本文所述是在深入研究了沖裁模的設(shè)計(jì)過程及具體工作內(nèi)容的基礎(chǔ)上，利用CATIA的二次開發(fā)工具CAA及VC軟件，建立全面的沖切模具CAD三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的實(shí)例，并結(jié)合轎車上橫梁加強(qiáng)板的沖裁模具CAD設(shè)計(jì)實(shí)例對標(biāo)準(zhǔn)件庫的功能及使用方法進(jìn)行了說明盯仪。

　　沖壓模具CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)的研究對制造業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用， CAD技術(shù)越來越廣泛而深入地運(yùn)用在制造業(yè)的各個(gè)方面蜜葱。與此同時(shí)目前工程設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的大量的重復(fù)性勞動和繁復(fù)的工程計(jì)算全景，已經(jīng)逐漸成為各個(gè)工程設(shè)計(jì)中的常見問題。實(shí)踐證明笼沥，三維設(shè)計(jì)是CAD應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢蚪燕，為了更有效發(fā)揮CAD系統(tǒng)的作用，必須對系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)奔浅，對其進(jìn)行零件標(biāo)準(zhǔn)化馆纳，部件通用化，以及典型零部件參數(shù)化汹桦，實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的專業(yè)化和用戶化鲁驶。

　　一、沖裁模三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立

　　1.二次開發(fā)工具概述

　　(1)CATIA/Open CAA

　　它是C A T I A軟件包中的一個(gè)模塊舞骆， 是達(dá)索公司提供的用于CATIA的二次開發(fā)軟件工具憾顿。使用CATIA/Open CAA語言可以創(chuàng)建類似FORTRAN一樣的程序，并與CATIA系統(tǒng)集成相彼。由于CAA與CATIA緊密集成豺研，所以利用CAA程序，可以完成與CATIA的各種交互操作阔踢。

　　(2)Visual C

　　它是美國Microsoft公司推出的Windows操作系統(tǒng)下的編程環(huán)境允逝，是深受廣大程序員和用戶歡迎的功強(qiáng)大的、具有吸引力的Windows應(yīng)用程序開發(fā)系統(tǒng)蛋昙。

　　2.三維標(biāo)準(zhǔn)件庫開發(fā)方法的比較與確定

　　(1)程序參數(shù)化建模

　　運(yùn)用開發(fā)工具編制若干具有獨(dú)立功能的程序模塊宵绒，用戶可以進(jìn)行交互選擇，只需要輸入少量的信息和參數(shù)，就能起動相應(yīng)的程序模塊浴恐，使系統(tǒng)自動完成數(shù)據(jù)訪問咪枷、數(shù)據(jù)運(yùn)算、構(gòu)造和編輯實(shí)體等操作总枢，從而生成所需規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件圖形打恕。

　　(2)直接系統(tǒng)建模法

　　利用C A D系統(tǒng)提供的建模功能，將標(biāo)準(zhǔn)零件分類燎窘，并分規(guī)格地建立起模型摹闽，供設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中使用。這種建庫過程即為建模過程褐健。與其他建模過程相比，這種方法的優(yōu)勢是明顯的澜汤。

　　◎建庫的過程就是利用系統(tǒng)的建模工具來建模的過程蚜迅，方法簡便直觀，可以由CAD系統(tǒng)的使用人員來進(jìn)行俊抵，不需要專業(yè)的開發(fā)人員來進(jìn)行二次開發(fā)谁不。

　　◎?qū)ο到y(tǒng)的要求較低，系統(tǒng)不具備參數(shù)化的功能也可完成徽诲。

　　但這種方法的缺點(diǎn)是工作量巨大刹帕，且存儲量巨大。將每個(gè)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件均建立起模型谎替，其工作量和存儲量是可想而知的偷溺。

　　直接系統(tǒng)建模可以采用建模之后用軟件管理的辦法阅权，使查找和調(diào)用都自動進(jìn)行娱陈，這樣就可以集大家的力量共同攻克參數(shù)化繪制中所遇到的困難，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)件等啸需。

　　(3)參數(shù)化系統(tǒng)建模法

　　結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)零件的數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及軟件的參數(shù)化功能雳誉，可以有效地克服直接系統(tǒng)建模法缺陷，因此利用系統(tǒng)建模的較為可行的辦法是利用參數(shù)化技術(shù)斯智，這就是我們所說的參數(shù)化系統(tǒng)建模法各祠。這種方法比較適用于建立三維標(biāo)準(zhǔn)件庫。利用這種方法建庫的基本步驟為建模附舌、參數(shù)化和管理渺纯。

