（机械制造及其自动化专业论文）组合模具虚拟设计中框架自动选件及拼装的研究.pdf

l i i i l l l l l ll l l l ll l l l l l ll l l1 1 1 1 1 1 q l l l y 1 7 4 9 9 9 1 t h e s i ss u b m i t t e dt ot i a n ji nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yf o r t h em a s t e r sd e g r e e r e s e a r c ho f c h o s i n gc o m p o n e n t sa n d a s s e m b l ya u t o m a t i c a l l y i ni n t e l l i g e n t d e s i g n o ft h ec o m b i n e d s t a m p i n gd i e b y l ij i n g k u i s u p e r v i s o r j i n gy i n g y i j a n2 0 1 0 独创性声明 本人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和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天连理工大堂或 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了谢意。 学位论文作者签名：形奎京耋 签字日期： 1 0 。年 了月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天盗理工大学有关保留、使用学位论文 的规定。特授权天洼理工大至 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：缮东之导师签名：礴叛性 签字日期：w 2p 年歹月歹日签字日期：秒阳年罗月夕日 摘要 本论文以组合冲压模具为研究对象，以组合模具的模架为具体的切入点，研究了组 合冲模模架部分的智能化设计技术。 首先，从组合模具模架快速设计的角度出发，并在前人将组合冲模近干个标准元件 已经建模完成的基础上，分析归纳了组合冲模元件的分类及命名规则，研究了元件的参 数化建模技术。最终制作了一个组合冲模元件库的s o l i d w o r k s 插件，此插件可满足设 计人员快速设计的需要，大大提高工作效率。 第二，通过分析五种常见模架形式的元件构成，总结归纳出了模架元件的选件规律， 从而创建了通用的组合冲模模架元件选择的知识规则，并基于此规则建立了相应的数学 模型公式，最后通过v b 语言程序设计，实现了组合冲模模架元件的自动选择。 第三，为实现组合冲模模架的自动拼装，归纳分析了模架元件的装配特征、装配约 束关系，并建立了组合冲模模架装配结构树，为模架自动拼装的数学模型的建立及程序 的编制做好了前期工作。 综上，本文已经全部完成模架元件库插件的创建、自动选件等工作，并对模架自动 拼装的思路及自动拼装顺序等做了初步的探索，为最终的建立“组合冲模智能化虚拟设 计系统”做出了必要的基础性工作。 关键词：冲模模架知识规则自动选件s o li d w o r k s 插件 a b s t r a c t t h i st h e s i st a k e st h ec o m b i n e ds t a m p i n gd i ea ss p e c i f i co b j e c to fs t u d y , t a k e st h e c o m b i n e ds t a m p i n gd i e sf r a m ea sab r e a k t h o u g hp o i n t t h et h e s i sh a ss t u d i e dt h ef r a m e s i n t e l l e c t u a l i z e dd e s i g nt e c h n i q u e f r i s t ，s t a r t e df r o mt h ep o i n to ff r a m e sr a p i dd e s i g n ，a n do nt h eb a s eo fn e a r l yat h o u s a n d s t a n d a r dc o m p o n e n t sh a sb e e nc p m p l e c t e d ，t h et h e s i sh a sa n a l y z e da n dc o n c l u d e dt h e c o m p o n e n t sc l a s s i f i c a t i o n a n