汽車保險(xiǎn)杠模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)

陸 兵

(1.常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164;2.常州眾研科技發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213003)

0 引言

現(xiàn)代汽車保險(xiǎn)杠蒙皮系統(tǒng)一般都采用塑料或復(fù)合材料［1］。對于汽車保險(xiǎn)杠注塑模，無論是技術(shù)難度還是價(jià)格，在汽車用塑料內(nèi)外飾件注塑模中都占有舉足輕重的地位［2］。模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)向著精準(zhǔn)、高效、數(shù)字化的方向發(fā)展［3］。

目前企業(yè)采用的通用設(shè)計(jì)軟件和設(shè)計(jì)過程均不足以應(yīng)對新的挑戰(zhàn)。模具設(shè)計(jì)人員的專業(yè)知識(shí)和軟件應(yīng)用水平也參差不齊。即使設(shè)計(jì)功能相同的零件，設(shè)計(jì)人員也會(huì)根據(jù)自己的設(shè)計(jì)風(fēng)格創(chuàng)建不同尺寸、形狀的零件。大多數(shù)公司使用的模具設(shè)計(jì)軟件比較繁雜，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)［4］。而且，由于設(shè)計(jì)過程的時(shí)序性以及需要在各個(gè)階段轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)周期過長，發(fā)生質(zhì)量事故概率較高。為了使模具設(shè)計(jì)過程標(biāo)準(zhǔn)、精確、簡單、可控和高效［5］，本文為常州某模具有限公司開發(fā)了汽車保險(xiǎn)杠模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)軟件。

1 模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化

注塑模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化就是在模具設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用統(tǒng)一、簡化、協(xié)調(diào)和優(yōu)選的原則來實(shí)現(xiàn)零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化和模塊化［6］。標(biāo)準(zhǔn)化包括標(biāo)準(zhǔn)的軟件環(huán)境和模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)的軟件環(huán)境包括計(jì)算機(jī)軟件界面的標(biāo)準(zhǔn)化、計(jì)算機(jī)軟件環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)的圖框。模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化包括標(biāo)準(zhǔn)件圖庫、標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)［7］。

汽車保險(xiǎn)杠蒙皮模具屬于注塑模具［8］，注塑模具中相似零件的種類和數(shù)量占絕大多數(shù)，而且模具設(shè)計(jì)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，在設(shè)計(jì)中對相似結(jié)構(gòu)的參考和借鑒是非常有益的，也是必需的，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)正可以滿足這種要求。

2 業(yè)務(wù)模塊設(shè)計(jì)

依據(jù)汽車保險(xiǎn)杠模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)需求，將軟件劃分為:基礎(chǔ)環(huán)境模塊、實(shí)體建模模塊、制圖模塊、注塑模設(shè)計(jì)模塊和參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件模塊。

1)基礎(chǔ)環(huán)境模塊。

用于打開存檔的文件、創(chuàng)建新文件、存儲(chǔ)更改的文件，同時(shí)支持用戶改變顯示部件、分析部件、調(diào)用幫助文檔、使用繪圖機(jī)輸出圖紙等。

2)實(shí)體建模模塊。

主要用于產(chǎn)品部件的三維實(shí)體特征建模。它不但能生成和編輯各種實(shí)體特征，還具有豐富的曲面建模工具，可以自由地表達(dá)設(shè)計(jì)思想，創(chuàng)造性地改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而獲得良好的造型效果和造型速度。

3)制圖模塊。

從已經(jīng)建立的三維模型自動(dòng)生成平面工程圖，也可以利用曲線功能繪制平面工程圖。有自動(dòng)視圖布置、剖視圖、各向視圖、局部放大圖、局部剖視圖、尺寸標(biāo)注、形位公差、表面粗糙度符號(hào)標(biāo)注、支持國家標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視、爆炸圖和明細(xì)表自動(dòng)生成等工具。

4)注塑模設(shè)計(jì)模塊。

模塊提供了整個(gè)模具設(shè)計(jì)流程，包括產(chǎn)品裝載、排位布局、分型、模架加載、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。

5)參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件模塊。

提供保險(xiǎn)杠注塑模具標(biāo)準(zhǔn)件的查詢、生成、調(diào)用，標(biāo)準(zhǔn)件的添加、修改、統(tǒng)計(jì)等維護(hù)。

3 軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)

