模具類課程的數(shù)字化模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計

趙小娟 夏冰

摘要：通過分析模具類課程的現(xiàn)狀，設計了一種數(shù)字化模具數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫采用數(shù)字化教學方式，打破傳統(tǒng)的理論與實踐分離的教學模式，使學生自主學習，寓教于樂，改變以往的實驗環(huán)境和實驗方式。以先進的虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)教學過程中數(shù)字化。以數(shù)據(jù)庫形式代替以往的理論教案，使學生不僅了解知識更懂實踐，本項目的實施可以對機械類相關課程進行推廣，例如，模塊化教學的研究、數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。另外，本學院機械工程專業(yè)學生專業(yè)方向為機器人方向，可借鑒本部分的虛擬現(xiàn)實技術，開發(fā)適合本專業(yè)的應用。

關鍵詞：模具課程;數(shù)據(jù)庫;數(shù)字化

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0021-03

1 現(xiàn)狀分析

目前《模具設計》課程的教學屬于理論教學為先，而后實驗驗證，最后課程設計（材料成型及控制工程專業(yè)方向有課程設計，機械方向無），學生對模具設計的流程和思路以及創(chuàng)新缺乏系統(tǒng)與完善的認識，在畢業(yè)設計中，該教學模式的弊端暴露較多，體現(xiàn)在：設計思路模糊，設計理念陳舊，設計結構不合理，工藝分析片面。

本人經(jīng)過長期課程教學以及對學生的調研了解到理論與實踐部分的分離，導致學生在接收理論知識時一知半懂，后續(xù)又缺乏鞏固與深入的查找資料，導致實踐課部分純粹當一場演示實驗進行，“只要有已知量必得正確結果”已成為實驗課的正常行為模式，在這個實驗過程中缺乏認知與創(chuàng)新，最重要的是，這些實驗都是已經(jīng)設定好的，按步操作。

由于本人還從事模具軟件類的教學，在教學中發(fā)現(xiàn)，采用三維實體建模時，學生均能夠積極參與并主動思考，一般此類課程深受學生喜愛，并且，會在課后主動練習，學習方法。

基于以上現(xiàn)狀，本項目擬建立一套模具設計類的數(shù)字化模型庫，再輔助于虛擬現(xiàn)實技術。對模具中的結構進行模塊化設計，并利用虛擬現(xiàn)實技術，實現(xiàn)學生在工藝設計、模具設計、模具裝配、模具調試等過程中的虛擬實現(xiàn)。在課程的教學中，利用該技術，即時了解模具結構、即時參與模具設計與制造的各個環(huán)節(jié)，并即時解決模具設計與制造中存在的問題，達到系統(tǒng)化教學與設計的目的。

2 目的意義

根據(jù)以上現(xiàn)狀的分析，本項目對我院模具設計類課程的教學具有以下意義：

（1） 提高學生課堂積極性，學生在實踐中完成課程;

（2） 減少模具拆裝設備的投入。目前本實驗室僅7套可供拆裝的模具，對模具結構的了解極為有限，采用數(shù)字化模型后，可自行創(chuàng)建三維模型數(shù)量;

（3） 課程結構的影響。不用單獨設置課程設計，可使學生在理論課程中完成設計內容;

（4） 畢業(yè)設計質量的提高。解決了目前畢業(yè)設計中模具類題目的尷尬處境——復雜零件不會設計模具，簡單零件設計沒有新意;

（5） 該項目的進行必須引入先進的制造方法。目前我校引入了3D掃描和3D打印設備，虛擬現(xiàn)實中的場景均可用該設備并輔助一定的三維軟件創(chuàng)建，利用該設備，可以快速實現(xiàn)零件的建模與制造，對教學和科研均有重要影響。

（6） 為數(shù)字化教學提供一定的依據(jù)。

3 項目實施步驟

3.1模具設計流程分析

以塑料注塑模具和沖壓模具兩類模具設計為依據(jù)，根據(jù)設計方式不同分別加以說明。

（1）塑料注塑模具的設計

根據(jù)傳統(tǒng)教學中的塑料注塑模具設計，總體目標可分為以下幾部分。

首先做產(chǎn)品分析。開模方向，分模面等外形尺寸厚度進行綜合分析，其次根據(jù)產(chǎn)品尺寸進行三維軟件進行出圖，一般來說主要是三視圖的建立，然后將圖紙導入對應軟件進行分析。

