（机械电子工程专业论文）压铸模具参数化cad技术研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 模具c a d c a m 作为计算机科学与模具技术结合的产物，是促进科研开发和成果转 化，实现设计制造自动化，加快模具行业发展的一项关键技术：是提高产品设计水平， 缩短新产品开发周期，提高劳动生产率，降低消耗的重要手段。以商品化的c a d c a m 软件为平台进行二次开发，使那些国外软件工具适合我国模具生产的设计要求，是目前 国内推广和使用模具c a d c a m 所面临的一个重要课题。 本文以国内普遍使用的模具c a d c a m 软件p r o 厄n g i n e e r 作为研究对象，对 p r o e n g i n e e r 的各种二次开发接口进行了深入研究，比较了族表( f a i n i l yt a b l e ) 、用 户定义特征( u d f ) 、p r o 伊锄、j 一1 i n k 、和p r o 厂r o o l t 各自的优缺点和应用范围。探 索了利用p r o t o o l k i t 进行p r 矾n g 矾e e r 二次开发的方法，如p r o ，t 0 0 l t 工作模 式、利用p r o t o o l k i t 制作菜单、交互对话框、创建p r o 厂r o o l 融t 应用程序的基本方 法以吸如何实现p m e 与m f c 的通信等问题。 其次，重点研究了三维实体参数化设计、尺寸驱动的方法以及如何通过编写c 语言 程序调用二次开发工具p r o 厂r 0 0 l t 提供的相关函数。 最后，本论文着重介绍了基于w d d o w s 平台在v c 环境下创建p r o 厂r 0 0 1 k i t 应用 程序的关键技术，详细分析了开发过程中常用的p r o ，r 0 0 1 l ( i t 函数的功能、含义及用法， 并结合实例给出了包括应用程序框架、注册文件、菜单、草图及各种常用特征的详细创 建步骤和程序算法，体现了这种方法的优越性。在p r o 但开发环境下，基于特征和参 数化建模技术，针对压铸模具零件图形的中主要参数，编写交互式用户界面，通过对主 尺寸参数的修改来直接驱动压铸模具标准件的自动生成，大大提高了设计效率。 关键词：压铸模具；参数化；c d ；p r o e n g i n e e r ；p r o t o o l k i t 张金月：压铸模具参数化c a d 技术研究 r - e s e a r c ho np a r 锄e t e r i z e dc a dt e c h n o l o g yo fd i e c a s t i n gm o u l d a b s t r a c t a so u t c o m eo fc o m p u t e rs c i e n c ei m e g r a t e dw i t hm o u l de n g i n e e 血舀m o u l dc a d c a m i sak e yt e c h n o l o g yw h i c hc a l la c c e l e r a t es c i e n t m cr e s e a r c ha n dt r a r l s f b 衄a t i o no f p r o d u c t i o n ， m a k em o u l dd e s i 印i n ga 工l dm 删f a c 岫ga u t o m a t i c a l l ya 1 1 de x p e d i t em o u l di 1 1 d u s 订y ni sa t e c q u ew h j c hc a ni l n p r o v ep r o d u c td e s i g n i n g ，s h o r t e nt h et i m eo fd e v e l o p i n gn e wp r o d u c t ， i m p r o v ep r o d u c t i v i t y ，s a v et 1 1 ec o s t i n go f p r o d u c t i o n t om a k eo v e r s e a ss o f c w a r eb em t oo u r m o u l dp r o d u c t i o n ，s e c o n d a r yd e v e l o p m e n to nt h ec o m m e r c i a lc a d c a ms o 行、v a r ei sa n i m p o n a mt a s kw h i c hw en m s tf 如et o o ng e n e r a l i z i n g 孤du s i n gm o u i dc a d c a mi n d o m e s t i c ， 。 