3.1 總體技術(shù)方案

本項(xiàng)目之前，企業(yè)直接使用Siemens PLM Software公司數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)UGNX［9］設(shè)計(jì)汽車保險(xiǎn)杠注塑模具。UGNX具有較強(qiáng)的通用性，但是UGNX的通用性不能完全滿足專用性設(shè)計(jì)需要［10］。所以，本文的總體技術(shù)方案是采用.NET技術(shù)開發(fā)出在技術(shù)層面符合UGNX插件接口標(biāo)準(zhǔn)的所有業(yè)務(wù)模塊，這些模塊以插件的方式運(yùn)行在UGNX平臺(tái)上(如圖1所示)。每個(gè)業(yè)務(wù)模塊都包含菜單、工具欄、對話框、業(yè)務(wù)功能。

圖1 軟件總體結(jié)構(gòu)

3.2 軟件開發(fā)技術(shù)

UGNX 軟件提供了 MenuScript、UIStyler、GRIP 和API等二次開發(fā)工具集［11-12］。本文使用 MenuScript創(chuàng)建和編輯所需菜單、工具欄、自定義UGNX菜單項(xiàng)，使用UIStyler開發(fā)人機(jī)交互界面［13］，運(yùn)用API重新組合通用CAD功能并派生出新的專用業(yè)務(wù)功能。

軟件開發(fā)方法:首先采用MenuScript設(shè)計(jì)好菜單文件，采用UIStyler設(shè)計(jì)用戶界面，用VS 2005創(chuàng)建本項(xiàng)目工程，將用戶界面模板文件添加到工程中，在工程中添加類，編譯鏈接生成UGNX可以直接調(diào)用的DLL文件。

1)菜單設(shè)計(jì)。

以參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件為例。新建StandardPart.men文件，添加符合結(jié)構(gòu)的代碼(效果如圖2所示)，文件存放于startup。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)件管理菜單

2)對話框設(shè)計(jì)。

以倒圓角界面為例。單擊NX的【Application】-【UserInterface Styler】進(jìn)入U(xiǎn)G/OpenUIStyler可視化界面，設(shè)計(jì)界面如圖3所示。

圖3 倒圓角對話框

對話框關(guān)鍵VB.Net代碼:

這個(gè)對話框有 Chamfer.vb和 Chamfer.dlg兩個(gè)文件，最后將生成的Chamfer.dll復(fù)制到application。

3.3 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)

在汽車保險(xiǎn)杠模具設(shè)計(jì)過程中要大量使用到如內(nèi)六角螺絲等各種零件，這其中又有很多零件會(huì)在同一副模具中重復(fù)使用。所以，對這些零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理和標(biāo)準(zhǔn)化使用是軟件必須要滿足的需求之一［14］。

首先對汽車保險(xiǎn)杠模具用到的零件分類為:固定件、滑塊系列、斜頂系列、模架組件、水路等大類［15］，然后再構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)件庫。這樣，這些零件就以標(biāo)準(zhǔn)件的形式供用戶使用。標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立方法主要有:電子表格法、關(guān)系表達(dá)式法、用戶自定義特征法、知識(shí)熔接法和程序法［16］。

本文所建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化模板。參數(shù)化模板完整表示了標(biāo)準(zhǔn)件特征的各個(gè)參數(shù)及相互之間的關(guān)系［17］。調(diào)用時(shí)，只需選擇所需標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格參數(shù)驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)件模板程序在圖檔中動(dòng)態(tài)生成標(biāo)準(zhǔn)件。

標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化模板符合關(guān)系模式并且數(shù)據(jù)量小，所以本文采用Access數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)件特征參數(shù)。

下面以內(nèi)六角螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)過程說明參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)思想。

1)標(biāo)準(zhǔn)件描述。

零件名稱:內(nèi)六角螺釘;零件代碼:S1;規(guī)格(M)X(L)，M是螺紋大小，L是5的倍數(shù)，L表示長度。

2)標(biāo)準(zhǔn)件特征參數(shù)。

內(nèi)六角螺釘特征參數(shù)有H、dh、dk和D等(如圖4所示)。其中，L長度值取決與操作者輸入2點(diǎn)之間的距離，L=輸入2點(diǎn)之間的距離+1.5M。程序判斷生成的L值是否超出此型號(hào)數(shù)據(jù)庫里L(fēng)值范圍，如果超出L值范圍，程序提示“L長度超出范圍是否繼續(xù)”，如果點(diǎn)擊 YES，表示繼續(xù)，如果點(diǎn)擊 NO，表示stop。并且程序還需要判斷L值是否是5的倍數(shù)，如果不是則需要特殊處理:當(dāng)2點(diǎn)距離L/5的余數(shù)大于3時(shí)，則輸出L=L+(5-余數(shù))，當(dāng)2點(diǎn)距離L/5的余數(shù)小于3時(shí)，則輸出L=L-余數(shù)。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)定

