（机械设计及理论专业论文）玻璃瓶模具cad系统的研究.pdf

a b s t r a c t t h i sp a p e ra n a l y s e sa n dc o m p a r e st h ep r e s e n ts t a t u so f g l a 船b o t t l em o l l l d d e s i g no f d o m e s t i ca n df o r e i g ns i t u a t i o n b a s e do nt h ea n a l y s e s o f f o r m i n gp r o e a s s a n dm a n u f a c t u r i n ge n g i n e e r i n go f g l a s sb o t t l e ，ac a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) s y s t e m o f g l a s sb o t t l em o d d - - g b m c a d ( g l a s s b o t t l em o d d c a d ) i sd e v e l o p e d i nt h i sp a p e r , t h es t u d i e so ft h ed e s i g nm e t h o d so fg b m c a d s y s t e ma n dt h e m e t h o d so fd a t am a n a g e m e mi nt h em o d dc a da n dt h ea u t o m a t i o nd e s i g no f g l a s sb o t t l em o u l da n dt h ea u t o m a t i o no u t p u to f m o u l ds e l 般l u l ed r a w i n gb l t h e e m p h a s e s 丁1 l eg b m c a ds y s t e md e v e l o p e db yu s i n gv i s u a lc + + a n do b j e c t a r x r e q u i r e so p e r a t i n gs y s t e m o fw i n d o w s 9 8o rw i n d o w s 2 0 ra c t u a l i z e st h e a u t o m a t i o nd e s i g no fg l a s sb o t t l ea n dm o l 】1 da n da u t o m a t i o no l a p u to ft h em o u l d s c h e d u l ed r a w i n g i nt h i ss y s t e m ，t h et h i n k i n go f o b j to r i e n t o dp r o g r a m m i n g i s a p p l i e d t h em a i nf u n c t i o n so f g b m c a d s y s t e ma r e 艄f o l l o w s ：a u t o m a t i o n d e s i g no fg l a s sb o t t l e i nt h i sp a r t ，t h ep l a n a ra n dt h r e e - d i m e n s i o n a ld r a w i n go f d e s i g n e dg l a s sb o t t l e 啪b es h o w n ( 墓) a u t o m a t i o nd e s i g n o f g l a s sb o t t l em o l l l d i t i n e l u d e st h ec h o i c eo fs t a n d a r dm o u l d sa n dt h ee a l c u l s t i o no fn o n e - s t a n d a r d m o u l d s a u t o m a t i o no u t p u to ft h em o d ds c h e d m ed r a w i n g i nt h i sp a r t ，t h e t l l i n k i n go fp a r a m e t e r i z e dd r a w i n gi su s e d n 埔s y s t e mc a nd r a wt h em o d d s c h e d d ed r a w i n gw i t ht h ed a t ap r o d u c e di nm o u l dd e s i g np r o c e s sa u t o m a t i c a l l y ( 4 至) d r a w i n gl i b r a r y i ti n c l u d e sg l a s s b o t t l el i b r a r ya n ds t a n d a r dm o d d l i b r a r y k e y w o r d s ：g l a s s b o t t l em o u l dc a d 墨堡登茎查堂堡主堂堡堡壅 第一章绪论 c a d ( i t 算机辅助设计) 自6 0 年代以来得到了迅速发展。由于计算机硬件 和软件技术的迅速发展，c a d 技术日趋完善，已在电子、航空和机械制造等 部门得到了广泛应用。 