dn a m i n gr u l e s ，h a ss t u d i e d c o m p o n e n t sp a r a m e t r i z a t i o n m o d e l i n gt h c h n o l o g y t h et h e s i sh a se s t a b l i s h e dac o m b i n e dd i ep a r ts t o r e h o u s es o l i d w o r k s p l u g - i nu n i tf i n a l l y , t h i sp l u g - i nc a ns a t i s f yt h en e e d so fd e s i g n e r st oq u i c k l yd e s i g n ，g r e a t l y i m p r o v ee f f i c i e n c y s e c o n d ，s u m m a r i z e dt h er u l et oc h o s ec o m p o n e n t sa u t o m a t i c a l l yb ya n a l y z i n gt h e s t r u c t u r eo ff i v eg e n e r a lm o l df r a m e s ，t h u sc r e a t e dt h ek n o w l e d g er u l eo fc h o s i n gc o m p o n e n t s a u t o m a t i c a l l yf o rg e n e r a lc o m b i n e ds t a m p i n gs t a m p i n gd i e ，a n de s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a l m o d e lf o r m u l ab a s e do nt h e s er u l e s ，f i n a l l yr e a l i z e dt h ec h o s i n gc o m p o n e n t sa u t o m a t i c a l l y t h r o u g ht h ev bl a n g u a g ep r o g r a m m i n g t h i r d ，i no r d e rt or e a l i z ec o m b i n e dd i ef r a m e sa u t o m a t i ca s s e m b l i n g , a n a l y s e dt h e c o m p o n e n t sa s s e m b l yf e a t u r e sa n da s s e m b l yc o n s t r a i n tr e l a t i o n s h i p ，t h e ne s t a b l i s h e dt h e a s s e m b l ys t r u c t u r et r e e , c o m p l e t e dt h ei n i t i a lw o r kf o rt h ec o m b i n e dd i ef r a m ea u t o m a t i c a s s e m b l i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l se s t a b l i s h m e n ta n dt h ep r o c e d u r ee s t a b l i s h m e n t t os u mu pw ec a l ls e et h a tt h i sc o m b i n a t i o no fd i em o l df o rt h ev i r t u a ld e s i g ns y s t e mf o r r e s e a r c hs t r a t e g ya n di m p l e m e n t a t i o na p p r o a c hi sc o r r e c t ，t h ea u t o m a t i ca s s e m b l i n go fd i e m o l dp a r t sa n dt h ea s s e m b l ye l e c t i o n sc a i lb ea c h i e v e d k e yw o r d s ：s t a m p i n gd i ef r a m e ，k n o w l e d g er u l e s ，a u t o m a t i c a l l ye l e c t i o n s ，s o l i d w o r k sp l u g i n 目录 第一章绪论1 1 1 组合模具简介l 1 1 1 组合模具与专用模具的比较l 1 1 2 组合冷冲压模具的使用范围和技术参数2 1 1 3 组合冷冲压模具的元件2 1 1 4 组成组合冲模的标准元件3 1 2 课题研究的目的与意义3 1 2 1 课题研究的目的3 1 2 2 课题研究的意义4 1 3 国内外相关课题研究概况。