3)標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格設(shè)定。

內(nèi)六角螺釘有多種規(guī)格，一個(gè)規(guī)格關(guān)聯(lián)一個(gè)元組(如表1所示)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格元組(部分)

4)標(biāo)準(zhǔn)件生成程序(關(guān)鍵代碼)及效果。

內(nèi)六角螺釘標(biāo)準(zhǔn)件程序運(yùn)行效果如圖5所示。通過運(yùn)行程序?qū)υ捒虿僮?，用戶可?shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)規(guī)格的選擇、單位選擇等操作。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)件界面

4 模具設(shè)計(jì)實(shí)例

軟件使用的一般流程是:1)產(chǎn)品模型準(zhǔn)備;2)裝載產(chǎn)品;3)設(shè)置模具坐標(biāo)系;4)設(shè)置收縮率;5)設(shè)置模具型腔和型芯毛坯尺寸(工件);6)模具型腔布局;7)修補(bǔ)模型破孔;8)創(chuàng)建模具分型線;9)創(chuàng)建模具分型面(如圖6所示);10)創(chuàng)建模具型腔和型芯;11)建立模架;12)加入模具標(biāo)準(zhǔn)部件;13)設(shè)計(jì)澆口和流道系統(tǒng);14)創(chuàng)建腔體;15)列出模具零件材料清單，創(chuàng)建模具二維裝配圖、零件圖。

圖6 保險(xiǎn)杠模具分型面

5 結(jié)束語

對汽車保險(xiǎn)杠模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)需求進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)功能模型。以通用模具設(shè)計(jì)平臺(tái)為基礎(chǔ)，結(jié)合參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)技術(shù)和二次開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了操作方便、設(shè)計(jì)效率高的汽車保險(xiǎn)杠模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)軟件。在生產(chǎn)實(shí)踐中，該軟件很好地滿足了汽車保險(xiǎn)杠模具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)需要。

［1］黎培元.淺談轎車保險(xiǎn)杠蒙皮的設(shè)計(jì)［J］.輕工科技，2013(7):70-71，109.

［2］陳愛平.汽車保險(xiǎn)杠注塑模的開發(fā)［J］.工程塑料應(yīng)用，2012，40(8):59-63.

［3］米永東，張平.精準(zhǔn)高效數(shù)字化模具工廠的前景與展望［J］.模具工業(yè)，2013，39(2):1-4.

［4］鄭興睿.CAD/CAM在高精密復(fù)雜模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用［D］.昆明:昆明理工大學(xué)，2013.

［5］吳立輝，呂曉磊，武照云，等.基于C#.NET的樹脂磨具CAD/CAM集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.機(jī)床與液壓，2014，42(3):124-126，172.

［6］宋滿倉.注塑模具設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)化體系的研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2005.

［7］陳連生.關(guān)于注塑模設(shè)計(jì)方式的研究［J］.科技信息，2014(9):199，231.

［8］李余兵.汽車保險(xiǎn)杠系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)研究［J］.汽車工業(yè)研究，2013(12):55-61.

［9］趙弘，周茂軍.基于Pro/E的塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件庫開發(fā)過程研究［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2013(3):37-38.

［10］史雙元.基于UG二次開發(fā)的注塑模具標(biāo)準(zhǔn)件庫的研究與開發(fā)［D］.武漢:武漢科技大學(xué)，2012.

［11］歐陽文凱.基于UG二次開發(fā)的注塑模輔助設(shè)計(jì)插件的設(shè)計(jì)［J］.科教導(dǎo)刊，2014(2):47-49.

［12］劉蓉黔，陳民舉，葛惠陟.首飾模具CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2007(7):119-122.

［13］徐太花.基于CATIA/CAA的文字輸入的二次開發(fā)［J］.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2013(1):102-105.

［14］龍海，李慶，黃志高，等.注塑模關(guān)聯(lián)式組合標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013(5):40-42，45.

［15］王小強(qiáng)，熊鷹，肖世德.基于SolidEdge的模具標(biāo)準(zhǔn)件三維參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2008(6):39-41.

［16］孫加偉.基于UG的模具電極用通用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究［D］.廣州:華南理工大學(xué)，2013.

［17］黃志輝.基于UG的葉輪產(chǎn)品族參數(shù)化建模設(shè)計(jì)研究［J］.河南科技，2013(12):102-104.