模具的设计、制造水平与产品的质量、成本及生产周期息息相关。随着制 造工业的发展，产品对模具的要求越来越高。人工设计、单件生产这种传统 的模具设计与制造方式已无法适应工业发展的需要。计算机辅助设计与制造 ( c a d c a m ) 技术是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。 1 1 1c a d 的基本概念o i 1 1 c a d 概述 c a d 是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。从思维的角度看， 设计过程包含分析和综合两个方面的内容。人可以进行创造性的思维活动， 将设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些 模型的程序。在程序运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程；计 算机则可以发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、 优化和其他数值分析任务。人和计算机相结合，在设计过程中两者发挥各自 的优势，有利于获得最优设计结果，缩短设计周期； c a d 系统按运行方式可分为交互设计系统和自动设计系统。 虽然人们正在研究以人工智能为基础的c a d 系统，但在目前的技术发展 水平上，计算机难以自动地完成全部设计工作。因此，绝大多数c a d 系统都 属于交互式的c a d 系统。交互设计系统又称为会话型设计系统，以交互方式 运行。设计时由计算机检索数据，分析计算，并将运算结果以图形或数据的 形式快速显示在屏幕上。设计人员进行观察和判断，利用键盘等交互设备输 入参数，选择方案，修改设计，控制设计的进程。 1 1 2c a d 技术发展概况2 c a d 能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产 品设计服务，因而发展迅速，目前已获得了广泛应用。它几乎推动了一切领 域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大地提高了产品开 发的速度和精度，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。据1 9 8 9 年美国国 墨堡登茎查堂堡主堂堡堡壅 第一章绪论 c a d ( i t 算机辅助设计) 自6 0 年代以来得到了迅速发展。由于计算机硬件 和软件技术的迅速发展，c a d 技术日趋完善，已在电子、航空和机械制造等 部门得到了广泛应用。 模具的设计、制造水平与产品的质量、成本及生产周期息息相关。随着制 造工业的发展，产品对模具的要求越来越高。人工设计、单件生产这种传统 的模具设计与制造方式已无法适应工业发展的需要。计算机辅助设计与制造 ( c a d c a m ) 技术是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。 1 1 1c a d 的基本概念o i 1 1 c a d 概述 c a d 是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。从思维的角度看， 设计过程包含分析和综合两个方面的内容。人可以进行创造性的思维活动， 将设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些 模型的程序。在程序运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程；计 算机则可以发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、 优化和其他数值分析任务。人和计算机相结合，在设计过程中两者发挥各自 的优势，有利于获得最优设计结果，缩短设计周期； c a d 系统按运行方式可分为交互设计系统和自动设计系统。 虽然人们正在研究以人工智能为基础的c a d 系统，但在目前的技术发展 水平上，计算机难以自动地完成全部设计工作。因此，绝大多数c a d 系统都 属于交互式的c a d 系统。交互设计系统又称为会话型设计系统，以交互方式 运行。设计时由计算机检索数据，分析计算，并将运算结果以图形或数据的 形式快速显示在屏幕上。设计人员进行观察和判断，利用键盘等交互设备输 入参数，选择方案，修改设计，控制设计的进程。 1 1 2c a d 技术发展概况2 c a d 能充分运用计算机高速运算和快速绘图的强大功能为工程设计及产 品设计服务，因而发展迅速，目前已获得了广泛应用。它几乎推动了一切领 域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大地提高了产品开 发的速度和精度，使得科技人员的智慧和能力得到了延伸。据1 9 8 9 年美国国 第一章绪论 家工程科学院对人类2 5 年i f i j ( 1 9 6 5 1 9 8 9 ) 当代十项最杰出工程技术成就进行评 比的结果显示；c a d 技术的开发应用排在第4 位。c a d 技术的发展与应用水 平已成为一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一。 我国c a d 技术的研究和开发工作起步相对比较晚，自8 0 年代开始，c a d 技术应用工作才逐步得到了开展。令人高兴的是我国上至领导阶层，下到设 计院和厂矿企业都有这样的共识：没有现代化的设计，就不可能有现代化建 设。近几年来，各个部门和单位都把推广和普及c a d 技术提到议事日程之上。 