4 1 4 课题的主要研究内容5 1 5 课题的主要开发工具5 1 6 本章小结6 第二章标准元件库s o li d w o r k s 插件制作7 2 1 建立组合冲模标准元件库s oi id w o r k s 插件的意义7 2 2 组合冲模的标准元件。7 2 2 1 元件的命名规则8 2 2 2 所有元件的命名8 2 3 组合模具元件的三维参数化造型9 2 3 1 尺寸驱动原理9 2 3 2 系列零件设计表的使用9 2 3 3 系列零件设计表的v b 程序调用1 1 2 4s o l i d w o r k s 的t o o l b o x 插件1 1 2 5 组合冲模标准元件库的s o l i d w o r k s 插件制作的步骤1 2 2 6 组合冲模标准元件库的s o l i d w o r k s 插件的移植1 3 2 7 组合冲模标准元件库的s o l i d w o r k s 插件的调用l4 2 8 本章小结14 第三章组合冲模模架装配总成的元件自动选择1 5 3 1 组合冲模模架的主要结构1 5 3 1 1 五种主要模架形式的基本结构与特征1 5 3 1 2 组成五种主要模架结构可能涉及到的全部元件1 8 3 1 - 3 归纳模架装配总成的元件结构关系1 9 3 2 组合模具中模架元件自动选择的知识规则2 l 3 2 1 模架形式的选择2 1 3 2 2 基础板的选择2 l 3 2 3 模柄和模柄套的选择2 2 3 2 4 导套座的选择2 3 3 2 5 导柱的选择2 4 3 2 6 各类元件组件数量的确定一2 5 3 3 组合模具中模架元件自动选择的数学基础2 6 3 3 1 数理逻辑2 6 3 3 2 布尔代数2 7 3 4 组合模具中模架元件自动选择的数学模型2 8 3 4 1 程序设计中元素的设定2 8 3 4 2 建立元件型号选择的数学模型公式2 9 3 4 3 建立元件型号数量的数学模型3 l 3 5 组合模具中模架元件自动选择的程序设计3 l 3 5 1 程序设计流程3 l 3 5 2 程序设计中参数的定义3 3 3 5 3 自动选件的界面设计和程序设计3 3 3 5 4 选件结果预览的界面设计和程序设计3 8 3 5 5 选件结果输出的界面设计和程序设计3 9 3 6 本章小结4 0 第四章组合冲模模架元件自动拼装的探索4 2 4 1 组合冲模模架元件自动拼装的思路4 2 4 1 1 模架元件的装配特征4 2 4 1 2 模架元件装配特征的存储与检索4 7 4 1 3 模架元件装配特征的约束关系4 9 4 2 组合冲模模架元件的装配顺序4 9 4 3 本章小结5 l 第五章总结与展望5 2 5 1 全文总结5 2 5 2 展望一5 2 参考文献5 3 发表论文和科研情况说明5 6 致谢5 7 附件5 8 第一章绪论 第一章绪论 冲压加工是通过冲压模具使板材产生塑性变形而获得成品零件的一种成形工艺方 法。由于冲压加工通常是在冷态下进行的，因此也称冷冲压加工。冲压加工的原材料一 般为板材或带材，故也称板材冲压。冷冲压加工广泛应用予金属制品的各行业中，尤其 在汽车、仪表、军工、家用电器等工业生产中占有及其重要的地位。 实施冷冲压工艺的关键在于冷冲压模具，但专用的冷冲压模具制造成本很高，因此 只适用于大批量生产。对于小批量、多品种生产，由于模具费用摊入单件成本过高及周 期过长而难以采用。 随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐 步被中小批量生产模式所取代。同时产品更新速度不断加快，同行竞争加剧。为批量不 大的工件设计制造专用模具，不仅增加生产成本也延长了生产准备时问，因此，作为柔 性制造工艺装备范畴的组合模具在机械制造的各行业中逐步获得推广与应用 1 1 组合模具简介 组合模具是在模具模块化和标准化的基础上，由一整套预先制造好的标准元件与组 件，针对不同工件对象迅速装配成各种专用模具【2 】【3 1 ，这些模具元件相互配合部分的尺 寸具有完全互换性。模具使用完毕后，再拆散成元件与组件，因此是一种可以重复使用 的模具系统。 1 1 1 组合模具与专用模具的比较 柔性化组合模具相对传统结构模具在经济性、柔性化程度及制造周期等方面具有明 显优势，比较情况如下： l 、经济性比较 传统的落料冲孔模具采用整体式铸钢底板，能对此冲模底板铸造和机加工的厂家， 国内仅有齐齐哈尔第一重型机械集团、四川德阳第二重型机械集团、河南洛阳拖拉机厂 等屈指可数的几家。