p r o i 抽g i n g e e ri sa 晰d l yu s e dm o u l dc a d c a ms o f h v a r e t a k ei tf o rs t 【l d y i 工1 9o b j e c t ， w i t ha 1 1 a l y s i so ft h ed e v e l o p m e n ti m e r f a c e so fp m e n g m g e e ra n dm a k ec o m p a r i s o nf o r c h a m c t e r i s t i co ff 锄i l yt a b l e ，u d f ，p r o 掣跚，j l i n k ，p r 0 ，1 o o 蛐，t 1 1 ep 印e rd i dr e s e r c ho n m e t h o d so fs e n c o n d a r yd e v e l o p m e mb yp r o 厂r o o l k i t ，s u c ha sp r o 厂r 0 0 l l 【i t sw o r km o d e ， d e s i g 血gm e 肌a 1 1 du s e ri m e r f k ed i a l o gb o x e s t h ew a yo fc r c a t i n g 印p l i c a 廿o no f p r o t o o l k i ta sw e l la si m p l e m e n to fi n f o h n a t i o n 也m s f o r i n a t i o nm e c l l a 工l i 锄b e t w e e np r o e a n dm f ca r es t u d i e d s e c o n d ，m ep a p e rp u t 舢c he m p h a s i s o np a r 锄e t r i c d e s i g nt e c h n o l o g y o ft h r e e d i m e n s i o n a ls 0 1 i d ，也et e c 城q u eo fd i m e i l s i o nd r i v e na 1 1 dm o d i 矗c a t i n gp l a l l a rd r a 、v i n gv i e w a u t o m a l i c a l l yh a sc o m et m eb yc o m p i l i n gcp r o g r 锄s 也a tp r o ，r o o l 妯p r o v i d e s f i n a l l y ，i nt l l i st h e s i s ，d e t a i l e dd e s c 曲e dm ek e yt e c h n 0 1 0 9 yo fd e v e l o pp r o 厂r 0 0 1 k i t s 印p l i c a t i o nb yv i s u a lc + + b a s e do nw i l l d o w s ，a 1 1 a l y z e d 劬c t i o n ，u s a g ea 1 1 dm e a i l i n go fc o n u n o nf u n c t i o n s ，a n dp r o v i d e dc r e a t e dp r o c e s sa 1 1 dp r o g r 锄a r i 血m e t i co f 印p l i c a t i o n 缸吼e ， r e g i s t e rf i l e ，m e n u ，s k e t c ha n dc o m m o nf e a t u r e s u n d e rm ed e v e l o p m e me n v i r o m e n to f p r o ，e ，b a s e do n 也et e c l l l l o l o g yo fc h a r a c t c r i s t i ca 工l dp a r a m e t r i cm o d e l i n g ，1 1 1 eu s e r sm u t u a l i m e 而c e sa r ed e v e l o p e df o rt h em a i l lf l g u r ep a r a m e t e r so ft h es 锄d a r dp a r to fd i e c a s t i i l g m o u l d t h r o u g hm o d i 母i n gp a r 锄e t e r s ，d i e c a s t i n gm o u l dp a r t sa r eg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l y a sar e s u l t ，t 1 1 ee m c i e n c yo f d i e c a s t i n gm o m dd e s i g ni sh p r o v c d 口e a t l y k e yw o r d s ：d i e - c a s 缸g ；p a r a m e t e r i z e d ；c a d ；p r o e n 舀n e e r ；p r o 厂r o o l k - t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工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，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： j 磁 导师签名：i ! 