　　1)建模 建立標(biāo)準(zhǔn)零件模型的過程就是利用系統(tǒng)提供的建模工具建模的過程，大多數(shù)CAD系統(tǒng)均提供了高性能的二維漩判、三維設(shè)計(jì)及通用幾何造型工具备饭，包括特征造型、體素造型和參數(shù)化造型等技術(shù)，因此可以較為方便地設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體模型幼健。

　　2)模型參數(shù)化 參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是建立一套描述設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸參數(shù)間的約束方程組兄存，然后根據(jù)一組新的尺寸求新的設(shè)計(jì)參數(shù)。用這類系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特征均已定義好約束并都已參數(shù)化卑雁，修改模型尺寸可通過系統(tǒng)直接進(jìn)行募书，即可以用具體的參數(shù)驅(qū)動該模型來生成不同尺寸系列的標(biāo)準(zhǔn)件。用這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)建庫的優(yōu)點(diǎn)是用戶自由度較大测蹲，不但可以生成不同尺寸系列的標(biāo)準(zhǔn)件莹捡，而且可以獲得不同形狀系列的標(biāo)準(zhǔn)件。

　　3)管理 大多數(shù)CAD/CAM軟件都提供了一套完善的存儲管理機(jī)制扣甲，從而為建立標(biāo)準(zhǔn)件庫提供了基礎(chǔ)篮赢。但是標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立僅僅為存放標(biāo)準(zhǔn)件模型提供了一個(gè)場所，而CAD/CAM系統(tǒng)提供的管理機(jī)制一般也只提供按標(biāo)準(zhǔn)件模型名調(diào)用的方式琉挖，這種管理方法不便于用戶使用標(biāo)準(zhǔn)件庫中的標(biāo)準(zhǔn)件启泣。因此，要想方便地使用標(biāo)準(zhǔn)件庫內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)件模型示辈，就需要設(shè)計(jì)開發(fā)出一套標(biāo)準(zhǔn)件庫管理軟件寥茫。

　　參數(shù)化系統(tǒng)建模法的優(yōu)勢在于能夠充分利用系統(tǒng)的參數(shù)化功能，并且不需要太多的額外開發(fā)工作矾麻，用戶便可按實(shí)際需求獲得適合的標(biāo)準(zhǔn)件系列纱耻，該方法具有一定代表性。缺點(diǎn)在于建庫的工作量大仁墅，而且由于三維尺寸標(biāo)注不具有自動檢測功能刺盏，所以可能會出現(xiàn)過約束或欠約束的尺寸，從而使標(biāo)準(zhǔn)件庫中出現(xiàn)無法準(zhǔn)確定位或無效的結(jié)構(gòu)希咒。

　　3.沖裁模具三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的實(shí)現(xiàn)方法

　　根據(jù)前面對開發(fā)三維標(biāo)準(zhǔn)件庫方法的分析透格，結(jié)合具體要求，本系統(tǒng)中參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)造過程是對不同的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行分析顺良，決定采用哪一種建模方法韭拙，對不同的方法采用不同的實(shí)現(xiàn)步驟。這里主要介紹參數(shù)化系統(tǒng)建模方法些栅。

　　(1)程序參數(shù)化建模

　　(2)直接系統(tǒng)建模

　　(3)參數(shù)化系統(tǒng)建模

　　本系統(tǒng)中參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)造過程分為如下幾步：

　　1)建立標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化實(shí)體模型建立參數(shù)化模型的過程主要利用CATIA的功能來實(shí)現(xiàn)祥扒。

　　模型驅(qū)動技術(shù)是模型參數(shù)化的關(guān)鍵技術(shù)，在零件驅(qū)動的前后只發(fā)生尺寸大小的變化至沸，拓?fù)潢P(guān)系不變鼻蟆。在零件模型中，包含零件實(shí)體及其尺寸盖扔、驅(qū)動變量和參考變量等匀油，分別對應(yīng)于下面列出的CATIA的三種尺寸標(biāo)注方式。

　　◎數(shù)值形式：以數(shù)值的形式表示尺寸；

　　◎變量名形式：給每個(gè)尺寸一個(gè)代號敌蚜，按先后標(biāo)注用d0,d1～dn表示桥滨；

　　◎方程形式：如d3=d1。

　　模型實(shí)體決定了零件的拓?fù)潢P(guān)系弛车，常量尺寸為模型中不變的約束齐媒，驅(qū)動變量為取一定數(shù)值的可變約束，參考變量是驅(qū)動變量的運(yùn)算組合纷跛。模型驅(qū)動只直接改變驅(qū)動變量的取值喻括，參考變量根據(jù)驅(qū)動變量的變化自動更改。造型軟件根據(jù)模型實(shí)體造型過程和新的變量取值重新計(jì)算贫奠，從而得到新的零件唬血。

