基于SolidWorks的注塑模具CAD系统

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前言
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模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等行业的基础工业装备,对国民经济的发展起着关键的作用.作为模具中的一个重要分支,注塑模具已经成为世界各国国民经济发展的重要装备.现代制造业对产品优质多样化、制造过程柔性化、市场供货快捷要求,使得通用CAD设计软件不能完全满足企业的特殊需要,在通用CAD软件的基础上开发企业自主的模具CAD系统十分必要.专用注塑模具CAD软件系统,是在结合企业自身的实际情况,开发出符合国家标准、行业标准和企业标准的标准件库、模具通用件库以及标准模架库的基础上,建立完整的注塑模具自动设计模块,以及相应的数据库和设计过程数据流程管理系统,使系统能自动对数据进行提取、存储、判断和分析,设计出合理的模具产品,提高设计效率.本注塑模具CAD以参数化三维特征造型设计自动化软件SolidWorks为开发平台,其采用Para2solid底层核心,二次开发采用流行的OLE编程技术进行程序设计,完全基于Windows编程基础.
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8 }7 m5 \- T- m" i0 z1关于SolidWorks的二次开发

) l' O3 T4 `1 r  ^/ ?% p' H) zSolidWorks提供了基于OLEAutomation的编程接口API(ApplicationProgrammingInterface,应用编程接口),其包含数以百计的功能函数,这些函数提供了程序员直接访问SolidWorks的能力,可以被VB、C/C 等编程语言调用,从而可以很方便地对SolidWorks进行二次开发.
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  R# q+ g+ k" h  ~（1）对象模型树
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! v0 s' v6 o0 h, ^2 K不管用VC ,VB,或者用VBA开发SolidWorks都要在调用SolidWorks对象的体系结构基础上进行.在SolidWorks的API中,其各种功能都封装在SolidWorks的对象中,和其他VB对象一样,具有自己独立的属性、方法.通过调用SolidWorks的对象的属性以及方法,可以实现各种功能.图1是SolidWorks的对象模型树.
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(2)OLEAutomation接口技术

OLE(ObjectLinkingEmbedding对象链接和嵌入)是MicrosoftWindows系统和VisualBasic的编程基础,为应用程序间的通信以及共享彼此部件提供了方法.OLE自动化允许通过使用高级宏语言或脚本语言如VBScript和JavaScript在一个应用程序内部操作另一个应用程序的属性和方法,可以定制对象并提供应用程序间的互操作件,通过OLEAutomation接口技术,面向对象的编程语言可以直接操纵SolidWorks的对象的属性和方法满足二次开发的需要.

(3)关于DL

( U$ o/ |  F- d* a, g( c6 D* b8 aDLL(DynamicLinkLibrary,动态链接库)是Windows操作系统提供的共享可执行代码数据的基本手段.利用DLL可实现代码的数据共享,很容易实现版本升级.必要时,开发者只需直接更新DLL而不用对应用程序本身作任何改动就可以对应用程序的功能和用户接口作较大改善.DLL通常作为进程内组件被实现,当它被调入内存时,被装入与调用它的应用程序相同的地址空间上.运行它时,DLL文件被连接,但它并不绑定到EXE文件中.用户可以调用第三方或自己开发的DLL库.SolidWorks支持使用VB或VC 等语言开发DLL库文件,并且以插件的方式加载.
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2系统的总体构架
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$ T! N9 Z) g0 a' |( Y, V9 q1 o智能注塑模具设计系统如图2所示,主要分为产品建模、模具自动设计、校核和分析、结果反馈修改四个模块.

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" Q0 [; a. H, n" i(1)产品建模:产品建模的目的不仅要设计出满足要求的塑件,更重要的在于设计、制造出生产这种塑件的模具.通过产品模型,应为模具CAD提供足够的信息,为自动生成模具成型零部件提供条件.产品特征建模模块主要提供的信息有:模型的尺寸、材料、分型面对象、侧芯的颜色显示等,然后将这些信息存储在模型当中,供模具自动设计模块提取使用.
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; n. n# t% F! M% V8 i2 }4 m0 p* W(2)模具设计模块是一个基于知识的产品模具自动设计过程.设计过程模拟专家设计,采取从里向外设计,首先确定产品型腔,包括侧抽芯,然后根据注射机参数设计型腔数目,选择模架,设计顶出系统,温度调节系统,最后生成模具的三维装配图.在这个自动化的过程中,每个步骤都需要调用知识库中的知识和规则以及设计事例的知识.这个模块还包括自动动态进行特征之间的尺寸检查和干涉检查等.
(3)校核和分析模块主要是对装配图的尺寸链进行校核以及进行流动性能分析,然后将结果传送给反馈模块.