习垒尘! 丛2导师签名：j ! 司型坠! 垒2 丝年月2 竺日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 压铸模具的特点 压力铸造( 简称压铸) 即将液态熔融金属或半液态半固态金属在较高的压力下，以较 高的速度填充入模具型腔内，并使金属在压力下凝固而形成铸件的方法在压铸过程中， 液体金属或半固态金属总是被压力所推动，填充结束时，在压力下凝固的。因此，高压、 高速填充压铸模型腔是压铸的最大特点【1 。它常用的压射比压是从2 0 7 0 m p a ，甚至高达 2 0 0 m p a 充填速度约在1 0 5 0 m s ，有些时候甚至可达1 0 0 m s 以上。充填时间很短，一 般在0 0 1 o 2 s 范围内。压铸有以下二方面优点： ( 1 ) 产品质量好。铸件尺寸精度高，表面光洁，强度和硬度较高，尺寸稳定，互换 性好，可压铸薄壁复杂的铸件。 ( 2 ) 生产效率高。机器生产率高，压铸模寿命长，易实现机械化和自动化经济效果 优良，一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，还可以采用组合压铸所以既 提高了金属利用率。又减少了大量工时。 压铸虽然有许多优点，但也有一些缺点： ( 1 ) 压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，铸件易产生气孔，不能进 行热处理。 ( 2 ) 对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。 ( 3 ) 高熔点合金( 如铜，黑色金属) ，压铸模寿命较低。 ( 4 ) 不宜小批量生产，其主要原因是压铸模制造成本高，压铸机生产效率高，小批 量生产不经济。 由于压铸是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑，无切屑的有效途径，所以应 用很广，发展很快压力铸造在我国约起始于2 0 世纪4 0 年代，加世纪5 0 年代，约1 9 5 8 年以后，在汽车、电工和仪表行业中大批量应用压铸件，从此压铸工艺得到迅速发展。 在这以后的十年中我国的压铸技术取得了一定的成就，自行设计了压铸模，压铸件的应 用范围扩展到农机、机床、办公用具、军工等领域【2 】。至2 0 世纪8 0 年代，我国的压铸技 术已达到相当水平，己自行设计并制造出成系列的性能良好的压铸机，并开始在压铸工艺 中应用电子计算机技术。更重要的是在这一时期，我国已建立了自己的压铸技术队伍， 培养出一批具有相当水平的压铸技术人才，己有能力在压铸技术与生产领域的各个方面 进行开拓性工作压铸工艺是一种高效率、少无切削的金属成型工艺，从1 9 世纪出至今 已有1 6 0 多年的历史。压铸工艺在现代工业中用于生产各种金属零件，具有独特的技 张金月：压铸模具参数化c a d 技术研究 术特点和显著的经济效益。压铸生产效率高，能压出形状复杂，尺寸精确，轮廓清晰， 表面质量及强度硬度都较高的压铸件，因此应用较广。 1 2 国内外压铸模具及其c a d c a m 技术现状与发展趋势 在我国近年来，由于汽车和摩托车工业的发展较快，推动了压铸件生产的发展。压 铸模在产量和数量上仅次于冲模和塑料模，已占各类模具总产量的8 ，已经基本上能 满足汽车、家电、轻工等行业对压铸模零件的要求。随着我国汽车制造业的崛起，以及 世界模具技术的高速发展，我国压铸模制造业有了跳跃式发展。压铸技术在我国己形成 了自己的体系，并发展成为一个新兴的产业，年增长率保持8 一1 2 的良好势头。尤其是 加入w t o 后我国将成为世界的加工中心，已经引起全世界的关注。据统计，1 9 9 1 年， 我国压铸件年产量仅1 6 5 万吨，而到了2 0 0 0 年，我国压铸件年产量己接近5 0 万吨，其 中铝合金3 2 7 5 0 0 吨占6 ，锌合金1 5 5 7 2 4 吨占3 1 6 ，铜合金4 8 5 2 吨占1 0 ，镁合金 3 9 2 4 吨占o 8 。压铸件的主要应用领域发展为：汽车、摩托车占6 2 3 ，玩具、五金占 1 2 6 ，电子电器占1 0 9 ，一般机械占5 4 ，其他占8 8 n 目前，压铸行业己有压 铸企业及相关单位2 6 0 0 多家，从业人员超过5 万。不久的将来中国将是世界最大的汽车 用户，随着汽车工业的快速发展，可以展望我国压铸业将会有巨大的发展空间。压铸业 已成为国民经济发展中不可忽视的一部分。有资料显示，从数量上看，压铸件总吨位比 例为美国：日本：中国= 3 ：2 ：1 ，我国低于美、日；从生产效率上看，我国不仅落后于美、日 等发达国家，而且落后于印度这样的发展中国家；从技术水平上看，压铸研究不多，采用 新技术，主要是引进外国的技术，压铸机处于中等水平，而较低的压铸模具水平更成为 阻碍整个压铸业发展的瓶颈，尤其是结构特别复杂、尺寸精度要求很高的还需进口总的 来说，我国是压铸大国之一，而不是强国，从技术和生产效率来看，我国的压铸业还相当 落后。