因此，整体式铸钢底板的费用较高，一套在1 0 0 万元左右。 而柔性化组合模具方案对落料冲孔模具采用安装板上装小模具的方式，安装板采用 铸钢件( z g 4 5 ) ，形状简单，加工方便：而小模具底板一般采用球墨铸铁件，很多公司内 部的铸造厂和模具厂便可进行铸造和机加工，安装板和小模具底板的合计费用不到整体 式铸钢底板的6 0 。 传统的冲模所能生产的零件尺寸单一，无法生产系列化尺寸零件。而采用柔性化、 模块化的组合冲模后可以很好地解决这一问题。 第一章绪论 2 、柔性化程度比较 组合模具相对于传统模具而言柔性化程度高的多，具体表现在： ( 1 ) 一套模具元件可以根据不同的产品工艺要求进行拼装，从而满足多品种的生产 要求。 ( 2 ) 模具换型方便，如落料冲孔模的组合模具在安装板上仅靠定位销定位和大型螺 栓联接即可。此外，组合模具可根据需要在安装板上进行不同组合，以满足不同品种的 生产。 ( 3 ) 模具换型快捷，一套组合模具换型时间仅需3 0 分钟左右。而传统结构模具要 进行换型，所有的凸凹镶块、固定板等都要挪位，换型难度很大周期较长，一套模具换 型时间需4 个小时以上。 3 、制造周期比较 采用传统模具设计方案，其整体式铸钢模底板的铸造和机加工难度较大，制造周期 相应较长，如整体式铸钢模底板仅时效处理就得半年以上。 而采用组合模具结构，由于其是由小型的标准元件拼装而成的，所以只需要挑选合 适的标准元件进行拼装即可，因此，组合模具的制造周期要短得多，相应也缩短了新产 品的生产准备周期，为新品尽快占领市场创造了条件，也会产生巨大的经济效益。 1 1 2 组合冷冲压模具的使用范围和技术参数 表1 1 组合冲模主要技术参数 适用冲压吨位( t ) 3 5 1 6 0 适用板料厚度( m m ) 0 5 8 模具闭合高度( n u n ) 2 0 8 3 0 6 冲压件精度等级( 1 1 r ) 1 0 1 4 组合冲模能够胜任对于一般复杂程度的中、小型冲裁、剪切、弯曲、翻边等，冷冲 压件的加工，以及若干工序的复合模具、级进模具等【2 】【3 1 。组合模具的主要技术参数见 表1 - 1 所示。 1 1 3 组合冷冲压模具的元件 通常，组成专用冷冲压模具的全部元件中，根据功用可以分为两大类【6 】。 1 工艺结构元件 这类元件直接参与完成工艺过程并和毛坯直接发生作用。包括：工作元件( 直接对 毛坯进行加工的零件) ，定位元件( 用以确定加工中毛坯正确位置的零件) ，压料、卸料 及出件零部件。 2 辅助结构元件 这类元件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用，只对模具完成工艺 第一章绪论 这类元件不直接参与完成工艺过程，也不和毛坯直接发生作用，只对模具完成工艺 过程起保证作用和对模具的功能起完善作用。它包括：导向元件( 保证模具上、下部分 正确的相对位置) ，基础元件( 用以承装模具元件或将模具安装到压机上) ，紧固及其他 元件( 连接紧固工艺元件与辅助零件) 。 1 1 4 组成组合冲模的标准元件 组合冲模标准元件可分为八大类：基础件、支撑件、定位件、刃口件、卸压件、紧 固件、其它件、合件【。 组成组合冲模的标准元件大致如下： ( 1 ) 工作元件：包括凸模、凹模、凹凸模等刃口件。 ( 2 ) 定位元件：包括挡料销、导正销、导尺、定位销、定位板、侧压板等定位元 件。 ( 3 ) 压料、卸料件及其出件零部件：包括卸料板、压边圈、顶件器、推件器等卸 压元件。 ( 4 ) 导向元件：包括导柱、导套、导板、导筒等导向元件。 ( 5 ) 基础元件：包括上、下模座，模柄、凹、凸模固定板，垫板、限制器等基础 元件。 ( 6 ) 紧固及其他元件：包括螺钉、销钉、键等元件。 1 2 课题研究的目的与意义 1 2 1 课题研究的目的 组合模具与专用模具虽然相比具有诸多的优越性，但是目前基本上是依靠专业厂家 有经验的设计人员进行组装设计，对于不熟悉各种标准元件基本用途的非专业人员，不 可能设计出结构合理、精度高的模具组装方案。因此势必极大地妨碍了组合模具的推广、 应用和发展。为此，一些企业开发了“组合模具c a d 系统”试图解决此问题h 儿引，然而 此类软件基本上只限于建立模具元件库、模具的三维造型以及文件管理等功能，目前仍 然没有一种组合模具c a d 系统能够基于冲压件的信息并综合专家的经验，实现组合模 具结构自动生成的智能化设计。 因此需要研制开发“智能化组合模具的虚拟拼装系统”，来完成自动选择元件，自 动拼装等功能，提高组合模具设计的自动化水平和智能化水平，以提高企业的快速反应 能力和市场竞争能力。 “组合模具智能化设计系统”是将组合模具的设计理论和相关专家的经验结合起 来，研究出组合模具结构智能化设计的原理和计算模型，实现组合模具的计算机智能化 虚拟设计的专业性应用软件。