可以预言，今后几年c a d 技术将在我国得到广泛的应用。 1 1 3 c a d 技术发展趋势2 随着高新技术的发展，c a d 的研究及应用领域仍在不断延伸，新的分支 相应产生，c a d 技术在实际应用领域又有了新的发展。 1 计算机集成制造系统 计算机集成制造系统( 简称c i m s ) 是在新的生产组织原理指导下形成的一 种新型生产模式，它要求将c a d c a p p c a m c a e 集成起来。所谓c a p p ( 计 算机辅助工艺规划) 是指利用计算机对产品及加工零件工艺参数进行合理选 择：c a m ( 计算机辅助制造) 是指按照所设计的产品形状及c a p p 生成的数控 代码进行数控加工，并考虑刀具补偿等进行的后处理，以及加工过程的动态 仿真、机器人在线控制等；c a e ( 计算机辅助工程) 是指对产品零件进行机械应 力、热应力等动态特性进行有限元分析，以及考虑产品本身等因素的优化设 计。 c a d c a p p c a m c a e 的集成应是建立一种新的设计、生产、分析以及技 术管理的一体化，并不是将孤立的c a d 、c a p p 、c a m 和c a e 等系统进行 简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成。 2 科学计算可视化 可视化是一种特殊的计算方法，它把数字符号转换为几何图像或图形，使 研究者能够观察它们的模拟和计算过程，并进行交互控制。其目的在于以视 觉方法为科学研究和工程设计领域提供新的科学灵感，充分发挥人的识别与 构造几何图像的特殊机能。因此科学可视化大大加深了人类对数据的理解和 利用，大大加快了数据处理速度，使庞大的数据得以有效应用，加强了工程 设计的直观性，减少了工程设计的试验费用，能获知在计算、设计、加工、 试验过程中发生的现象，并对其进行控制。 科学计算可视化为人们提供了一种发现不可见信息的方法，丰富了科学发 现的过程，给予了较深刻与意想不到的洞察力，从而使科学家的研究方式发 生了根本变化。 3 虚拟现实技术 2 第一章绪论 家工程科学院对人类2 5 年i f i j ( 1 9 6 5 1 9 8 9 ) 当代十项最杰出工程技术成就进行评 比的结果显示；c a d 技术的开发应用排在第4 位。c a d 技术的发展与应用水 平已成为一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志之一。 我国c a d 技术的研究和开发工作起步相对比较晚，自8 0 年代开始，c a d 技术应用工作才逐步得到了开展。令人高兴的是我国上至领导阶层，下到设 计院和厂矿企业都有这样的共识：没有现代化的设计，就不可能有现代化建 设。近几年来，各个部门和单位都把推广和普及c a d 技术提到议事日程之上。 可以预言，今后几年c a d 技术将在我国得到广泛的应用。 1 1 3 c a d 技术发展趋势2 随着高新技术的发展，c a d 的研究及应用领域仍在不断延伸，新的分支 相应产生，c a d 技术在实际应用领域又有了新的发展。 1 计算机集成制造系统 计算机集成制造系统( 简称c i m s ) 是在新的生产组织原理指导下形成的一 种新型生产模式，它要求将c a d c a p p c a m c a e 集成起来。所谓c a p p ( 计 算机辅助工艺规划) 是指利用计算机对产品及加工零件工艺参数进行合理选 择：c a m ( 计算机辅助制造) 是指按照所设计的产品形状及c a p p 生成的数控 代码进行数控加工，并考虑刀具补偿等进行的后处理，以及加工过程的动态 仿真、机器人在线控制等；c a e ( 计算机辅助工程) 是指对产品零件进行机械应 力、热应力等动态特性进行有限元分析，以及考虑产品本身等因素的优化设 计。 c a d c a p p c a m c a e 的集成应是建立一种新的设计、生产、分析以及技 术管理的一体化，并不是将孤立的c a d 、c a p p 、c a m 和c a e 等系统进行 简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成。 2 科学计算可视化 可视化是一种特殊的计算方法，它把数字符号转换为几何图像或图形，使 研究者能够观察它们的模拟和计算过程，并进行交互控制。其目的在于以视 觉方法为科学研究和工程设计领域提供新的科学灵感，充分发挥人的识别与 构造几何图像的特殊机能。因此科学可视化大大加深了人类对数据的理解和 利用，大大加快了数据处理速度，使庞大的数据得以有效应用，加强了工程 设计的直观性，减少了工程设计的试验费用，能获知在计算、设计、加工、 试验过程中发生的现象，并对其进行控制。 科学计算可视化为人们提供了一种发现不可见信息的方法，丰富了科学发 现的过程，给予了较深刻与意想不到的洞察力，从而使科学家的研究方式发 生了根本变化。 3 虚拟现实技术 2 天津科技大学硕士学位论文 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y , 简称v r ) 是2 0 世纪末发展起来的一种高新技术， 它是- - e e 由计算机生成的看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可 以用自然技能与之直接交互，同时提供直观而又自然的实时感知，并使参与 者“沉浸”于模拟环境中。