如果把中、日、德、美4 国按综合系数相比，以中国为1 ，则日本为1 7 5 ，德国为 1 7 5 ，美国为2 4 l ，但是，在数量上和从业人员方面我们具有一定优势；另外，压铸市场容 量较大，发展空间比较充裕特别是最近两年，摩托车零件的压铸模制造目趋成熟，大型、 复杂的汽车零件模具不断研发、制造出来，模具呈大型化、复杂化、长寿命发展。普遍 注重的外观质量及模具使用寿命有了明显长进。我国目前生产上所需的压铸模基本上可 以做到自给，但是一些新品种零件的压铸模，尤其是大型、薄壁、精密模具，技术含量 高、难度大的模具一般还要引进，随着技术引进同时购买大型压制机。我国生产的压铸 模具与国外产品相比，在模具的使用寿命上有差距，国内不同的厂家的水平也参差不齐， 中型复杂的模具，国外往往在1 0 1 5 万模次，而国内做得好的企业普遍在8 1 2 万模 大连理工大学硕士学位论文 次，个别的还停留在2 3 万模次；国外的压铸模具的生产，稳定性好，尺寸精度高， 外观质量讲究，使用时故障率低，返修少。 总的来说，进入2 1 世纪，我国压铸模设计、制造的技术水平有很大提高，当今国 外模具先进加工设备及检测设备不少企业已经引进和应用，虽然数量不多，但已经成为 各个模具企业的主要加工设备和手段。 目前我国压铸模设计己经具有一定的水平，基本能满足汽车、摩托车、电机等行业 的需要。但同时，我国压铸模生产仍然存在着很多问题，模具设计大多依靠设计人员长 期以来积累的经验进行，缺乏与先进科学技术的结合，近年尚未开始尝试把计算机技术 应用于设计中。我国的压铸模的设计、制造与外国相比，仍有较大差距。一般反映在以 下几个方面，一是压铸模寿命短，二是外观质量不理想，三是模具可靠性差、四是生产 率低【4 】。但是最主要的是压铸模标准化程度低。因为模具标准化是现代模具设计与制造 的基础。推行模具标准化是实现模具合理化生产必备条件。模具标准化和专业化刘缩短 模具制造周期、提高产品质量以及降低生产成本都有重要的作用。我国模具标准化和专 业化近年来虽然有一定的提高，但是与国际水平相比相差甚远。日本、美国模具的平均 生产周期己缩短到1 5 2 5 个月，而我国模具的平均生产周期在4 5 个月以上。其主要原 因之一是模具标准化和水平不高。目前我国模具标准化程度只有3 0 左右，专业化生产 才刚刚起步。而美国模具产业的标准化程度为7 0 ，专业化程度为9 9 。此外，我国 的设计人员对塑料模、冲压模的研究还是比较多，对于压铸模的专业化、标准化的研究 则相对较少。虽然压铸模c a d 技术的研究相对其他类型的模具c a d 而言起步较晚，但 由于它可以有效地借搽其他模具c a d 的开发经验，有效的开发压铸模c a d 系统【5 】口大 体上压铸模c a d 的发展经历了三个阶段：早期的压铸模c a d 只是对压铸工艺参数进行 选择，仅利用计算机的计算功能，以减轻设计人员的工作强度，代表性的系统有美国 e n i ci n s t i t u t e 开发的锌压铸模c a d 系统，其后的压铸模c a d 增加了压铸过程增加了压 铸过程金属填充数值模拟、压铸模温度场与应力场的数值模拟等功能，意大利比萨大学 机械技术研究所开发的“p r e h e a t ”程序，采用二维数值方法求压铸型的温度分布，以确 定冷却管道的分布。随着计算机硬、软件技术们高速发展，压铸模c a d 技术也跨上了 新台阶。较高级的压铸模c a d 系统除了对压铸模设计进行参数计算、选择之外，还可 以生成图形、输出图形，并能进行压铸过程模拟与分析，井输出数控加工程序，形成功 能较完齐的压铸模c a d ，c a m 系统。日本丰田汽车公司开发的压铸模计算机辅助设计 工程系统( c a d d e s ) ，己经投入使用。国内压铸模计算机辅助设计的研究也进行了相关的 尝试：如罗蓬开发的压铸模排气系统的计算机辅助设计，于彦东开发的压铸模标准件计算 机辅助设计四川大学的郑忠俊开发的压铸模推出结构计算机辅助设计系统都具有很高 张金月：压铸模具参数化c a d 技术研究 的应用价值。尽管目前压铸模标准模架、标准推杆等在中国越来越广泛地得到应用，并 且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但模具标准件的使用覆盖率仅为3 5 ， 2 0 0 5 年和2 0 1 0 年的目标分别是6 0 和7 0 以上。模具标准化率不足是制约中国模具出 口、导致模具国产化率低的一个重要因素。模具标准化率低，导致交货期延长，同时造 成用户更换零部件的困难。因而，提高模具标准件的使用覆盖率，增加标准件的品种是 行业今后重要的努力方向。 我们通常描述的c a d 指单纯的计算机辅助设计，从广义上来讲c a d 的概念可扩 展为c a d ，c a e c a m 的高度集成。c a d 侧重的是产品的设计与开发，c a e 侧重于产品 的优化与分析，c a m 侧重于产品的模拟加工与制造。c a d 技术起步于上个世纪5 0 年 代末，由美国的军方和一些跨国公司发起，6 0 年代初，当时，c a d 的含义只是单纯的 计算机辅助绘图，其技术特点是利用解析几何的方法定义有关点、线、圆等图元，我们 称为第一代c a d 系统。