该软件系统将提高组合模具设计的自动化水平和智能化水 平，大大缩短模具设计的时间，提高企业的生产效率。 先进的设计手段和制造方法，才能产生巨大的经济效益。计算机技术的飞速发展和 第一章绪论 迅速普及，对模具行业的发展起着巨大的推动作用，将计算机技术用于组合冲模的设计 中，必将产生深远的影响。 1 2 2 课题研究的意义 ( 1 ) 将组合模具的设计理论和相关专家的经验结合起来，研究出组合模具结构智 能化设计的原理和计算模型，该计算模型将提高组合模具计算机虚拟设计的自动化水平 和智能化水平，是推广使用组合模具强有力的工具，是模具制造业的重大创新，对实现 可持续发展具有深刻意义。 ( 2 ) 智能化的组合模具设计，不仅可以为企业节省相应的专用模具设计费、制造 费、材料费等，促进企业生产的发展，而且可以简化用户对使用组合模具的咨询、调研 过程，促进了企业优化经营决策。 ( 3 ) 本课题作为“组合模具智能化设计系统的先期研究工作，对最终完成此系 统的设计意义重大。最终该系统将填补国内机械加工及模具行业的空白，无论是在学术 意义和社会应用方面都有很大的价值。 1 3 国内外相关课题研究概况 在机械制造业中c a d 与c a m 大力发展的形势下，早在上世纪8 0 年代初期，就开始 进行从计算机辅助设计组合夹具过渡到计算机自动设计组合夹具的研究。由于组合夹具 结构的千变万化，尽管经过多年的努力，得到了一些阶段性的成果，但至今尚未出现成 熟实用的智能型商品化软件。同时，与组合夹具属于同一范畴的组合模具，还是一个从 未有人涉足的领域，目前尚属空白。 计算机辅助组合模具设计技术与组合夹具设计技术在设计原理上是相通的，从分析 组合夹具的发展历程也可以为组合模具的发展提供思路与借鉴。目前，对计算机辅助组 合夹具设计的研究主要有以下几类： ( 1 ) 第一类：交互式夹具c a d 系纠1 4 】【1 5 】。该系统应用c a d 软件建立夹具元件库， 菜单驱动的夹具装配顺序，采用规定的坐标系统和x y 平面内的转动角度来执行夹 具元件装配操作。实际操作费时，但是在工业上有实用价值。 ( 2 ) 第二类：基于成组技术和基于知识的变异式和生成式系统【l5 1 。它有个夹具设计 信息的编码系统，系统中包含零件几何形状信息、工件工艺操作信息等。基于知识系统 由知识库回答用户提出的问题，该系统收集了人类专家所拥有的专业知识建立知识库， 具有获取和应用人类夹具专家的知识机制，能够提出解决问题的方案和建议并做出相应 解释，然而专家系统并不能产生具体的夹具结构。 ( 3 ) 第三类：自动化的计算机辅助夹具设计( c a f d ) 2 3 】【2 4 】【2 5 】【2 6 】。目的是能产生夹 具结构的自动化夹具设计。而不是像以往只解决安装定位、夹紧或检索类似的夹具等问 题，却不能获得合乎工件实际应用的结构图。但是目前这方面的研究主要还集中在夹具 结构自动布局的理论和方法的研究上，有少数的原型系统。要开发出使用的商品软件尚 需时日。 第一章绪论 互式设计为基础，以规则库为核心，以逻辑判断为实现手段，采用自动检索，辅助创成 的决策技术，从而形成基于规则的智能化交互式系统框架，真正实现先进性与实用性的 要求。组合冲模设计系统的规则库的主要作用应是为设计人员的决策提供多种使用方便 的帮助，从而在复杂的组合冲模的产品设计时，一些只有较少实践经验的设计人员也可 以漂亮地完成任务。 实际上广大生产企业对组合模具计算机智能化设计的需求是非常迫切的。本课题以 组合模具为切入点，建立一种计算模型，实现对组合模具模架虚拟设计的智能化和自动 化。 1 4 课题的主要研究内容 本课题研究的出发点就是要利用计算机技术在冷冲模具模架的设计和制造中很好 地发挥作用，以提高企业的快速反应能力和市场竞争能力。 本课题以典型的组合冲模的模架为研究领域，探讨建立组合冲模的模架部分智能化 设计系统的技术，其主要研究内容如下： ( 1 ) 在前人将组合冲模的近千个元件已经建模完成的基础上，研究包括基本信息、 几何信息、可装配表面信息和参数驱动数据在内的组合模具元件和构件信息模型建模方 法，以及组合冲模模架标准元件库s o l i d w o r k s 插件的制作原理和步骤。创建组合模具元 件库的s o l i d w o r k s 插件；首先需要明确的是模具元件的三维模型不仅是面向绘图，而 且是面向组合冲模模架元件的自动选择和自动拼装的实例模型。 ( 2 ) 通过对现有五种常见组合冲模模架形式的归纳分析，研究组合模具模架装配总 成的元件自动选择的数学模型的构建，及v b 程序的编制、运行，最后实现自动选件的过 程。计算机自动选择组合冲模模架元件的研究，主要以大量的组合模具设计资料为原始 依据，创建出若干条模架装配总成元件自动选择的知识规则，进而对知识规则建立相应 的数学模型，再通过程序的编制实现模架装配总成元件的自动选择。 ( 3 ) 研究基于组合模具模架对象装配模型的虚拟装配算法。