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冷冲压模具标准件库的开发研究
2013-07-24 16:45:12  作者:北京航空航天大学 饶天辰  来源:《CAD/CAM与制造业信息化》杂志
  • 本文研究了基于SolidWorks的模具设计开发方法。以冷冲压快速三维建模为研究对象,突出了SolidWorks的二次开发功能与优点,对使用Visual Basic.NET程序语言对SolidWorks进行二次开发生成零件库的方法及过程作了具体的描述。建立标准零部件的三维图库,可以大大减少模具设计的工作量。

  模具设计与制造技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一,在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。冷冲压模具,是指在冷冲压加工中,将材料(金属或非金属)加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备冲压模具,是用于制造加工冲压产品的一种成形工艺装备。

  在进行冲压模具结构设计时,设计人员除了应具有冲模设计知识和实践经验之外,还需要查询相应的技术设计手册和材料手册资料,也会频繁地用到标准零部件和进行相应的3D图形建模工作。

  建立此类标准零部件的3D图库,可以大大减少模具设计的工作量。常用的NX、Pro/ENGINEER和SolidWorks等通用三维C A D/C A M软件尚未能提供模具标准件图库,采用二次开发技术定制适合企业实际需要的专业标准件、常用零部件3D图库是一件十分有意义的工作。

  一、建立标准件库的技术基础

  在机械零件的设计中,同类型的零件通常具有类似的结构特征,只是在特征的数量和尺寸的大小方面有所不同。因此,对于形状相似的同类型零件可以采用参数化设计,即用一组参数约束该零件的结构尺寸,使参数与设计零件的控制尺寸相对应,当赋予其不同的参数值时,便可生成新的零件模型。

  参数化为产品模型的可变性、可重用性和并行设计提供了丰富的技术手段,使设计人员可以利用以前的模型方便地建立新的模型,并可在遵循原设计意图的情况下便捷地改动模型,生成系列产品,提高设计效率,不少设计人员通过SolidWorks的“系列零件设计表”来实现参数化设计,这种方法具有一定的实用意义。

  通过分析论证,在SolidWorks中有必要添加这样一个基于参数化驱动的三维零部件库。

  (1)它具有课程设计中用到的冷冲压模具库,在后续开发中,可以再进一步增加机械设计常用标准件及通用件。

  (2)零部件代码少而精,采用的技术利于实现与其他系统的集成。

  (3)具有良好的人机交互界面,易学易用。

  (4)有好的移植性,能在不同的系统环境中运行,适应性强。

  通过SolidWorks的二次开发功能,将冷冲压零件库集成到SolidWorks中,以工具条的形式成为其绘制工具中的一部分。

  在界面设计时要做到以下几点。

  ◎提供给用户一个看起来美观、使用起来简单、直观的界面。

  ◎提供尽可能多的保护措施,使输入信息符合标准。

  ◎提供尽可能多的查询方式,尽量符合不同操作人员的操作习惯。

  ◎尽量将相似标准件信息在相同的界面下导入,以减少界面冗余。

  ◎在输入界面提供对应零件图片,方便使用者判断类型。

  在模型结构建立中我们力求做好每一个工程实际的处理,其中包括:压缩弹簧两端面应为平面,且弹簧整体是两端紧密、中间疏松,有外螺纹的各处均装饰螺纹线并附上对应的注释,以及按要求做上圆角与倒角等。

  导入所需模型后,使用者还可以根据自己的具体要求对模型进行直接修改,或对于频繁使用的特殊模型可以在对应的绘图语句中更改,并通过再次导入刷新建模过程,使之实现快速导入、自主修改及自主定义等个性化操作。

  二、实现原理

  在SolidWorks环境下,程序员可以使用SolidWorks提供的数百个API方法对其进行二次开发。这些API即为SolidWorks的OLE或COM接口,因此支持OLE或者COM技术的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具。笔者在此使用的是VB语言来对其进行二次开发,构建所需要的、专用的SolidWorks功能模块,完成造型过程。

  1.SolidWorks API SDK

  API SDK是SolidWorks向开发者提供的软件开发工具包(Software Development Kit),用它可以开发与SolidWorks软件整合的插件程序。SDK提供了在Visual Studio 2010环境下建立SolidWorks插件的向导程序,同样也提供了可用于API程序项目的样例程序。使用该工具无需对COM技术很了解,只要对VC、VB或其他OLE开发程序中的一种程序比较熟悉,就能方便地对SolidWorks进行二次开发。