直到7 0 年代中期，c a d 技术才有了长足的发展，概括起来， 其发展过程其实就是从计算机辅助绘图到计算机辅助设计，从二维绘图到三维设计，进 而到三维集成化设计的过程。在其发展过程中，经历了由简单的线框式系统( a u t o c a d 早期版本) 到三维曲面造型( c a t l q ，由三维表面模型到三维实体造型( 代表软件i d e a s 早期版本) ，称之为第二代c a d 系统第三代c a d 系统开始于8 0 年代中期，是c a d 技 术得以普及和发展的重要阶段【6 】。一方面随着计算机技术的进一步发展，高档计算机， 图形工作站的出现，彩色高分辨率显示设备的出现，以及计算机图形处理技术的日趋成 熟，使得大量有实用和推广价值的c a d 软件包相继出现，并且实现了仿真三维设计功 能，可以广泛应用于各行各业，表现形式为在建模方法上分别出现了特征建模和基于约 束的参数化和变量化建模方法( 代表软件i d e a sm s ) ，并山此出现了各种特征建模系统 以及二维或三维的参数化设计系统( 代表软件p r o 】狲g i n e e r ) ，而且出现了由这两种建 模方法互相交叉、互相融合的系统。这种系统常常有内部统一数据结构的共享数据库， 因此能实现各种模块间的相互关联性，即实现了广义c a d 的信息集成。现在，c a d 技 术正在朝向网络化、数字化、设计方法融合化、智能化、标准化的方向发展，我们称之 为第四代c a d 系统，无疑由此技术带动下的一批c a d 系统将呼之欲出。早期的线框式 系统，由于缺乏形体的表面信息，c a m 及c a e 均无法实现，实体造型技术出现以后 理论上统一了c a d ，c a e ，c m 的模型表达。经过几十年的发展，支撑硬件也先后走过 大型机、小型机、工作站、微机时代。现在，工作站和微机平台c a d c a e c a m 软件 已经占据主导地位。 我国c a d c a m 技术的研究起步于7 0 年代，当时仅有少数大型企业和科研单位及 部分高校参加，进展速度很慢。8 0 年代中期以后，工业界认识到了c a d 技术对生产力 大连理工大学硕士学位论文 的巨大促进作用，又由于计算机价格的不断下降，加之改革开放和国内外市场激烈竞争 形势的不断发展，促使我国政府部门和科技人员对c a d 技术的积极性不断高涨，c a d 技术的研究和应用在全国上下蓬勃发展。在系统研究方面，在国家的统一规划下，选择 了包括汽车、数控机床在内的2 4 种机械产品作为开发对象，参加单位多达3 0 0 家左右， 研究人员达3 0 0 0 左右 7 】0 除了开发产品的c a d 系统以外，还对c a d 支撑系统进行了 研制，推出了一大批国产化商品软件应用范围也不断扩大，许多中、小型企业也根据 自身的情况实簏适合的c a d 系统。c a d 技术在我国的推广极大的提高了我国工业生产 力水平的提高，整体提高了我国产品的市场竞争力，但是，由于国外的c a d 技术起步早， 资金雄厚，技术力量强，c a d 系统底层稳定、功能强大、可扩展性好；同时又由于经济、 技术全球化趋势的进一步加强，国内企业对外交流的愈加频繁，考虑到信息的统一性问 题，致使国内许多企业选用国外的c a d 系统。 压铸模c a d 技术发展概况当今：随着近无余量技术的发展，压铸件的应用范围曰益 扩大， 压铸模的设计和制造任务也日益繁重。压铸模计算机辅助设计( c a d ) 就是为了 适应这种状况的需求而发展起来的，目前我国压铸模设计己经具有一定的水平，基本能 满足汽车、摩托车、电机等行业的需要。但同时，我国压铸模生产仍然存在着很多问题， 模具设计大多依靠设计人员长期以来积累的经验进行，缺乏与先进科学技术的结合，近 年尚未开始尝试把计算机技术应用于设计中。我国的压铸模的设计、制造与外国相比， 仍有较大差距。一般反映在以下几个方面，一是压铸模寿命短，二是外观质量不理想， 三是模具可靠性差、四是生产率低。但是最主要的是压铸模标准化程度低。因为模具标 准化是现代模具设计与制造的基础。推行模县标准化是实现模具合理化生产必备条件。 模具标准化和专业化对缩短模具制造周期、提高产品质量以及降低生产成本都有重要的 作用。我国模具标准化和专业化近年来虽然有一定的提高，但是与国际水平相比相差甚 远。目前在国内占有较大市场份额的国外c a d 系统有以下一些： ( 1 ) 高端平台p r o e n g i n e e rp 啪e t r i ct e c l l n o l o g yc o r p o r a t i o n ，美国u n i 鲜a p l l i c s ( u g ) u n 迢r a p l l i c s s o i u t io n s 公司，美国i d e a s s d r c ，美国c a t 埝达索公司，法国( 后 被i b m 收购) 。 ( 2 ) 中端平台a u t o c a d au t o d e s k 公司( 当今最流行的二维绘图软件) ，美国m d t a u t od e s k 公司( 三维软件) ，美国s o l i de d g eu n i g r a p l l i c s s o l m i o ns 公司，美国s o l i dw o r k s 生信国际有限公司，美国c i m a t r o nc i i l l a 仰n 公司以色列其中在二维绘图软 件市场a u t o c a d 因为进入中国市场早、二维功能强大，占据绝对领导地位，而在高端 市场p r o e n g i n e e r 处于领先地位吼 c a d 软件开发现状软件开发一般来讲分为三个层次 张金月：压铸模具参数化c a d 技术研究 ( 1 1 基于硬件的底层开发 这是一种完全自主版权的开发方式，针对一定的硬件平台完全从底层做起。