0 引言

    由于沖壓模具具有品種多、數(shù)量大、更新快和單件生產(chǎn)等特點(diǎn)，在制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的今天，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造方法越來(lái)越難以勝任市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，如何在沖壓模具生產(chǎn)中充分利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，提高模具的生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，全面提升模具生產(chǎn)技術(shù)水平，已成為近年來(lái)研究的重要課題之一。

    1985年NISSAN公司開(kāi)發(fā)了沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)，可完成幾何造型、排樣圖設(shè)計(jì)、凹模和凸模設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)線(xiàn)切割紙帶等功能。同時(shí)，日本微型模具中心開(kāi)發(fā)了一個(gè)沖模CAD/CAM系統(tǒng)，可完成從產(chǎn)品圖輸入到輸出標(biāo)準(zhǔn)件清單、模具總裝圖、零件圖及NC代碼的全過(guò)程。德國(guó)SREPPER模具制造公司的KIWI系統(tǒng)和PROFICAM系統(tǒng)集模具設(shè)計(jì)和制造于一體，能完成模具設(shè)計(jì)的全過(guò)程，并且能根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成多種加工方式的加工程序，如線(xiàn)切割、磨削加工等加工方式的程序。國(guó)內(nèi)沖模CAD/CAM技術(shù)研究雖然起步較晚，但發(fā)展很快，華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校和企業(yè)都開(kāi)展了相關(guān)研究。

    近些年來(lái)，隨著AutoCAD、NX、Pro/E等商品軟件的推廣應(yīng)用，基于這些平臺(tái)開(kāi)發(fā)沖模CAD專(zhuān)用模塊更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。由于模具的絕大部分零部件都可以標(biāo)準(zhǔn)化，因此，標(biāo)準(zhǔn)零部件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且?guī)в泻艽笾貜?fù)性的工作。為了提高設(shè)計(jì)效率，國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)、高校紛紛在不同的CAD平臺(tái)上研究建立參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。但能夠方便地嵌入不同的CAD平臺(tái)，并且集標(biāo)準(zhǔn)件快捷檢索、CAD建模、零件裝配定位和BOM表自動(dòng)生成等功能于一體的零件庫(kù)系統(tǒng)尚不多見(jiàn)。因此，研究開(kāi)發(fā)能方便嵌入各CAD平臺(tái)的沖壓模具用零部件智能CAD系統(tǒng)，對(duì)共享資源，減少模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的重復(fù)性工作，提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)需求，具有緊迫性與重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

    為了滿(mǎn)足企業(yè)快速設(shè)計(jì)需求，本文基于前人研究成果，根據(jù)沖壓模具用零件的特點(diǎn)以及企業(yè)的個(gè)性化需求，研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和流程，以完成智能CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

    本文擬開(kāi)發(fā)可以嵌在AutoCAD、NX、Pro/E等主流CAD平臺(tái)運(yùn)行的沖壓模具用零部件智能CAD系統(tǒng)。為了便于使用，要求可以通過(guò)圖文并茂的“產(chǎn)品類(lèi)別-型號(hào)-規(guī)格參數(shù)”選擇界面，以及我的收藏夾、歷史記錄、按圖索驥和高級(jí)檢索等多種途徑快速、方便地選擇、檢索所需各型號(hào)與規(guī)格參數(shù)的零部件，動(dòng)態(tài)進(jìn)行參數(shù)合法性校核，自動(dòng)創(chuàng)建CAD模型、輔助裝配，并生成BOM表等。

    根據(jù)系統(tǒng)需求，本文提出圖1所示系統(tǒng)總體框架。實(shí)現(xiàn)方式采用Kernel/Shell技術(shù)，即核心服務(wù)單獨(dú)作為Kernel模塊實(shí)現(xiàn)，與CAD相關(guān)的功能在Shell模塊中實(shí)現(xiàn)。Kernel中實(shí)現(xiàn)零件查詢(xún)、參數(shù)選擇與校驗(yàn)、BOM表生成等功能。同時(shí)，提供接口、支持與其他系統(tǒng)的集成。Shell中實(shí)現(xiàn)參數(shù)建模、裝配定位和遍歷裝配樹(shù)/塊表等功能。該方法有2個(gè)優(yōu)勢(shì)：

    (1)易于擴(kuò)展。內(nèi)核功能脫離CAD軟件系統(tǒng)，擴(kuò)展到新的CAD平臺(tái)時(shí)，只需開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的Shell模塊；