　　2)讀入相關(guān)參數(shù)值 參數(shù)數(shù)據(jù)組織即根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)的特點(diǎn)，研究出合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述標(biāo)準(zhǔn)零件的參數(shù)數(shù)據(jù)唤崭，可將參數(shù)數(shù)據(jù)分成下面兩大類刁品。

　　◎主參數(shù)類(單參數(shù)類)：這類標(biāo)準(zhǔn)零件的參數(shù)數(shù)據(jù)中決定性參數(shù)只有一個(gè)，當(dāng)其主參數(shù)確定下來之后浩姥，其他參數(shù)便全部都可以相應(yīng)地確定下來了。

　　◎主參數(shù)谆威、次主參數(shù)類(雙參數(shù)類)：這類零件除具有一個(gè)主參數(shù)之外簸眼，還存在一個(gè)與主參數(shù)系列相對應(yīng)的次主參數(shù)組，在確定了主參數(shù)之后婉饼，次主參數(shù)只能確定一個(gè)取值的范圍疤削，只有確定了次主參數(shù)的值之后，零件的所有組成參數(shù)才能全部確定下來序敷。

　　3)調(diào)入模型進(jìn)行裝配 把所有的模型都存放在一個(gè)路徑下撬彭，構(gòu)成一個(gè)庫文件。此時(shí)程序應(yīng)提供一個(gè)功能赋昔，自動搜索所需的零件据钱，把它調(diào)入并安裝在相應(yīng)位置。

　　4)輸出表達(dá)式文件 由于CATIA系統(tǒng)有調(diào)入的零件時(shí)表達(dá)式要在原表達(dá)式基礎(chǔ)上加“ ‘ ”和一個(gè)數(shù)字序號以區(qū)別的約定亮绢，所以更改表達(dá)式要自動提取這個(gè)數(shù)字序號箭谴。

　　5)按相關(guān)參數(shù)修改表達(dá)式 按新表達(dá)式修改模型。

　　(4)系統(tǒng)集成

　　標(biāo)準(zhǔn)件的管理界面的功能用于實(shí)現(xiàn)用戶對需要的標(biāo)準(zhǔn)件的種類的選擇俘戈。因此溉潭，需要在界面中能夠根據(jù)用戶的選擇顯示出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件的系列、規(guī)格少欺、參數(shù)及各參數(shù)等意義喳瓣，以供用戶確認(rèn)。把所有函數(shù)都集成起來這樣，就形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的專業(yè)函數(shù)庫畏陕。

　　主程序中列出了所有的標(biāo)準(zhǔn)件的名稱的按鈕配乓，點(diǎn)擊按鈕后進(jìn)入下一級對話框。這時(shí)系統(tǒng)將顯示相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件的相關(guān)信息及各參數(shù)的相關(guān)信息蹭秋，然后再根據(jù)具體情況扰付，提示用戶輸入相關(guān)的參數(shù)或選擇相應(yīng)的按鈕。

　　在CAA語言中仁讨，提供了功能強(qiáng)大的人機(jī)交互語句羽莺，用戶可以利用CAA程序提供與系統(tǒng)對話的功能，完成交互操作洞豁。所以這些管理界面可以用標(biāo)準(zhǔn)件庫操作盐固，界面可以用CAA程序?qū)崿F(xiàn)。Visual Basic對于編制應(yīng)用程序界面方面有其獨(dú)到的優(yōu)勢掐抢，所以標(biāo)準(zhǔn)件的相關(guān)信息用Visual Basic程序?qū)崿F(xiàn)即可候榨。

　　在圖形編輯、實(shí)體造型方面CAA程序就顯得力不從心了统扔。因此在本系統(tǒng)中可以采用CAA程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織琅芍、界面的制作以及數(shù)據(jù)處理等工作；而對于實(shí)體造型馁筷，則在CATIA系統(tǒng)中進(jìn)行甸垄，這樣就可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，把三個(gè)系統(tǒng)集成芥吧，形成一個(gè)界面友好疤嘴、功能強(qiáng)大的沖裁模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

　　二漾衅、沖裁模三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的應(yīng)用實(shí)例

　　1.實(shí)例說明

　　轎車控制臺左右側(cè)上橫梁加強(qiáng)板的產(chǎn)品數(shù)模住卿，材料厚度為1mm。

　　2.模具設(shè)計(jì)要求

　　整套工序?yàn)樽笥壹Ｖ圃炖惚悖緦?shí)例為4/4沖孔工序矫迹。由于孔位及孔徑的精度要求，將沖壓方向進(jìn)行調(diào)整终吼，使得五個(gè)安裝孔正沖外镀赌，斜面上的兩個(gè)安裝孔需要吊沖來實(shí)現(xiàn)。因此际跪，模具的結(jié)構(gòu)為四大部分組成：