其中包括组合模具对象 装配模型、组合模具模架装配几何特征，组合模具模架装配策略的研究。组合冲模模架 拼装过程主要是研究如何确定部件和元件的装配顺序和正确的装配约束关系。 1 5 课题的主要开发工具 本课题“组合模具虚拟设计中模架自动选件及拼装的研究”，是以s o l i d w o r k s 为三 维造型和课题研究的设计平台，以v i s u a lb a s i c 为程序设计的二次开发语言来进行研 制与开发的。 利用s o li d w o r k sa p i ，采用v b 开发工具从s o li d w o r k s 运行环境外部对s o li d w o r k s 进行操作。把v b 开发的程序作为客户端，而s o l i d w o r k s 作为服务器，v b 程序可建立与 s o l i d w o r k s 各级对象的关联，并通过调用s o l i d w o r k s 对象属性和方法，与s o l i d w o r k s 进行数据通信，操作s o l i d w o r k s 的图形数据库，来实现特定的功能。 第一章绪论 进行数据通信，操作s o l i d w o r k s 的图形数据库，来实现特定的功能。 在v b 编制程序中，通过s l d w o r k s 对象可以建立v b 和s o li d w o r k s 的接口，s l d w o r k s 对象是最高级别的对象，其它对象都是通过他与s o l i d w o r k s 连接发生联系，p a r t 对象 指向s o l i d w o r k s 当前的实体模型，d i m e n s i o n 对象则指向当前模型中的某个尺寸参数。 同时s l d w o r k s 对象还可以对s o l i d w o r k s 工作环境添加菜单、删除菜单、添加工具条、 打开文件、新建文件、退出s o l i d w o r k s 系统等功能。 用v b 开发s o l i d w o r k s 应用时按一下步骤进行心： 1 、启动s o l i d w o r k s 绘图平台 在v b 编程环境下，启动s o l i d w o r k s 绘图平台的过程即就是获得s o l i d w o r k s 自动 化对象的过程。在获得最顶层的s o li d w o r k s 对象后，就可以通过它得到m o d e l d o c 等各 个子对象。再调用各子对象的a p i 功能函数，即可实现图形的绘制。 2 、调用s o l i d w o r k s 的a p i 在s o l i d w o r k s 中，有三种主要的文件类型：零件、工程图和装配体。每种文件类 型都有自己的a p i 对象( p a r t d o c 、d r a w i n g d o c 和a s s e m b l y d o c ) 以及他自己的一组函 数。 s o l i d w o r k sa p i 通过m o d e l d o c 对象来开放通用的文件及函数。需要注意的是从 s o l i d w o r k s 2 0 0 1 开始，m o d e l d o c 对象已经被更新的m o d e l d o c 2 对象所代替。m o d e l d o c 对象提供了直接访问p a r t d o c 、d r a w i n g d o c 和a s s e m b l y o o c 对象的方法。对于c o m 应用 程序来说，这意味着可以通过q u e r y i n t e r f a c e 函数从三个对象中的任何一个获得 m o d e l d o c 对象。同样，根据指向m o d e l d o c 对象针所代表的文件类型，可以通过 q u e r y i n t e r f a c e 函数从m o d e l d o c 对象获得相应的p a r t d o c ，d r a w i n g d o c 和a s s e m b l y d o c 对象。p a r t d o c 对象提供了访问执行零件模型操作的函数的方法。p a r t d o c 对象的函数 可以实现实体和特征的创建，抑制实体及特征，获取零件尺寸以及通过名称查询实体等 功能。p a r t d o c 是由m o d e l d o c 派生的，因此p a r t d o c 对象可以访问m o d e l d o c 对象的所 有函数。 为了满足特定企业的特殊需要，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。 在模具结构设计中，大量使用标准化零部件。这类标准化零部件的设计、绘制，占用了 设计者大量的时间和精力。可以通过s o l i d w o r k s 二次开发建立此类标准化零部件库， 根据设计需求实现零部件及产品的参数化设计，从而减少模具设计的工作量，缩短模具 设计周期。 