“模拟环境”就是由计算机生成实时动态的三维立 体逼真图像，逼真就是要达到三维视觉，甚至包括三维听觉、触觉及嗅觉等 的逼真；“感知”是指理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知，除 了计算机图形技术所生成的具有视觉感知以外，还有听觉、触觉、运动等感 知，甚至还包括嗅觉和味觉等；“自然技能”指的是人的头部转动、眼睛、手 势或其他人体的行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据， 并对用户的输入( 手势、口头命令等) 作出实时响应，分别反馈到用户的五官， 使用者有身l 临其境的感觉；“传感设备”是指三维交互设备，常用的有立体头 盔、数据手套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环 境中的传感装胃( 不直接穿戴在身上) ，如摄像机、地板压力传感器等。 虚拟现实技术的出现为c a d 技术的发展又增添了一个更强有力的手段， 它可使c a d 系统设计的产品零件，无需制造出来就可以看到自己所设计产品 的效果，通过模拟、成型、加工、测试，使之在投产前就发现问题和不足之 处，并进行修改，从而避免造成许多不必要的浪费。 4 计算机艺术 计算机图形学的发展，使数学中的几何学得到了应用，使c o o n s 方法、 b e z i e r 方法、样条方法、n u r b s 方法应运而生，促进了6 0 - 7 0 年代的c a d c a m 的蓬勃发展。8 0 年代，多媒体、动画、虚拟现实技术的再现和发展，计算机 艺术这一新颖的边缘分支得以迅速发展。 所谓计算机艺术，最通俗的理解是“用计算机创意或制作的作品”，这里 强调的是工具与手段，即艺术家置身子全新的作画环境，屏幕代替了纸与画 柿，鼠标或光笔代替了毛笔与刮刀，电予合成颜色代替了调色板。与传统艺 术相比，计算机艺术的价值在于信息的生成、存储与传播方式等方面的根本 性突破，特别是虚拟现实技术的发展，计算机艺术作品的感染力是传统形式 所不能相比的。 1 2 1 模具c a d 的优越性 1 2 模具c a d 模具c a d 所特有的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和 广泛应用。无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动 强度方面，c a d 技术的优越性是传统的模具设计方法所不能比拟的。 天津科技大学硕士学位论文 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y , 简称v r ) 是2 0 世纪末发展起来的一种高新技术， 它是- - e e 由计算机生成的看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可 以用自然技能与之直接交互，同时提供直观而又自然的实时感知，并使参与 者“沉浸”于模拟环境中。“模拟环境”就是由计算机生成实时动态的三维立 体逼真图像，逼真就是要达到三维视觉，甚至包括三维听觉、触觉及嗅觉等 的逼真；“感知”是指理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知，除 了计算机图形技术所生成的具有视觉感知以外，还有听觉、触觉、运动等感 知，甚至还包括嗅觉和味觉等；“自然技能”指的是人的头部转动、眼睛、手 势或其他人体的行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据， 并对用户的输入( 手势、口头命令等) 作出实时响应，分别反馈到用户的五官， 使用者有身l 临其境的感觉；“传感设备”是指三维交互设备，常用的有立体头 盔、数据手套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环 境中的传感装胃( 不直接穿戴在身上) ，如摄像机、地板压力传感器等。 虚拟现实技术的出现为c a d 技术的发展又增添了一个更强有力的手段， 它可使c a d 系统设计的产品零件，无需制造出来就可以看到自己所设计产品 的效果，通过模拟、成型、加工、测试，使之在投产前就发现问题和不足之 处，并进行修改，从而避免造成许多不必要的浪费。 4 计算机艺术 计算机图形学的发展，使数学中的几何学得到了应用，使c o o n s 方法、 b e z i e r 方法、样条方法、n u r b s 方法应运而生，促进了6 0 - 7 0 年代的c a d c a m 的蓬勃发展。8 0 年代，多媒体、动画、虚拟现实技术的再现和发展，计算机 艺术这一新颖的边缘分支得以迅速发展。 所谓计算机艺术，最通俗的理解是“用计算机创意或制作的作品”，这里 强调的是工具与手段，即艺术家置身子全新的作画环境，屏幕代替了纸与画 柿，鼠标或光笔代替了毛笔与刮刀，电予合成颜色代替了调色板。与传统艺 术相比，计算机艺术的价值在于信息的生成、存储与传播方式等方面的根本 性突破，特别是虚拟现实技术的发展，计算机艺术作品的感染力是传统形式 所不能相比的。 1 2 1 模具c a d 的优越性 1 2 模具c a d 模具c a d 所特有的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和 广泛应用。无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动 强度方面，c a d 技术的优越性是传统的模具设计方法所不能比拟的。 天津科技大学硕士学位论文 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y , 简称v r ) 是2 0 世纪末发展起来的一种高新技术， 它是- - e e 由计算机生成的看似真实的模拟环境，通过多种传感设备，用户可 以用自然技能与之直接交互，同时提供直观而又自然的实时感知，并使参与 者“沉浸”于模拟环境中。