　　(1)吊沖裝置

　　吊沖裝置選用日本三協(xié)公司的標(biāo)準(zhǔn)件UCSMC50-30商佛。

　　(2)下模組件

　　下模座采用鑄造形式，在其上直接鑄出定位型面姆打。在沖孔位置安裝凹模鑲套良姆、廢料盒肠虽，導(dǎo)向位置安裝導(dǎo)柱和導(dǎo)滑板（由標(biāo)準(zhǔn)件庫提供）。

　　(3)壓料板組件

　　壓料板組件采用基體鑄造玛追、壓料面鑲塊形式税课。壓料板與上模座之間由導(dǎo)滑板導(dǎo)滑，并用側(cè)銷連接痊剖，彈性卸料元件采用彈簧預(yù)壓組件(由標(biāo)準(zhǔn)件庫提供)韩玩。

　　(4)上模座組件

　　上模座采用鑄造形式，在其導(dǎo)滑腿上安裝導(dǎo)向裝置導(dǎo)套及導(dǎo)板陆馁，在凸臺上安裝墊板找颓、凸模、模夾及螺釘励砸、銷釘（由標(biāo)準(zhǔn)件庫提供）等狱诊。

　　3.設(shè)計(jì)過程

　　(1)下模組件的設(shè)計(jì)

　　首先是定位型面及定位體的設(shè)計(jì)。將產(chǎn)品數(shù)模另存為下模零件設(shè)計(jì)的Part文件招蓝，利用CATIA的自由曲面建模功能件策，將產(chǎn)品數(shù)模型面按定位需要進(jìn)行順延和剪切，然后進(jìn)行縫合翅拜。用實(shí)體造型功能在需要位置給出定位體需要尺寸的方體巩樟，用縫合后的曲面將方體上部剪切掉，所需要的定位體實(shí)體就設(shè)計(jì)完成了瘫啦。

　　然后利用CATIA的實(shí)體建模功能和特征建模功能設(shè)計(jì)出下模實(shí)體模型的基本形狀嫁橱。

　　(2)標(biāo)準(zhǔn)件的選用

　　下模組件是由下模體和一些標(biāo)準(zhǔn)件組成。我們可以利用沖裁模CAD系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)件庫直接生成實(shí)體模型扭妖，進(jìn)行裝配。如果要在導(dǎo)向位置上安裝導(dǎo)滑板荡明，應(yīng)首先將當(dāng)前工作坐標(biāo)變換到安裝位置上捆革，然后就可以在標(biāo)準(zhǔn)件庫中調(diào)用所需安裝的標(biāo)準(zhǔn)件了。

　　打開“F i l e”→“E x e c u t e CATIA/Open”→“CAA”選擇標(biāo)準(zhǔn)件的種類的系統(tǒng)界面着茸。單擊導(dǎo)滑板圖標(biāo)后壮锻，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)選擇系統(tǒng)界面。

　　單擊確定后涮阔，出現(xiàn)的輸入?yún)?shù)的對話框猜绣，輸入長為150、寬為100敬特，再次單擊確定后掰邢，完成標(biāo)準(zhǔn)件導(dǎo)滑板的安裝。

　　其他標(biāo)準(zhǔn)件的安裝過程與導(dǎo)滑的安裝過程一致伟阔。裝入標(biāo)準(zhǔn)件后的下模組件實(shí)體模型辣之。

　　三掰伸、結(jié)束語

　　從產(chǎn)品數(shù)字化定義到應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)，模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)正由2D輔助設(shè)計(jì)逐步走向3D主流設(shè)計(jì)的數(shù)字化時(shí)代』彻溃現(xiàn)在各種專業(yè)化的3D設(shè)計(jì)軟件越來越成熟和多樣化狮鸭。遺憾的是，所有專業(yè)軟件對用戶均不能提供較為完整的標(biāo)準(zhǔn)件庫多搀。而通用零部件和標(biāo)準(zhǔn)件的廣泛使用歧蕉，使標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)成為我們研究所實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)目標(biāo)。該庫升級后將更加智能化虾驰，并可與國家標(biāo)準(zhǔn)吼季、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等全文數(shù)據(jù)庫集成，使二維信息與三維信息互通统褂，并能夠查詢標(biāo)準(zhǔn)件的非參數(shù)化屬性等筛粘。本文所開發(fā)的沖裁模三維標(biāo)準(zhǔn)件庫只是模具CAD的一個(gè)重要的組成部分。

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