1 6 本章小结 本章在对组合模具概念分析的基础上，以中型槽系列组合模具为描述对象，介绍了 本课题的研究目的和意义，并比较全面地概括了当今国内外对组合冲模及组合夹具的研 究现状。并针对目前组合夹具辅助设计研究中存在的问题，给出了本课题主要研究目标 和内容，为后续的研究工作奠定了一个坚实的基础。 第二章标准元件库s o li d w o r k s 插件制作 第二章标准元件库s o i id w o r k s 插件制作 组合模具元件是从专用模具中的元件逐渐演化而来的p j 。在人们不断的生产实践过 程中，把一些常用的模具元件的外形尺寸、结构和精度等加以取舍和提高，再将它们加 以标准化、系列化和规格化，直至演变成组合模具中各种不同形式的元件。目前，随着 c n c 机床的广泛应用，组合模具在生产中应用也越来越多。组合模具的元件在生产实 践中也不断加以改进，数量和品种逐渐增加。因此，组合模具元件库是随着生产的发展 而不断扩充和完善的，并且这一趋势将继续进行下去。 2 1 建立组合冲模标准元件库s o iid w o r k s 插件的意义 组合模具设计过程是将分散的组合模具元件按照一定的规律组装成符合工艺要求 的模具的过程，其中，组合模具元件是组合模具设计的基础。目前绝大多数c a d 系统 软件，比如u g c a t i a ，p r o e ，s o l i d w o r k s 等，虽然提供了一些常用的标准件库，但是都 没有提供面向组合模具设计的参数化、用户可方便自扩充的元件库和构件库。这样，对 于组合模具设计人员，就常常因为没有组合模具元件库和构件库，而要进行很多不必要 的重复绘图工作，大大降低了设计人员的工作效率。因此在c a d 系统上建立一套用户 自己维护的参数化的组合模具元件库和构件库的应用插件就可以满足组合模具设计人 员快速设计的需要。 组合模具设计一般是面向单件小批量生产的。随着工件的结构形式和加工要求的变 化，组合模具结构形式和组成模具的元件尺寸也会做出相应的调整。经过长期的组合模 具设计经验积累，企业在不断调整组合模具结构形式的过程中，总结了大量满足一定功 能的系列化的、参数化的典型模具结构体。目盼国内也有一些组合模具元件库建库研究， 但是研究基本上还是停留在方便绘图这个层次上面。对于如何进一步将组合模具元件模 型应用于组合模具实例推理系统上，这方面的研究还很少，至于组合模具构件库的研究 就更少了。本文从基于组合模具虚拟设计的角度出发，构建组合模具元件信息模型。这 种建模的特点不仅面向绘图，而且面向组合模具虚拟装配模型，最大程度上将已有的结构 设计经验重用从而达到快速设计模具的目的。 卸压件、紧 元件中又有 第二章标准元件库s o li d w o r k s 插件制作 相应的系列尺寸，全部的元件总数大约共有一千余个。为了便于后续的计算机自动选件 的研究，每一个系列尺寸的元件均用独立的代码来命名。 2 2 1 元件的命名规则 下面，以1 2 毫米槽系列组合冲模元件中的某一基础件为例进行说明n 1 。 如：方形上基础板：1 2z c1 2 1v 2 4 0 x 2 4 0 x 5 0 1 2 z c l 2 1 v 3 6 0 x 3 6 0 x 5 0 一一元件中键槽的宽度为1 2 m m 。目前，槽系列组合冲模元件共有三个型号：小 型、中型、大型，分别对应的键槽宽度为：8 m m 、1 2 r a m 、1 6 m m 。 一一表示的是槽系列组合冲模元件，另外还有孔系列组合冲模元件。 一一“1 表示第一类元件( 基础件) ，“1 2 ”表示基础件中的上基础板，“1 2 1 表示方形上基础板。组合模具元件按用途分为八大类，用数字1 8 表示：1 一基础件， 2 一支撑件，3 一定位件，4 一刃口件，5 一卸压件，6 一紧固件，7 一其它件，8 一合件。 、一一表示上基础板的具体尺寸。上面的即为两个尺寸不同的上基础板。 2 2 2 所有元件的命名 下面列出八大类元件中所包含的所有元件的代号名称： 基础件：l l l 旋入式模柄、1 1 3 凸缘模柄、1 1 6 打击式模柄、1 1 7 模柄套、1 2 1 方形 上基础板、1 2 2 长方形上基础板、1 2 4 简式方形上基础板、1 2 5 简式长方形上基础板、1 2 7 打击式方形上基础板、1 2 8 打击式长方形上基础板、1 2 9 打击式圆形上基础板、1 3 1 方形 下基础板、1 3 2 长方形下基础板、1 3 7 中圆孔下基础板、1 5 4 方形下挚板、1 5 5 长方形下 垫板。 支撑件：2 1 1 方形凸模固定板、2 1 2 长方形凸模固定板、2 1 4 角形凸模固定板、2 1 7 中孔凸模固定板、2 1 8 圆盘凸模固定板、2 3 2 长方形凹模固定板、2 3 7 中孔凹模固定板、 2 5 2 长方形垫板、2 5 4 侧出料下垫板、2 6 1 方形支承、2 6 2 长方形支承、2 6 3 紧固支承、 2 6 4 反侧方形支承、2 6 5 反侧长方形支承、2 6 6 反侧t 形支承、2 6 8 侧装长方形支承。 