“模拟环境”就是由计算机生成实时动态的三维立 体逼真图像，逼真就是要达到三维视觉，甚至包括三维听觉、触觉及嗅觉等 的逼真；“感知”是指理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知，除 了计算机图形技术所生成的具有视觉感知以外，还有听觉、触觉、运动等感 知，甚至还包括嗅觉和味觉等；“自然技能”指的是人的头部转动、眼睛、手 势或其他人体的行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据， 并对用户的输入( 手势、口头命令等) 作出实时响应，分别反馈到用户的五官， 使用者有身l 临其境的感觉；“传感设备”是指三维交互设备，常用的有立体头 盔、数据手套、三维鼠标、数据衣等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环 境中的传感装胃( 不直接穿戴在身上) ，如摄像机、地板压力传感器等。 虚拟现实技术的出现为c a d 技术的发展又增添了一个更强有力的手段， 它可使c a d 系统设计的产品零件，无需制造出来就可以看到自己所设计产品 的效果，通过模拟、成型、加工、测试，使之在投产前就发现问题和不足之 处，并进行修改，从而避免造成许多不必要的浪费。 4 计算机艺术 计算机图形学的发展，使数学中的几何学得到了应用，使c o o n s 方法、 b e z i e r 方法、样条方法、n u r b s 方法应运而生，促进了6 0 - 7 0 年代的c a d c a m 的蓬勃发展。8 0 年代，多媒体、动画、虚拟现实技术的再现和发展，计算机 艺术这一新颖的边缘分支得以迅速发展。 所谓计算机艺术，最通俗的理解是“用计算机创意或制作的作品”，这里 强调的是工具与手段，即艺术家置身子全新的作画环境，屏幕代替了纸与画 柿，鼠标或光笔代替了毛笔与刮刀，电予合成颜色代替了调色板。与传统艺 术相比，计算机艺术的价值在于信息的生成、存储与传播方式等方面的根本 性突破，特别是虚拟现实技术的发展，计算机艺术作品的感染力是传统形式 所不能相比的。 1 2 1 模具c a d 的优越性 1 2 模具c a d 模具c a d 所特有的优越性赋予了它无限的生命力，使其得以迅速发展和 广泛应用。无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动 强度方面，c a d 技术的优越性是传统的模具设计方法所不能比拟的。 第一章绪论 第一，c a d 可以提高模具的质量。在计算机系统内存储了各有关专业的 综合性的技术知识，为模具的设计提供了科学的基础。计算机与设计人员交 互作用，有利于发挥人、机各自的特长，使模具设计更加合理化。 第二，c a d 可以节省时间，提高生产率。设计计算和图纸绘制的自动化 大大缩短了设计时间。c a d 与c a m 的一体化可显著缩短从设计到制造的周 期。由于模具质量提高，可靠性增加，装修时间明显减少。 第三，c a d 可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和绘图机的自 动工作大大节省了劳动力。同时，优化设计带来了原材料的节省。由于采用 c a d c a m 技术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品 在市场上的竞争能力。 第四，c a d 技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出来，使其 可以从事更多的创造性劳动。例如，在模具设计中，绘图工作量约占全部工 作量的6 0 。在c a d 过程中这一部分工作由计算机完成，产生的效益十分显 著。 所有这些将使c a d 逐步取代传统的模具设计方法，最终将在模具设计中 居统治地位。 1 2 2 模具c a d 的特点 第一，模具c a d 系统必须具备几何构型的功能。因为模具的工作部分是 根据产品零件的形状设计的，所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须 提供产品零件的几何形状。这就要求模具c a d 系统具备描述物体几何形状的 能力，即几何构型的功能。否则，就无法输入关于产品零件的几何信息，设 计程序便无法运行。 第二，标准化是实现模具c a d 的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。 对于同产品零件，不同设计人员设计的模具不尽相同。为了使c a d 得以实 施，减少数据的存储量，在建立模具c a d 系统时首先要解决的问题便是标准 化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。 第三，设计准则的处理是模具c a d 中的个重要问题。人工设计模具所 依据的设计准则大部分是以数表和线图的形式给出的。在编制设计程序时必 须对这些数表和线图进行恰当的处理，将其变为计算机能够处理的表达形式。 1 2 3 模具c a d c a m 技术的发展1 l “ 模具c a d c a m 技术发展很快，应用范围日益扩大。采用c a d c a m 技 术是模具生产革命化的措施，是模具技术发展的一个显著特点。 1 ：业国家较大的模具生产厂家在c a d c a m 上进行了较大的投资，正大 4 第一章绪论 第一，c a d 可以提高模具的质量。在计算机系统内存储了各有关专业的 综合性的技术知识，为模具的设计提供了科学的基础。计算机与设计人员交 互作用，有利于发挥人、机各自的特长，使模具设计更加合理化。 