對產(chǎn)品進行模具內排列分布的分析，根據(jù)模具長寬等參數(shù)確定模具產(chǎn)品在模具內的排布方式。確定模型大小以及抽芯機構、頂出方式，完成基礎數(shù)據(jù)分析后再對模具進行澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)等系統(tǒng)設計，完結之后完成輔助零件的開設，最后完成一套模具的設計。

（2）沖壓模具的設計

首先根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的批量對模具類型及結構做一個模具類型的確定，再者就是對產(chǎn)品進行三維視圖的制作，然后進行三維軟件的出圖并且導入與之相對應的軟件里面，進行整體效果的預覽。然后對模具進行工藝性分析，材料的熱處理等隨后完成沖壓工藝的方案制定，主要圍繞沖孔落料的順序進行最終方案的擬定。根據(jù)模具結構形式的確定，完成數(shù)據(jù)處理壓力的計算、出件的方式等。在完成一系列方案的制定之后針對模具主要零件進行設計，主要包括凸模、凹模、墊板、固定板、卸料板等工件的設計，在完成總裝配的確定之后及完成一套模具的基礎設計。

3.2模具系統(tǒng)搭建

模具系統(tǒng)主要分為五大板塊，根據(jù)用戶使用側重主要分為目標產(chǎn)物、零件板塊、效果展示、裝配組合和系統(tǒng)文件管理，如圖1模具系統(tǒng)流程圖。目標構架在制作的過程中相對獨立，流程框架成遞進關系，為了更加充分地展示教學。板塊的模具內容，采用逐層遞進的方式，讓用戶在使用系統(tǒng)的時候更加全面地了解模具的分類、零件的分類及各個零件在模具出件過程中扮演的角色從而完善教學質量。

3.3其他部分

除此之外，還應該設置模具系統(tǒng)登錄模塊、教學客戶端、教學資源服務器、數(shù)據(jù)庫處理及設計四大塊內容。

4模具數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立

4.1系統(tǒng)介紹

軟件系統(tǒng)由五大初始板塊構成結構構成骨架，主要分為以下五個系統(tǒng)。

（1） 登錄界面

登錄系統(tǒng)是進出系統(tǒng)的第一道關卡，在教學端口使用之前，每位使用者正確輸入基本信息即可使用系統(tǒng)反之無法使用。

（2） 產(chǎn)品管理

產(chǎn)品管理是系統(tǒng)零件數(shù)據(jù)庫的結晶，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)導入的時候，產(chǎn)品管理板塊是系統(tǒng)版塊內容的綜合呈現(xiàn)。

（3） 零件管理

所有模具零件構建成一個數(shù)據(jù)庫，里面包含能用到的所有零件，在構建板塊的時候，導入模具子零件。

（4） 三維效果預覽

對系統(tǒng)進行一個基礎的調試作用，會根據(jù)不同使用者對軟件使用的喜好程度，自行調試一些基礎的設備，多元化系統(tǒng)的使用，讓軟件更有層次立體感。

（5） 裝配管理

系統(tǒng)會根據(jù)不同使用者在使用過程當中操作的不規(guī)范行為以及當前課件內容情況定期生成數(shù)據(jù)報表，讓管理員能實時了解當前使用情況及用戶體驗。

4.2系統(tǒng)展示

在設計模具教學管理系統(tǒng)時，主要使用的是Visual Basic的基礎編程作為軟件設計的載體，涉及三個方面的內容：一是SQL，基于SQL運用的基礎，構建一個數(shù)字化平臺，為板塊的構建提供原始動力，把已經(jīng)錄入的數(shù)據(jù)模塊化，導入各類零部件模塊，供使用者自由調處使用，建立完善的導出體系，可以導入各類模具的三維仿真模型，以及各類條件的裝配條件;二是COM檢測，主要把組件與組件之間串聯(lián)起來，使操作系統(tǒng)更加協(xié)調、有條不紊的運行;三是系統(tǒng)平臺使用的范圍，考慮到Windows系統(tǒng)運行的局限性，在設計開發(fā)系統(tǒng)的時候特別考慮到管理參數(shù)的問題，軟件本身并不需要其他軟件作為承載體，能再Windows10的系統(tǒng)上流暢運行，不會出現(xiàn)軟件沖突及不兼容的情況。