定位件：3 1 2 面装式中孔导套座、3 1 3 角装式导套座、3 1 8 角装式导套座附加板、3 2 8 通 用导柱、3 3 2 面装式中孔导柱座、3 3 6 侧装式中孔导柱座、3 4 1 纵向可调定位板、3 4 5 u 形定位板、3 5 1 圆形定位销、3 5 2 圆形挡料销、3 5 4 圆形导正销、3 5 6 圆形定位销、3 5 7 锥形定位销、3 6 1 平键、3 6 2 长圆孔平键、3 6 3 t 形键、3 6 4 过渡键、3 6 5 偏心键。 刃口件：4 1 1 方形凸模、4 1 3 方孔凸模拼块、4 1 4 方孔凸模拼块中部、4 1 5 方孔凸模 拼块边部、4 1 6 方形凹模、4 1 8 方孔凹模镶条、4 2 3 带台圆形凸模、4 2 4 双面圆形凸模、 4 2 7 定向圆形凹模、4 4 1 直线切断凸模、4 4 6 直线切断凹模、4 5 1 圆角切断凸模、4 5 4 半 圆切凸模、4 5 6 圆角切断凹模、4 5 7 半圆切断凹模、4 5 9 半圆切断凹模拼块、4 6 1 压u 形 第二章标准元件库s o l i d w o r k s 插件制作 弯凸模、4 6 2 压弯翻边凸模、4 6 3 压直角弯凸模、4 6 4 压6 0 度弯凸模、4 6 6 压u 形弯半 凹模、4 6 7 压直角弯凹模、4 6 8 压6 0 度弯凹模、 卸压件：5 1 1 方形底板、5 1 2 长方形底板、5 2 1 方形卸料橡皮、5 2 2 长方形卸料橡皮、 5 2 4 中孔卸料橡皮、5 3 1 方形卸料橡皮垫板、5 3 2 长方形卸料橡皮垫板、5 3 4 中孔卸料橡 皮垫板、5 4 2 长方形卸料板座、5 4 4 中孔卸料板座、5 4 6 方形卸料板、5 4 7 长方形卸料板、 5 4 9 卸料圈、5 5 4 中孔固定卸料板座、5 6 3 漏料环、5 7 2 长方形定料板、5 7 6 顶料杆。 紧固件：槽用长方头螺栓、6 1 3 圆柱头内六角螺栓、6 1 4 卸料螺栓、6 1 5 双头螺栓、 6 1 6 定位螺栓、6 1 8 起重螺栓、6 2 1 六角螺母、6 2 2 带肩六角螺母、6 2 4 圆螺母、6 2 6 长 方螺母、6 2 7 t 形螺母、6 2 8 可调定位螺母、6 3 2 切边平垫圈、6 4 2 挡板。 其它件：7 3 1 压簧、7 4 1 手柄、7 4 2 拨杆、7 5 1 圆螺母扳手、7 5 2 圆螺母扳手手柄、 7 7 1 对中轴。 合件：8 2 1 c 形冲裁模、8 3 1 固定定位销、8 3 2 活动定位销、8 3 4 角度定位尺、8 5 2 压弯弹顶合件。 2 3 组合模具元件的三维参数化造型 本课题的元件建模采用三维实体建模工具s o l i d w o r k s ，并在此基础上进行“智能化 组合模具的虚拟拼装系统”的开发。s o l i d w o r k s 在三维建模中采用特征造型技术，对三 维模型进行参数驱动，因此本课题采用s o l i d w o r k s 为用户提供的系列零件设计表技术来 完成对模具元件的三维参数化造型4 3 1 阳1 。其中，尺寸驱动原理是进行参数化建模的核 心，下面首先对尺寸驱动原理作一介绍。 2 3 1 尺寸驱动原理 尺寸驱动原理是从外部编程角度操作三维c a d 软件提供的a p i 对象，实现自动建模 尺寸驱动原理如图2 - 1 所示。模具元件参数化过程也就是将模具元件图形模型进行尺寸 驱动的过程，其中尺寸驱动参数名称的自动提取是这一技术的难点，但这种技术实现了 零件模型与语言程序的有效分离，使他们之间的耦合性较小，可以实现用户自己添加元 件，建库方便，柔性高，对维护人员的要求较小从实用性与有效性的角度考虑，本课题采 用尺寸驱动原理对组合模具元件库进行开发。 2 3 2 系列零件设计表的使用 ( 1 ) 首先利用s o l i d w o r k s 的基本造型方法建立模柄套的三维实体模型。 ( 2 ) 编辑尺寸名称并插入系列零件设计表，然后选择需要添加到设计表中的尺寸。 所选择的尺寸自动添加到设计表中，并在相应的单元格中填写了默认数值。 第二章标准元件库s o li d w o r k s 插件制作 的 所 ( 3 ) 管理与 有生成 增加系列零件数据，需 调用。数据输入完毕后， 图2 1 尺寸驱动原理框图 要注意的是配置名称要按一定的规则书写，方便后期 s o li d w o r k s 会立即出现生成新配置的提示，内容包括 的配置名称，如图2 2 所示。 ( 4 ) 配置调用。在配置管理器( c o n f i g u r a t i o n m a n a g e r ) 中，双击任一配置名 s o l i d w o r k s 会自动调用设计表中相应的一组参数更新显示模型，即在原零件基础上 新的零件，如图2 - 3