第二，c a d 可以节省时间，提高生产率。设计计算和图纸绘制的自动化 大大缩短了设计时间。c a d 与c a m 的一体化可显著缩短从设计到制造的周 期。由于模具质量提高，可靠性增加，装修时间明显减少。 第三，c a d 可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和绘图机的自 动工作大大节省了劳动力。同时，优化设计带来了原材料的节省。由于采用 c a d c a m 技术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品 在市场上的竞争能力。 第四，c a d 技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出来，使其 可以从事更多的创造性劳动。例如，在模具设计中，绘图工作量约占全部工 作量的6 0 。在c a d 过程中这一部分工作由计算机完成，产生的效益十分显 著。 所有这些将使c a d 逐步取代传统的模具设计方法，最终将在模具设计中 居统治地位。 1 2 2 模具c a d 的特点 第一，模具c a d 系统必须具备几何构型的功能。因为模具的工作部分是 根据产品零件的形状设计的，所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须 提供产品零件的几何形状。这就要求模具c a d 系统具备描述物体几何形状的 能力，即几何构型的功能。否则，就无法输入关于产品零件的几何信息，设 计程序便无法运行。 第二，标准化是实现模具c a d 的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。 对于同产品零件，不同设计人员设计的模具不尽相同。为了使c a d 得以实 施，减少数据的存储量，在建立模具c a d 系统时首先要解决的问题便是标准 化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。 第三，设计准则的处理是模具c a d 中的个重要问题。人工设计模具所 依据的设计准则大部分是以数表和线图的形式给出的。在编制设计程序时必 须对这些数表和线图进行恰当的处理，将其变为计算机能够处理的表达形式。 1 2 3 模具c a d c a m 技术的发展1 l “ 模具c a d c a m 技术发展很快，应用范围日益扩大。采用c a d c a m 技 术是模具生产革命化的措施，是模具技术发展的一个显著特点。 1 ：业国家较大的模具生产厂家在c a d c a m 上进行了较大的投资，正大 4 第一章绪论 第一，c a d 可以提高模具的质量。在计算机系统内存储了各有关专业的 综合性的技术知识，为模具的设计提供了科学的基础。计算机与设计人员交 互作用，有利于发挥人、机各自的特长，使模具设计更加合理化。 第二，c a d 可以节省时间，提高生产率。设计计算和图纸绘制的自动化 大大缩短了设计时间。c a d 与c a m 的一体化可显著缩短从设计到制造的周 期。由于模具质量提高，可靠性增加，装修时间明显减少。 第三，c a d 可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和绘图机的自 动工作大大节省了劳动力。同时，优化设计带来了原材料的节省。由于采用 c a d c a m 技术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品 在市场上的竞争能力。 第四，c a d 技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出来，使其 可以从事更多的创造性劳动。例如，在模具设计中，绘图工作量约占全部工 作量的6 0 。在c a d 过程中这一部分工作由计算机完成，产生的效益十分显 著。 所有这些将使c a d 逐步取代传统的模具设计方法，最终将在模具设计中 居统治地位。 1 2 2 模具c a d 的特点 第一，模具c a d 系统必须具备几何构型的功能。因为模具的工作部分是 根据产品零件的形状设计的，所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须 提供产品零件的几何形状。这就要求模具c a d 系统具备描述物体几何形状的 能力，即几何构型的功能。否则，就无法输入关于产品零件的几何信息，设 计程序便无法运行。 第二，标准化是实现模具c a d 的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。 对于同产品零件，不同设计人员设计的模具不尽相同。为了使c a d 得以实 施，减少数据的存储量，在建立模具c a d 系统时首先要解决的问题便是标准 化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。 第三，设计准则的处理是模具c a d 中的个重要问题。人工设计模具所 依据的设计准则大部分是以数表和线图的形式给出的。在编制设计程序时必 须对这些数表和线图进行恰当的处理，将其变为计算机能够处理的表达形式。 1 2 3 模具c a d c a m 技术的发展1 l “ 模具c a d c a m 技术发展很快，应用范围日益扩大。采用c a d c a m 技 术是模具生产革命化的措施，是模具技术发展的一个显著特点。 1 ：业国家较大的模具生产厂家在c a d c a m 上进行了较大的投资，正大 4 一墨堂型垫茎兰婴主量垡堡茎 力丌发这一技术。如法国f o s 模具公司已购买了大型c a d c a m 系统，同本 黑阳精工株式会社已大力投资开发c a d c a m 系统，瑞士法因图尔公司采用 大型c a d c a m 系统设 t 自n m 模具已占3 0 。