目前大 多数的通用性的c a d 平台都是采用这种方式建立起来的，再嵌入国际标准化图形接口， 如上面提到的p r o 绝n g i n e e r ，i d e a s ，c a t i a ，c a ) 队等等，通过多年的技术积累，版 本不断更新，这些平台己经完全形成了一套自己的图形创建模式。但是无疑这种开发方 式工作量巨大，需要雄厚的资金支持，开发周期长。 f 2 ) 基于己有几何造型平台的开发 这也是一种当今流行的开发方式，在国内许多研究单位都在进行。是在针对某种特 定的硬件的几何造型平台的基础上，通过该平台提供的开发接口构建通用型或专业的 c a d 系统。当今应用最广泛的几何造型平台是a c i s ( s p a t i a l t e c l l l l o l o g y 公司，美国) 、 c a s 。c a d e ( m a t 曲a t a v i s i o n 公司，简称m d t v ，法国) 和p a r a s 0 1 i d ( e l 。c 订o n i cd a t a s v s t e m s 公司，简称e d s ，英国) 。在这种开发方式下产生了一大批商品化的c a d 系统， 著名的有：a u t o c a d ，c a d k e y ，m d t ，b r a v o ，t r i s p e c t i v e s ，t l 】r b o c a d ，基于a c i s ；e u c l i d i s ， a r c a d 、法国地球科学结构b r g m 开发的g i s 系统、日本n i p p o n st e e l 集团开发 的汽车电路布线软件、日本s a n e i 公司开发的公路c a d 系统，基于c a s c ad e ；u g i i ，s 0 1 i d w o r k s ，s 0 1 i d e d g e ，基于p a m s o l i d o 这种开发方式可以深入核心层、系统稳定性好、 具有一定的灵活性，但是平台的价格昂贵，没有自主版权。 ( 3 ) 基于成型的c a d 平台的高级开发 为了满足一些专用领域的需要、进一步提高设计质量、缩短设计周期，如同各种 c a d 平台的更新换代一样，对c a d 平台的高级开发研究一直没有停止过。特别九十年 代以来，由于c a d 应用在国内的逐渐普及，国内很多科研院所、企业都进行过针对具 体应用的开发工作。不过前几年一直集中在对二维的进行开发，出现了一大批基于着三 维系统逐渐占据主流，这两年陆续出现一些针对中端c a d a u t o c a d 平台的应用模块。 随着平台的高级开发，如生信实维针对s 0 1 i d w o r k 开发的s o i i d c a m 模块，东大欧磊针 对s o l i d e d g e 开发的标准件库等等。目前针对高端c a d 平台进行开发的工作做得较少， 如国内对p r o ，e n g 玳e e r 进行开发的仅有清华、浙大、南航等几所院校，相关资料很少， 而且也仅处于起步阶段，如南航开发的是轴类零件生成模块，浙大做的是标准件库。但 是一些高端c a d 平台已经逐步提供了良好的应用程序接口( a p i ) ，用户可以定制自己的 应用程序，如u g 提供了u g ，o p e n 二次开发工具包，p r 0 e n g i n e e r 提供了p r o t 0 0 呔i t 和j u n k 开发工具包等。这种开发方式下创建的应用模块虽然没有自主版权，灵活性受 支撑平台控制，但是应用性非常强、周期短、投入少、开发相对简单，无疑将具有广阔 的市场翻。 大连理工大学硕士学位论文 众所周之，国外c a d 技术的发展水平，特别是在机械这一领域，比国内领先很多， 国家前几年一直提倡系统国产化，这几年观念在转变，逐渐在转向与世界接轨，国外一 些优秀的c a d 平台底层可靠，功能强大，通用性很强，在国内占有很大的市场份额；但 是一些企业花费巨资购买了高端的c a d 平台，也时常苦于并不适合自身产品的需要；并 且，这些系统庞大、操作复杂的高端c a d 平台对工程技术人员来讲短时间内就能熟练 使用也并非易事。因此开发基于产品简单易用的c a d 模块有着非常重要的实际意义。 美国p t c 公司的p r o 甩n g i n e e r 软件是国际著名的三维c a d 软件之一，在制造业企 业以及其它有关领域得到了广泛的普及应用。基于特征的参数化造型设计和全相关性是 其显著特点。p r o e 是美国参数化公司口t c ) 于1 9 8 6 年开发而成的。由于问世较晚，有 条件采用近几年c a d 方面的一些先进理论和技术，因此起点较高。如p r o e 采用了先 迸的基于特征的参数化设计技术，使设计工作十分灵活和简便。