    (2)界面形式統(tǒng)一。無(wú)論在哪種CAD軟件上運(yùn)行，客戶(hù)界面幾乎完全相同，使得用戶(hù)上手方便。

    圖1 標(biāo)準(zhǔn)件系統(tǒng)的總體框架

2 關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

    2.1 選型界面的動(dòng)態(tài)生成

    由于沖壓模具用零部件種類(lèi)繁多，如Misumi手冊(cè)中就涵蓋數(shù)10個(gè)大類(lèi)、一萬(wàn)多個(gè)型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)件，因而用戶(hù)界面的開(kāi)發(fā)工作量相當(dāng)?shù)拇�。若采用基于�?lèi)型樹(shù)和固定界面的方式實(shí)現(xiàn)，不僅界面單調(diào)功能有限，不利于客戶(hù)化定制開(kāi)發(fā)。而且用戶(hù)選型操作過(guò)程繁瑣，使用不方便。參數(shù)選擇界面如果不能實(shí)現(xiàn)參數(shù)約束與校核，任由用戶(hù)隨意選擇/輸入數(shù)值，有可能得不到正確的標(biāo)準(zhǔn)件，甚至?xí)��?dǎo)致模型生成錯(cuò)誤。為此，本文提出基于自定義用戶(hù)控件的開(kāi)發(fā)方式，能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)象更換界面布局，使用戶(hù)操作更加簡(jiǎn)潔、方便。

    界面模塊主要實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：用戶(hù)選擇邏輯、各控件的布局和控件間關(guān)聯(lián)。如圖2所示，界面采用(BaseClass)產(chǎn)品類(lèi)別選擇→(TypeSelect)型號(hào)選擇→(ParameterSelect)尺寸規(guī)格選擇三個(gè)基類(lèi)實(shí)現(xiàn)了三級(jí)界面的整體框架。ClassSelect界面類(lèi)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品群的選擇，派生自TypeSelect的各界面類(lèi)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)產(chǎn)品類(lèi)別下零件型號(hào)的選擇，派生自ParameterSelect的各界面類(lèi)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各型號(hào)零件尺寸參數(shù)的選擇。

    圖2 基于控件的自動(dòng)化界面的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

    圖2還描述了該類(lèi)界面的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。控件群是針對(duì)不同的參數(shù)類(lèi)型（離散、范圍約束等）實(shí)現(xiàn)的一組基本控件(UserControl)。參數(shù)選擇界面群是根據(jù)所選零件類(lèi)型動(dòng)態(tài)生成的一組用于具體規(guī)格參數(shù)選擇的用戶(hù)控件。當(dāng)用戶(hù)操作時(shí)，UserControlManager根據(jù)上級(jí)界面用戶(hù)選擇，在數(shù)據(jù)表尺寸明細(xì)中查詢(xún)?cè)摿慵�的所有參�?shù)名稱(chēng)及類(lèi)型，并根據(jù)類(lèi)型到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中查詢(xún)具體的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建參數(shù)對(duì)應(yīng)的控件，填充數(shù)據(jù)，將其布置到界面上。最后，由主參數(shù)初值初始化主控件。同時(shí)，根據(jù)參數(shù)的約束關(guān)系，將相應(yīng)的控件更新代理(delegate)加入到Updated事件委托中。該事件在用戶(hù)輸入或改變參數(shù)值時(shí)向其他與之關(guān)聯(lián)的控件發(fā)出消息，告知其更新數(shù)據(jù)，即根據(jù)相關(guān)的約束表達(dá)式計(jì)算刷新候選參數(shù)。

    2.2 標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化建模

    參數(shù)化設(shè)計(jì)主要有程序驅(qū)動(dòng)法和尺寸驅(qū)動(dòng)法2種。程序驅(qū)動(dòng)法是將設(shè)計(jì)過(guò)程的所有關(guān)系式融入應(yīng)用程序中，然后在程序的控制下，順序執(zhí)行那些設(shè)計(jì)表達(dá)式，通過(guò)與用戶(hù)的交互完成設(shè)計(jì)工作。尺寸驅(qū)動(dòng)是采用三維模型與程序控制相結(jié)合的方式，通過(guò)手工方式建立好模板模型，并建立一組能夠控制三維模型和拓?fù)潢P(guān)系的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后通過(guò)程序檢索去讀取這些參數(shù)，同時(shí)，通過(guò)用戶(hù)界面對(duì)話(huà)框的返回值，以改變參數(shù)值，進(jìn)而生成所需要的模型。本系統(tǒng)對(duì)于AutoCAD標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，采用程序驅(qū)動(dòng)法，將用戶(hù)界面?zhèn)鬟f的尺寸參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字，驅(qū)動(dòng)程序修改變量值，生成新的圖形，如圖3所示。另外，AutoCAD還包含有如公差標(biāo)注，材質(zhì)、硬度等在三視圖右下角顯示的相關(guān)信息，因此還包括一個(gè)附加數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放上述信息。NX和Pro/E的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)采用尺寸驅(qū)動(dòng)法，即先在NX和Pro/E平臺(tái)上以手工方式．按照正確的拓?fù)潢P(guān)系建立標(biāo)準(zhǔn)件模板庫(kù)和模板型號(hào)對(duì)應(yīng)表，再通過(guò)程序控制生成新模型，如圖4所示。

    2.3 零件追加加工的實(shí)現(xiàn)

    在CAD三維設(shè)計(jì)軟件中一般都有通過(guò)間接的抑制特征的方法來(lái)抑制CAD模型過(guò)渡特征。這種對(duì)零件特征進(jìn)行特殊的隱藏處理方法可以改變零件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但被抑制的特征完全不會(huì)影響零件的3D模型使用效果�？梢葬尫疟灰种频奶卣�，使被抑制的特征恢復(fù)到原來(lái)的建模環(huán)境。