目前，应用c a d c a m 技术较 普遍的为美、同等国。美国模具生产中采用c a d c a m 技术的己占1 0 ，日 本已占1 7 。 我国模具c a d c a m 的开发开始于7 0 年代末，发展也很迅速。到目前为 止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和 注塑模等c a d c a m 系统。但是，直到现在这些系统仍处于试用阶段，尚未 在生产中推广应用a 为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应继续加速 模具c a d c a m 的研究开发和推广应用工作。 1 3 玻璃瓶模具c a d 1 3 1 玻璃瓶模具c a d 发展概况m 七十年代后期，随着电子计算机在工业中的广泛应用，美国、台湾、新加 坡等国家和地区已自行设计开发出用于瓶罐模具行业的工作站，主要用于玻 璃容器及模具的设计，而且已形成了一整套现代化的c a d 、c a m 和c a e 系 统。通过c a d 系统进行瓶形及模具的设计、修改，最终得到所要求的瓶形， 利用绘图机清楚、精确的绘出瓶形和模具部件工程图，然后通过网络工作站 将容器的精确几何形状及模具部件尺寸传输给数控机床进行制造( c a m ) 。另 外，还可通过c a e 设计出玻璃成型过程模拟程序，帮助模具设计人员得到更 好的型坯实体的有限元分析，预测瓶子的应力状态，检验瓶罐的受力是否达 到设计要求，以便再次修改。这样，瓶子的设计计算比较精确，结构分析更 加合理，所以设计出的模具性能优越。而且，计算机的快速性，使模具设计 周期大为缩短，效率提高，大大减少了设计成本，把以前需要数月的人工计 算、手工绘图等繁重的工作在几小时，甚至几分钟内就可以完成。因此，玻 璃瓶模具c a d 在国外的发展相当迅速。 我国玻璃瓶模具c a d 的开拓工作始于8 0 年代中期，当时国内京津沪渝 几家玻璃模具厂在硬件装备方面进展较快，先后购置了一些合适的c n c 车 床、加工中心和专用机床以及铸件电熔炉，为当时国内引进双滴料行列式制 瓶机的玻璃厂家生产了由国外设计的玻璃瓶模具。在软件方面引进了英国 b r k 公司和美国1 一。公司等的c a d 设计软件。从总体上讲，这一工作起步 不算晚，与己达到国际先进水平的台湾地区卓氏模具同期，但在随后1 0 年， 由于玻璃生产大环境的变化和模具企业机制方面的问题，阻碍了我国玻璃瓶 模具c a d 的发展和进程。从目前来看，除个别厂家引进国外的玻璃容器c a d 一墨堂型垫茎兰婴主量垡堡茎 力丌发这一技术。如法国f o s 模具公司已购买了大型c a d c a m 系统，同本 黑阳精工株式会社已大力投资开发c a d c a m 系统，瑞士法因图尔公司采用 大型c a d c a m 系统设 t 自n m 模具已占3 0 。目前，应用c a d c a m 技术较 普遍的为美、同等国。美国模具生产中采用c a d c a m 技术的己占1 0 ，日 本已占1 7 。 我国模具c a d c a m 的开发开始于7 0 年代末，发展也很迅速。到目前为 止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和 注塑模等c a d c a m 系统。但是，直到现在这些系统仍处于试用阶段，尚未 在生产中推广应用a 为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应继续加速 模具c a d c a m 的研究开发和推广应用工作。 1 3 玻璃瓶模具c a d 1 3 1 玻璃瓶模具c a d 发展概况m 七十年代后期，随着电子计算机在工业中的广泛应用，美国、台湾、新加 坡等国家和地区已自行设计开发出用于瓶罐模具行业的工作站，主要用于玻 璃容器及模具的设计，而且已形成了一整套现代化的c a d 、c a m 和c a e 系 统。通过c a d 系统进行瓶形及模具的设计、修改，最终得到所要求的瓶形， 利用绘图机清楚、精确的绘出瓶形和模具部件工程图，然后通过网络工作站 将容器的精确几何形状及模具部件尺寸传输给数控机床进行制造( c a m ) 。另 外，还可通过c a e 设计出玻璃成型过程模拟程序，帮助模具设计人员得到更 好的型坯实体的有限元分析，预测瓶子的应力状态，检验瓶罐的受力是否达 到设计要求，以便再次修改。这样，瓶子的设计计算比较精确，结构分析更 加合理，所以设计出的模具性能优越。而且，计算机的快速性，使模具设计 周期大为缩短，效率提高，大大减少了设计成本，把以前需要数月的人工计 算、手工绘图等繁重的工作在几小时，甚至几分钟内就可以完成。因此，玻 璃瓶模具c a d 在国外的发展相当迅速。 我国玻璃瓶模具c a d 的开拓工作始于8 0 年代中期，当时国内京津沪渝 几家玻璃模具厂在硬件装备方面进展较快，先后购置了一些合适的c n c 车 床、加工中心和专用机床以及铸件电熔炉，为当时国内引进双滴料行列式制 瓶机的玻璃厂家生产了由国外设计的玻璃瓶模具。在软件方面引进了英国 b r k 公司和美国1 一。公司等的c a d 设计软件。从总体上讲，这一工作起步 不算晚，与己达到国际先进水平的台湾地区卓氏模具同期，但在随后1 0 年， 由于玻璃生产大环境的变化和模具企业机制方面的问题，阻碍了我国玻璃瓶 模具c a d 的发展和进程。从目前来看，除个别厂家引进国外的玻璃容器c a d 一墨堂型垫茎兰婴主量垡堡茎 力丌发这一技术。