" f( Q6 z2 k6 F" U(4)结果反馈模块分析来自校核和分析模块的数据,与知识库对比,分析判断模具以及产品模型的缺陷,给出结果,并且反馈到模具的设计以及产品建模过程中.
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. H: b, ]9 m* P; C  N6 ]5 }& x3 Y3标准件与模架库的开发应用

  i4 K7 @& T; c) I开发建立与CAD系统配套的标准件库和模架标准库,是智能模具CAD设计的重要内容之一.标准件库的实用界面如图3所示.模架库涉及的类型和零件比较多,调用的数据库复杂,由于是装配体,其中零件属性的驱动具有很大的代表性,其驱动连接过程体现了整个注塑模具CAD设计过程中的智能信息的传递和提取.图4为D2M2E模架选用过程系统运行的界面效果.
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9 D* O# t2 Q: d6 F- r7 x, g4注塑模具CAD系统设计实

( t& V- t9 ~2 w6 G5 [( ~0 e以电话机壳模具设计为例,介绍S3DMAD注塑模CAD系统的工作过程:
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) w/ @, [. F, c+ m+ q3 B(1)在进行模具设计前必须对零件进行必要的处理,系统中采用分型面对象,由于分型面的复杂性,需要人工制作分型面,沿零件的分型面做一个曲面.图5是一个分型面对象的示例.

(2)由注塑模具CAD菜单选择模具设计向导,进入注塑模具设计向导第一步.在产品数据栏内输入产品零件3D模型文件存取路径和文件名称,或者单击浏览按钮直接搜索查找相应的零件模型文件.在目标文件夹内输入设计结果文件的保存路径和位置.
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" s0 r1 P8 X5 C2 j1 q# \(3)模具设计向导第二步(图6):输入产品基本信息,提取材料信息:包括生产量、模具精度、模具材料等,生成模具原始型腔.

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(4)模具设计向导第三步:选择模具设计的依据.系统提供了四种不同的设计思路和设计依据,包括:根据生产率设计、根据注射量设计、根据注射压力设计、根据锁模力设计.

(5)模具设计向导第四步:确定型腔数目和布局方式.系统自动根据上步的选择,设计型腔数目和布局方式;用户也可以对此进行修改.系统会根据选择确定的型腔的布局方案进行结构设计.
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) Y' g2 N1 m6 i0 _5 h(6)模具设计向导第五步:选择和确定模架.根据型腔的数据选择合适的模架,默认的模架类型是-M-E,也可以人工选.
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(7)模具设计向导第六步:生成浇注系统.选择浇注系统的结构型式,系统自动计算浇注系统部分尺寸,并进行浇注系统结构设计和布局.

/ l$ i( }5 a3 H% Y; N2 {6 a1 T(8)模具设计向导第七步:生成顶出系统.选择不同的顶出系统的顶出机构和顶出元件,系统自动设计整体的顶出系统和布局顶针的位置.
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(9)模具设计向导第八步:温度调节系统设计.有多种冷却系统方案供选择:隧道式冷却系统和蜂窝式冷却系统.选择确定之后,系统会自动完成冷却系统的结构设计和布局.
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(10)模具设计向导第九步,完整的电话机壳注塑模具的总体结构方案设计完成,保存模具设计结果.全部零件和总体装配结构的模型文件按指定的目标文件路径保存.图7为设计完成的电话机壳塑料模具的3D总体结构图.

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(11)工程图的生成
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模具3D总体结构设计完成后,S3DMAD系统可以根据用户的需要生成所有零件部件的零件工程图和装配工程图,并将工程图按照要求的方式保存或输出(如图8所示).并可以根据CAM加工的要求,构建和输出3D零件数控加工所需要的实体模型文件,供CAM系统数控编程功能模块编程需要.
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9 S' T' X& E' P5 _, C! c5结束语
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- C: R) M. O9 G& o1 W# [在智能注塑模具CAD系统开发过程中,采用SolidWorks为支撑平台,以Microsoft面向对象编程的OLEAutomation技术为核心,采用基于特征的三维实体建模技术,突破了传统注塑模具CAD通过人工进行判断、分析,人工进行结果反馈的障碍.本系统软件虽然是CAD二次开发软件,但完全是一个独立可灵活移植、以SolidWorks为平台的插件模块,其功能强大.运用智能专家系统,不但提高了注塑模具的设计效率,而且使模具设计结果更加准确合理.