在产品信息模型方面， p r o e 把所有的功能模块建立在统一的数据结构上，提供了所有工程项目之间的全关联， 真正实现了c a d ，c 川巳c 舢“的有机集成。用户可以同时对同一产品进行并行的设计工 作，从而可以提高设计质量，缩短开发周期。仅生成实体模型来描述工程师所设计的产 品模型，不再应用线框和表面模型转换成实体模型的手段，思路清晰。由于它有完整而 统一的模型，在整个设计的相关环节上反映出来。p r o e n 西n e e r 采用基于参数化，特征 设计的三维实体造型系统，这样便于在新产品的开发中实现概念设计，也可方便的依照 工业标准的零件族概念建库。 p t c 公司的“i ”系列之后都是建立在新一代实体c a d c a e c a m 解决方案之上， 它是那些把产品设计信息的价值延伸到桌面用户及整个企业的应用程序的后续产品，它 能让用户访问到产品开发生命周期中每个阶段的产品信息。“i ”系列提供了一些集成工 具使开发流程自动化，软件开发环境在支持并行工程方面是独一无二的。通过一系列完 全相关的模块一它们能够表达产品的外形、装配及其功能。p r o e n g i n e e r 能够把多 个部门同时致力于同一产品模型中。这包括在工业设计和机械设计方面的多项功能，包 括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。p r q e n g i n e e r 还提供 了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。硬件独立p r 0 e n g n e e r 可以 在所有主要的u n ，w i n d o w s n t 以及w i i l d o w s 9 5 以上平台上运行，并且在每一个平台 上保持同样的外观，使用起来的感觉也一样：用户根据需要选择最经济的硬件配置，也可 以选择异型结构的多品种平台。由于p r 0 厄n g 仆旧e r 独特的数据结构模式，产品信息可 以毫无困难的在不同平台间流动。p r o ，e n g i n e e r 用户界面简洁，概念清晰，符合工 程技术人员的设计思想与习惯，并且售价合理。与二维c a d 相比，三维c a d 实体建模 更加准确、直观、形象，便于交流和修改，有利于实现数字化虚拟装配，改进产品外观 张金月：压铸模具参数化c a d 技术研究 设计；三维c a d 数据准确完整唯一，便于实现上下游供应链的无图纸传递、系统集成和 远程网络化制造。p t c 公司开发的p r o ，e n g i n e e r 系统具有单一数据库、参数化、基于 特征、全相关的特点，改变了机械c a d 的传统观念，这种全新的概念己成为当今世界 机械c a d 领域的新标准，在国内占有很大市场，所以本课题选用p r o 厄n g i n e e r2 0 0 l 版本作为开发平台( 除了特征元素树部分有些变化之外，其余的开发技术和程序代码均 可用于p r o ，e n g i n e e r 的最新版本p r o ，e n g i n e e r ( w i l d f i r e ) ，选用面向对象的程序 设计语言v c 6 o + + 作为开发工具，着重于对p r o e n g n e e r 提供的基于w i n d o w s 平台 的开发工具包p r o 厂r o o l h t 的研究，结合实例详细阐述了基于产品的开发思路和具体方 法。 1 3 本文研究内容 ( 1 ) 参数化建模 参数化技术是当前c a d 技术重要的研究领域之一参数化设计一般是指设计对象的 结构比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系。参数的求解较简单，参数与设计对象的 控制尺寸有显式的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动参数化设计技术以其强有力的草 图设计、尺寸驱动修改图形功能，成为初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较 和动态设计的有效手段因此，如何充分地运用参数化技术进行零件的参数化建模来提高 各种零件的参数化建模来提高各种零件的建模效率是本文研究的重点。运用参数化建模 可以完全零件的自动化建模，而所要提供的只是一些基本的设计参数。从而减少设计过 程中的大量重复性的工作，大大提高工作效率。 ( 2 ) 模板的开发定制 采用p r o e n g i n e e r 进行三维建模中，模板是建模的基础，它能将相关的信息传递给根 据模板刨建的文件。通过模板创建的文件具有统一的界面、格式，符合相同的标准，如系 统单位、零件精度、模型文件的参数及参数值等在一定程度上可以提高设计效率。 ( 3 ) 标准零件库的创建 在机械设计中标准件的数量日益增多，这主要是因为采用标准件给产品的设计、制 造、装配带来了很大的方便。设计人员如果能从c a d 系统的标准件库中获得满足设计 要求的标准件，则可大大减少重复劳动，提高设计效率，从而缩短新产品的研制周期， 所以，提供标准件库或者提供开发标准件库的工具是c a d 系统的一个重要组成部分， 也是评价c a d 系统的一个重要指标。在设计过程中，如果缺少标准件库，在调用每 个标准件时，就需要像别的非标零件一样，重新建模。