如法国f o s 模具公司已购买了大型c a d c a m 系统，同本 黑阳精工株式会社已大力投资开发c a d c a m 系统，瑞士法因图尔公司采用 大型c a d c a m 系统设 t 自n m 模具已占3 0 。目前，应用c a d c a m 技术较 普遍的为美、同等国。美国模具生产中采用c a d c a m 技术的己占1 0 ，日 本已占1 7 。 我国模具c a d c a m 的开发开始于7 0 年代末，发展也很迅速。到目前为 止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、辊锻模、锤模和 注塑模等c a d c a m 系统。但是，直到现在这些系统仍处于试用阶段，尚未 在生产中推广应用a 为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应继续加速 模具c a d c a m 的研究开发和推广应用工作。 1 3 玻璃瓶模具c a d 1 3 1 玻璃瓶模具c a d 发展概况m 七十年代后期，随着电子计算机在工业中的广泛应用，美国、台湾、新加 坡等国家和地区已自行设计开发出用于瓶罐模具行业的工作站，主要用于玻 璃容器及模具的设计，而且已形成了一整套现代化的c a d 、c a m 和c a e 系 统。通过c a d 系统进行瓶形及模具的设计、修改，最终得到所要求的瓶形， 利用绘图机清楚、精确的绘出瓶形和模具部件工程图，然后通过网络工作站 将容器的精确几何形状及模具部件尺寸传输给数控机床进行制造( c a m ) 。另 外，还可通过c a e 设计出玻璃成型过程模拟程序，帮助模具设计人员得到更 好的型坯实体的有限元分析，预测瓶子的应力状态，检验瓶罐的受力是否达 到设计要求，以便再次修改。这样，瓶子的设计计算比较精确，结构分析更 加合理，所以设计出的模具性能优越。而且，计算机的快速性，使模具设计 周期大为缩短，效率提高，大大减少了设计成本，把以前需要数月的人工计 算、手工绘图等繁重的工作在几小时，甚至几分钟内就可以完成。因此，玻 璃瓶模具c a d 在国外的发展相当迅速。 我国玻璃瓶模具c a d 的开拓工作始于8 0 年代中期，当时国内京津沪渝 几家玻璃模具厂在硬件装备方面进展较快，先后购置了一些合适的c n c 车 床、加工中心和专用机床以及铸件电熔炉，为当时国内引进双滴料行列式制 瓶机的玻璃厂家生产了由国外设计的玻璃瓶模具。在软件方面引进了英国 b r k 公司和美国1 一。公司等的c a d 设计软件。从总体上讲，这一工作起步 不算晚，与己达到国际先进水平的台湾地区卓氏模具同期，但在随后1 0 年， 由于玻璃生产大环境的变化和模具企业机制方面的问题，阻碍了我国玻璃瓶 模具c a d 的发展和进程。从目前来看，除个别厂家引进国外的玻璃容器c a d 第一章绪论 软件外，在国内自行开发相应系统方面，还处于初始阶段，我国玻璃瓶模具 的设计仍是以经验式手工为主。 1 3 2 开发玻璃瓶模具c a d 系统的意义 我国玻璃瓶模具的设计到目前为止仍主要是经验设计，手工完成。这种方 法的缺点是：1 容积计算贯穿瓶样及模具设计的全过程，对于复杂的玻璃瓶 制品，用手工方式计算容积十分困难，且精度难以保证；2 模具设计的每次 修改及变动都需重新绘图，即使对标准化、系列化的模具零部件设计也是如 此，造成大量重复劳动，影响模具设计速度；3 由于缺乏成熟的玻璃瓶模具 的设计理论，设计者往往采用试探性设计方法，每次变动都需重新手工计算 容积、重量及过容率等参数，即费时又费力。因此模具设计周期长，精度低， 设计人员工作量大，不能将主要精力放在新产品的开发上。利用计算机进行 玻璃瓶模具的辅助设计已显得极为迫切。 为了适应玻璃制品行业日趋激烈的市场竞争，缩小我国与国外玻璃行业的 差距，提高我国玻璃产品设计的效率和质量，赢得我国瓶罐产品在国际市场 上的竞争力，研制和开发玻璃瓶模具c a d 系统在我国当前是非常必要的。从 世界范围来看，这也是大势所趋。这一课题的研究，必将带动我国玻璃行业 进入一个崭新的发展阶段。 1 4 本论文的主要研究内窖及全文结构 本论文介绍了用v i s u a lc + + 6 0 和o b j e c t a r x2 0 0 0 开发的玻璃瓶模具 c a d 系统g b m c a d 。该系统运行在w i n d o w s9 8 或w i n d o w s2 0 0 0 操作系统 上，实现了玻璃瓶瓶形设计和模具设计的自动化以及模具零件工程图纸的自 动输出。 本论文重点研究了g b m c a d 系统的设计方法、模具c a d 中的数据处理 方法、玻璃瓶模具的自动设计及模具工程图纸的自动输出等内容。 全文共分五章，内容安排如下： 第一章主要介绍c a d 、模具c a d 、玻璃瓶模具c a d 的发展概况，从而 引出开发玻璃瓶模具c a d 系统的意义。 第二章介绍g b m c a d 系统的开发环境、运行环境及总体设计。 第三章主要介绍g b m c a d 系统的模具设计方法，并详细介绍了系统中的 数据处理和容积计算方法。 第四章主要介绍g b m c a d 系统的图形处理方法，其中引入了参数化设计 及参数化编程的概念。 第五章具体介绍g b m c a d 系统的使用方法。 6 第一章绪论 软件外，在国内自行开发相应系统方面，还处于初始阶段，我国玻璃瓶模具 的设计仍是以经验式手工为主。 1 3 2 开发玻璃瓶模具c a d 系统的意义 我国玻璃瓶模具的设计到目前为止仍主要是经验设计，手工完成。这种方 法的缺点是：1 容积计算贯穿瓶样及模具设计的全过程，对于复杂的玻璃瓶 制品，用手工方式计算容积十分困难，且精度难以保证；2 模具设计的每次 修改及变动都需重新绘图，即使对标准化、系列化的模具零部件设计也是如 此，造成大量重复劳动，影响模具设计速度；3 由于缺乏成熟的玻璃