    在模具設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)零件的類(lèi)型很多，形狀各異，而且所需要的追加加工各有不同，如果通過(guò)程序逐一控制特征的隱含和恢復(fù)，需要的工作量很大，麗且檢查和調(diào)試上也要花費(fèi)很多時(shí)間。所以單純想通過(guò)程序抑制的方法，實(shí)現(xiàn)零件的追加加工，無(wú)法滿(mǎn)足模具設(shè)計(jì)的需求。

    圖3 AutoCAD平臺(tái)下標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    圖4 Pro/E和NX平臺(tái)下標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    本文通過(guò)Pro/TOOLKIT與Pro/Program結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)利用參數(shù)控制特征的隱含和恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)Pro/E建模特征的參數(shù)化，從而完成零件的追加加工。具體方法如下。

    (1)建立不同類(lèi)型零部件追加加工的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于追加加工型號(hào)相對(duì)應(yīng)的參數(shù)來(lái)表示追加加工。

    (2)根據(jù)特定的追加加工參數(shù)規(guī)范，在Pro/E模板中編輯Pro/Program程序，在關(guān)系式部分中，編輯零件陣列特征的控制參數(shù)，建立參數(shù)與陣列的數(shù)量、選擇的角度等關(guān)系。再在模型創(chuàng)建部分，結(jié)合“ADD FEATURE...ENDADD”結(jié)構(gòu)編輯Pro/Program程序，建立參數(shù)與用于追加加工的特征之間的關(guān)系。

    (3)在基于Pro/TOOLKIT的系統(tǒng)程序中根據(jù)零件的型號(hào)判斷零件可能的追加加工型號(hào)，根據(jù)追加加工數(shù)據(jù)庫(kù)，在選型界面顯示供用戶(hù)選擇追加加工的型號(hào)及設(shè)置帶參數(shù)的追加加工的參數(shù)。根據(jù)用戶(hù)的選擇，Pro/TOOLKIT的API函數(shù)會(huì)給零件模板中的所有追加加工參數(shù)傳遞值并再生模型，再生后Pro/Program會(huì)再次執(zhí)行，通過(guò)參數(shù)的值對(duì)特定的特征進(jìn)行控制。

    通過(guò)以上方法便可以最大限度地減少模板量，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件模型的追加加工。

3 運(yùn)行實(shí)例

    該沖壓模具用零件智能CAD系統(tǒng)集零部件選型、規(guī)格參數(shù)動(dòng)態(tài)計(jì)算、模型預(yù)覽、CAD建模與裝配定位以及工程圖、統(tǒng)計(jì)表自動(dòng)輸出等功能于一體，用戶(hù)只需根據(jù)所設(shè)計(jì)的模具選擇各需要零部件參數(shù)及追加加工，即可快速生成零部件三維模型和工程圖，其三維模型可在特定的CAD平臺(tái)上裝配。

    下面以一簡(jiǎn)單落料模設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。在Pro/E軟件上安裝該系統(tǒng)后，其主菜單上將會(huì)加載該系統(tǒng)菜單，并根據(jù)用戶(hù)選擇彈出相應(yīng)交互界面。如用戶(hù)根據(jù)設(shè)計(jì)需求，檢索或選擇模架（座）用導(dǎo)柱，系統(tǒng)彈出圖5所示導(dǎo)柱的參數(shù)選擇界面。當(dāng)用戶(hù)選擇合適的尺寸參數(shù)及追加加工，即可瀏覽其三維模型。一旦用戶(hù)確認(rèn)，系統(tǒng)將生成該導(dǎo)柱的三維模型，并提示選擇合適的裝配定位，將其裝配到模架上，如圖6所示。與此類(lèi)似，用戶(hù)可以選擇其他的零部件，重復(fù)以上操作，直到完成整副模具設(shè)計(jì)。

    圖5 系統(tǒng)界面

    圖6 落料模裝配模型

4 結(jié)論

    標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具快速、準(zhǔn)確及高效設(shè)計(jì)的必要條件，標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)已成為模具CAD的重要組成部分。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立對(duì)提高模具設(shè)計(jì)的效率、質(zhì)量和縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期都將起到重要的作用。本文以沖壓模具中涉及的標(biāo)準(zhǔn)件為對(duì)象，研究開(kāi)發(fā)沖壓模具用零部件智能CAD系統(tǒng)。采用VC++語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了友好的人機(jī)交互界面，并將開(kāi)發(fā)的界面模塊制作成標(biāo)準(zhǔn)的COM接口，從而不受CAD平臺(tái)限制，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)界面與各CAD模塊的獨(dú)立開(kāi)發(fā)，控件參數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)約束和校核。在后續(xù)研究中，將注重于進(jìn)一步融合模具設(shè)計(jì)知識(shí)與流程，向模具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)拓展。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：沖壓模具用零件智能CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/1401938905.html