（1）系統(tǒng)的登錄頁面，用戶需要根據(jù)提示在輸入框中輸入用戶和密碼，經(jīng)過驗證之后用戶才算是成功登錄了系統(tǒng)。如圖2所示。

（2）在使用軟件的第一步就是識別用戶信息，所以用戶在使用軟件的時候必須正確登錄系統(tǒng)，當密碼不正確，系統(tǒng)會提示不能進入系統(tǒng)，當累計無法正確輸入密碼達到三次以上，將沒有進入系統(tǒng)的資格。

（3）正確進入系統(tǒng)之后，使用者將會進入軟件管理板塊，操作界面分5大板塊，產(chǎn)品板塊、零件板塊、三維模擬板塊、裝配示意板塊及系統(tǒng)文檔，板塊與板塊之間依次關聯(lián)，三個板塊對應用戶不同的需求發(fā)揮不同的作用，如圖3所示。

（4）產(chǎn)品板塊，產(chǎn)品板塊里面包括了系統(tǒng)目前儲存的全部零部件的實物圖形，在板塊構建的時候，實物板塊作為讓用戶直觀感受到目標零件，所以標注有實物尺寸，點擊圖片可以放大圖片如圖4所示，該板塊的初衷旨在協(xié)助用戶對目標產(chǎn)物輔助了解以及初步了解建模。

（5）零件管理板塊是系統(tǒng)設計的核心板塊，也是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的載體，所有的零件都可以再該板塊進行調用，用戶可以按照需求在板塊調用零件，然后進行目標產(chǎn)物的組裝，根據(jù)所選擇模具種類的不同，出件方式不同暫時分為塑料模和沖壓模兩種，根據(jù)目標產(chǎn)物的結構，用戶可以選擇合適的出模方式，然后選擇與之相對應的零件組成配套，在板塊設計的初期，各零部件的命名按照所使用模具種類和零件名稱進行命名（參考文件命名章節(jié)），用戶可根據(jù)需要自行導入除基礎零件以外的零件，操作步驟如下所示。

1）找到目標文件所在的文檔對應的文件夾，根據(jù)模具零件分類標準及出件方式，找到對應文檔，將圖片插入對應文件夾如圖5所示。

2）按照命名方式，對文件進行重命名，導入對應文件夾后打開模具管理系統(tǒng)如圖6所示。

3）重新編輯零件基本信息，完善新增零件四項信息零件編號，零件名稱，零件類型，模具類型后，然后點擊添加按鈕，隨后更新圖片重啟系統(tǒng)及完成子零件的添加及導入如圖7所示。

（6）三維展示，對目標零件裝配做一個直觀的了解，方便用戶在使用的時候對目標產(chǎn)物有一個了解如圖8所示，在輔助教學的過程中也能幫助用戶認識模具結構。點擊模具圖片可以縮放三維圖面。

5 結語

本系統(tǒng)對模具中的結構進行模塊化設計，實現(xiàn)學生在工藝設計、模具裝配、模具調試等傳統(tǒng)授課中存在的難度進行了一定程度上的改進。在課程的教學中，利用軟件技術，即時了解模具結構、全方面了解各結構的工作原理，并即時解決模具設計與制造中存在的部分教學問題，并且在此過程中自己對專業(yè)性知識做了進一步的升華，許多棘手的問題在合作中得以解決。

本系統(tǒng)解決了在模具教學方面的局限性，并且能夠系統(tǒng)性的提高模具設計教學過程存在的一系列與現(xiàn)實應用不同步的問題，在豐富了教學質量的同時又增加了使用者的動手能力，實現(xiàn)模具教學的現(xiàn)代化，利用模型庫進行教學，能夠有效地覆蓋實際應用中存在的一系列問題，達到真正提高學生綜合能力的目的。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】