  为了使用SDK,必须从SolidWorks安装光盘中运行安装程序,可以在API SDK文件夹中找到安装程序。一旦安装成功,用户就可以在Visual Studio 2010中找到SolidWorks Add-in向导程序。

  Add-in程序编译成功会生成一个可以加载到SolidWorks中的DLL程序,Add-in程序和SolidWorks程序运行在同一进程空间,成为SolidWorks中的一个插件。Add-in程序比宿主程序有更大的控制力,菜单、工具栏及属性控制页都可以用插件在SolidWorks中实现。将零件库作为Add-in程序加载到SolidWorks软件中,可以更有效更方便的使用。

  通过SolidWorks API SDK,我们可以简便地生成二次开发所需功能的模板,通过任何一种.NET语言创建SolidWorks应用程序。其中,我们选择使用的是Visual Basic.NET。

  2.SolidWorks提供的API函数介绍

  SolidWorks系统中提供了数据库的API(Application Programming Interface),即应用编程接口。设计的宏是用来检查SolidWorks API对象模型的层次结构,必须先访问层次结构中的高级对象,才能访问层次结构中的低级对象。

  3.SolidWorks的对象模型

  SolidWorks的对象模型是一个多层次的对象网络:最顶层的对象是SolidWorks(宏录制器声名变量swApp为此类型),提供对API中所有其他对象的访问。它同样也作为一个接口提供应用程序操作的函数集。它的连接方法将在下面进行讨论。

  在我们的绘制过程中最重要的就是ModelDoc2对象,这是因为很大部分的绘图操作都是在ModelDoc2对象里面,如SelectByID2(选取)、CreateCircle(画圆形)、CreateLine(画直线)。ModelDoc2中又派生出了Part Doc、Assembly Doc、Drawing Doc等子类,其中很大部分的实体建模操作基本上都是在Part Doc对象中,如FeatureExtrusion(拉伸操作)、FeatureRevolve(旋转操作);而与之相关联的装配操作像AddComponent(插入零部件)、AddMate(插入配合)等也都是在AssemblyDoc对象中实现。

  三、冷冲压模具库研究

  典型的冷压模具包括:模座(上模座、下模座)、导柱、导套、模柄、冲裁凸模、冲裁凹模、挡料销、定位销、导正销、限位柱、限制器、带肩推杆、顶杆、顶板、圆柱螺旋压缩弹簧、螺钉和销钉。其中,每一个模型的设计程序主要由三部分组成:ABushingPMPage(界面设计)、ABushingHandler(赋值连接)和SwAddin(绘图语句)。其中“界面设计”部分是固定模式,针对不同模型的参数要求进行更改。而“赋值连接”部分可看作是一个数据库,它执

  行给绘图语句中用到每一个参数赋值的功能,并实现输入端(即界面)、赋值及绘图语句三部分的连接,是桥梁作用。三者之中“绘图语句”是操作量最大、各异性最强的部分。

  四、开发结果

  本文系统采用SolidWorks提供的二次开发工具API-SDK进行开发,借助于VB.NET为开发语言,从技术角度看冷冲压模具零件库具有以下特点。

  (1)具有模块化分层结构。每种类型的零部件都应具有基本输入模块和图形绘制模块。

  (2)图元参数化。一般情况下,不应把图元作成BLOCK类,而应作成参数化的绘图程序或参数化动态模型。

  (3)界面形象直观。DLL类型程序会与SolidWorks程序连接,成为SolidWorks程序的一部分,所以操作界面的设计需要符合使用者的习惯。

  以A型导套为例,操作步骤为:在下拉菜单中选择“A型导套”选项,然后参考插图选择合适的参数(图1),再建立A型导套模型(等轴测图)(图2),最终形成模型剖视图(图3)。

  五、结语

  对于程序的语言,我们希望能把它做得更简洁、更容易理解,以达到能绘制更复杂的模型和实现更便捷的修改功能,最后计划实现整体模块化结构,让更多人群能够使用该软件,并且提高兼容性,期望达到无版本差异,实现同类三维造型软件无条件嵌入。



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