 p r o e n g i n e e r 进行的开发一般都局限于其p r o t o o l k i t 接口，而综合利用其 p r o p r o g r a m 、f a m i l yt a b l e 、u d f 和p r o t o o l k i t 等工具进行二次开发的报道还 未发现。总之。目前国内三维c a d 软件的二次开发水平较低。与通用c a d 软件的普及率较高的情况不相适应，制约了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 软件的使用率，已成为当今国 内c a d 软件应用的当务之急。 山东大学硕士学位论文 1 4 本课题研究意义及内容 1 4 1 本课题的研究意义 随着塑料工业的不断发展，对塑料模具设计、制造技术的要求也越来越高， 模具设计、制造的质量、成本和时间，直接影响塑料产品在市场上的竞争力 模架是一副模具不可缺少的结构部件，其作用是装配型腔，型芯等成型部件和 种种功能部件，设计模具必须首先确定模架。为此国家专门制定了相应的标准 模架系统，包括o e d , 型和大型模架，以及相应的零件标准。在注塑模具的设计 制造过程中采用标准模架，在合适的标准模架上添加型腔、浇道及冷却系统等， 不但能够简化设计，提高质量稳定性，缩短模具生产周期，降低生产成本，而 且能使模具设计者有更多的自由度、时间和灵活性致力于产品的工艺和模具设 计的方案中去。 目前，模架的选择都是经过人工计算，根据设计人员的个人经验和企业自* 身积累的以往的知识进行选择。如何减少设计过程中的主观因素，实现模架选 择的自动化，一直是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 件已经具有了标准模架模块，如u g ，但如何实现自动选择却是很难解决因 为对成型一个塑料制品而言，选择一个标准模架，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、加工成本等很多方面的因素。一 些外国的模具设计软件也大多只有造型部分，缺乏实用的标准模架辅助选择模4 块 本文就是将注射模结构c a d 技术引入到标准模架图形库系统的开发中 来，通过研究和工作，达到以下目的： ( 1 ) 建立参数化驱动的注射模三维标准模架库和模具标准件库。 ( 2 ) 设计一套标准模架自动查询与生成系统 ( 3 ) 引导模具设计者输入本企业的标准模架，以建立专用的标准模架库 1 4 2 本课题的研究内容 本文以三维实体软件p r o e n g i n e e r 作为二次开发平台，对于将注射模结 构c a d 引入到标准模架库系统的关键技术进行了研究，并在此基础上，建立 了一套注射模具标准模架自动查询与生成系统主要内容如下： 第一章绪论，概述了注射模c a d 技术的研究内容、应用状况和发展趋势， 第一辛绪论 以及注射模c a d 软件二次开发的现状与前景。 第二章p r o e n # n o c r 二次开发技术的深入探讨，详细介绍了p r o e 二次开 发的各种方法，通过比较各方法的优劣，确定本课题采用的二次开发技术。 第三章p r o t o o l k i t 应用程序设计，探讨了p r o ，t o o l k i t 应用程序有关菜单 和界面的开发技术，以及基于特征的参数化设计方法。 第四章注射模标准模架图形库开发的关键技术，在基于特征的参数化 p r o t o o l k i t 应用程序设计和交互参数化设计的基础上，提出了基于三维模型的 参数化自动建模的技术；给出了利用变量装配技术和p r o e 软件的t o p - - d o w n d e s i g n 实现标准模架自动建模的方法和步骤；并借助v i s u a lc + + 的a d o 数据 库技术解决了模架库开发中的数据处理问题。 第五章注塑模具标准模架图形库系统，运用数据库与参数化造型相结合的 方法，借助p r o p r o g r a m 、f a m i l yt a b l e 、p r o t o o l k i t 等二次开发工具，在 p r o e n g i n e e r 平台上，建立注射模标准模架图形库系统，解决了图库建立过程 中如何处理庞大数据的问题，极大方便了标准模架及其标准件的建立，查询， 简化了后续的模具设计流程。 第六章标准模架库系统的运行，说明了注射模具标准模架库系统的使用方 法及运行的流程，并给出了程序运行实例 第七章结论与展望，提出了在本文基础上还要进一步深化的研究工作 1 0 山东大学硕士学位论文 第二章p r o e n g i n e e r 二次开发技术的深入探讨 2 1p r o e n g i n e e r 简介 p r o e n g i n e e r3 d 设计系统是由美国p t c 公司于1 9 8 9 年开发的，十余年 来已经成为全世界最普及的c a d c a m 系统之一p r o e n g i n e e r 在今日俨然 成为3 dc a d ，c a m 系统的标准软件，广泛应用于电子、通讯、机械、模具、 工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。p r o e n g i n e e r 可谓是个全方位的 3 d 产品开发软件，整合了零件设计、产品组装、二维工程图制作、异种格式 文件处理、机构仿真与有限元分析等c a e 技术、管路设计、钣金设计、模具 设计、电缆设计、机械设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、同步工程、 n c 加工、自动测量、产品数据管理、协同设计开发等功能于一体。利用 p r o e n g i n e e r 及其相关软件p r o d e s i g n e r 、p r o m e c h a n i c a 进行设计开发工作， 可以大大缩短产品开发的时间与流程1 2 喇 p r o e n g i n e e r 主要特点如下： 1 、全相关性( f u l la s s o c i a t i v i t y ) p r o e n g i n e e r 最大的特点就在于它采 用单一数据库的设计，是一种全相关性的软件。由于p r o e n g i n e e r 中所有的模 块完全互相连接，因此在开发产品的过程中，设计者在任何时候所做的修改， 都会扩展到整个设计中，自动更新零件、装配、工程图等模块中所有2 d 和3 d 的尺寸与工程文件，这样就确保了数据的一致性和正确性，避免了反复修正 这种功能也正符合现代产业中的同步工程概念i 烈1 2 、实体造型( s o l i dm o d e l i n g )在产品的设计过程中，与传统的计算 机辅助设计相比，p r o e n g i n c 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 g i n e e r 中模型是由一些工程特征雕砌( s c u l p t e d ) 而成，而非绘制( d r a w n ) 而成。它可在完成实体造型后再按照严格的投影关 系产生三视图和它需要的辅助视图，因此生成的二维工程图在几何上也是准确 无误的1 2 呲5 1 3 、基于特征的参数化建模( f e a t u r 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