而标准件的频繁调用，大大降低 了装配效率，造成了时间和精力上的浪费。 大连理工大学硕士学位论文 本论文通过充分利用三维建模软件p r o e n 百n e e r 及其所提供的二次开发工具 p r o p r o g r 蛐，p r o t 0 0 l k i t 和f 锄i l yt a b l e 进行三维参数化设计及标准零件库的建库工作 10 1 。参数化设计的方法大提高了建模效率，给各种产品的自动化、快速设计提供了一定 的参考依据。通过对模板的开发定制，建立统一的模板来提高设计效率通过在 p r o e n g i i l e e r 中创建三维标准零件库，并实现标准件库与p r o e n g i n e e r 的集成专门应用领 域的用户可用文中所提到的方法来扩充自己所需的标准件和通用件，既可减少开发费 用，又可提高开发效率和质量。本论文的主要工作有： ( 1 ) 利用p r 0 e n g i n e e r 的二次开发工具p r o ，r 0 0 1 蛐实现压铸模具的标准件导套的自 动化建模 ( 2 ) 解决p r o e n 西n e e r 与v c 抖6 o 的接口问题。 ( 3 ) 利用p r o 厄n g i n e e r 的二次开发工具p r o ，r o o l k i t 及v c 抖6 o 进行二次开发，设计 出人机交互式的界面，开发出参数化的导套，导拄等压铸模具的标准件。 9 张金月：压铸模具参数化c a d 技术研究 2 参数化c a d 技术概况 2 1 参数化设计的基本概念 所谓参数化设计既是在设计中产品的结构形式是确定的，它需要根据某些具体的参 数来决定产品某一结构形式下的结构参数，从而设计不同规格的产品。其本质是对统一 的结构的产品通过修改尺寸来生成新规格的产品，利用计算机来进行参数化c a d 设计， 只需在计算机上输入机械零件的几个关键参数，就会准确地、自动化地生成工程图图样。 参数化设计地基本任务是将原图形中的形式参数用符合设计图形的具体结构参数 数值来代替，其具体结构参数的数值又与具体的产品有关。参数化设计的基本过程是： 创建原始图形；确定绘图参数；利用专业知识确定原始图形参数与具体结构参数之间的 关系：产生设计图纸与相关文档。其整个过程需要数据库挤数据库管理系统对各种数据、 图形进行存储及管理。 2 2 参数化设计在机械设计中的重要地位 三维参数化设计具有直观、精确、重复性操作少的特点，已经逐步取代二维设计成 为计算机辅助设计方法中的主流。最早的参数化软件就是p t c 公司的p r o e n g i n e e r ( 简称 p r 0 e ) 。进入9 0 年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零 部件设计上的简单易行的优势。因而参数化技术的应用主导了c a d 发展史上的第三次 技术革命。利用参数化设计技术进行产品设计可以十分容易地修改图形，并能将以往某 些产品设计的经验和知识继承下来。设计者可以把时间精力集中于更具有创造性的概念 和整体设计中去。这样就可以充分发挥创造力，避免了手工造型的繁琐，提高了造型设 计的精度和设计的效率。参数化建模方法及技术使产品设计进一步规范化和筒捷化，是 产品设计系列化的重要手段，是现代产品设计的标志。在机械零件设计中，p r o e 软件 采用基于约束的参数化，该设计技术以全新的思维和方式支持产品的设计、修改和变形。 通过约束参数的修改，能方便地创建一系列功能和形状相似的设计模型。基于特征的三 维参数化设计系统是早期机械c a d 系统的升级，是现代实现c a d c a m 的主要手段 1 i 】。 2 3 参数化设计系统的国内外研究现状 2 。3 。1 国外发展现状 国外开发的具备参数化功能的c a d 系统： ( 1 ) p r o 胁g m e e r 是美国参数技术公司的机械设计自动化软件产品。它是第一个具有 参数化功能的c a d 系统。它通过记录设计历史来捕捉设计意图，设计历史的操作顺序 大连理工大学硕士学位论文 可以修改，同时引入全局设计参数来实现整体的设计修改。p r o e n g i n e e r 具有在系统中 作动态修改的能力，是一个以功能为主的参数化实体造型系统，它提供双向数据关联， 设计的修改能自动更新到出图、分析、制造以及其它c a d c a m 领域，并具有强大的装 配功能。但其中的几何体都必须是完全约束，进行设计要求预先考虑好整个产品的控制 参数以及操作顺序，对一个没参加创建的设计者来说，不太容易搞清如何对该项设计进 行修改。 ( 2 ) c a d s 5 c v 公司的c a d s 5 通过一个草图生成工具d e s i g nv i e w 来实现参数化绘 图。d e s i g nv i e w 提供了广泛的基于约束的造型功能，包括支持零件之间的约束、曲面 参数约束、代数约束的逻辑分支以及欠约束模型。采用变量几何技术，约束的顺序不会 影响到它的求解结果。界面友好，采用一个灵巧光标动态捕捉图中约束，能够很方便地 显示、增加和删除约束。用户可直观地控制图形当前状态。工程约束与几何约束融合起 来联立求解，是一个优秀的参数化绘图工具。 ( 3 ) d p d ( d e s i 印p o s td r 心