一種快速準(zhǔn)確的CAD車輪液鍛模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)

李全軍，劉文中

(1. 淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 淮南 232001； 2.安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，模具行業(yè)快速成長，即使在2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊下，依舊保持了一個快速增長的勢頭[1-3]，而基于CAD設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)亦隨之應(yīng)運(yùn)而生，并且在近兩年快速發(fā)展，此項(xiàng)技術(shù)大大提高了設(shè)計(jì)效率，由于基于二次開發(fā)過程的CAD技術(shù)可在設(shè)計(jì)階段對模具加工過程中所出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測分析，提高了模具加工效率，縮短了模具加工周期，直接降低了生產(chǎn)加工模具所消耗的成本。而目前國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者將研究熱點(diǎn)集中在了傳統(tǒng)的沖壓模具或者是吹塑模具方面，而對于近年來新興的鍛壓液態(tài)模具的研究鮮見報道，因此基于CAD液鍛模具設(shè)計(jì)技術(shù)還處于初級階段，以5°汽車深槽輪輞為設(shè)計(jì)對象，基于Pro/E所具有的二次開發(fā)功能聯(lián)合CAD液鍛車輪模具設(shè)計(jì)技術(shù)，得到一種快速準(zhǔn)確的CAD車輪液鍛模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，此系統(tǒng)的提出，可大大減少液鍛模具的設(shè)計(jì)周期以及在加工之前即可完成對各個零件以及鑲塊進(jìn)行裝配調(diào)試，提前發(fā)現(xiàn)問題，即能夠?yàn)橐哄懩＞呒庸すに囂峁├碚搮⒖肌?/p>

1 液鍛模CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線

基于CAD模具設(shè)計(jì)技術(shù)對液鍛模具進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同汽車結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求，快速準(zhǔn)確規(guī)范地設(shè)計(jì)出車輪液鍛模具[4-6]，并且在設(shè)計(jì)完成時即可得到汽車輪液鍛模具的各類制造加工工藝所需的參數(shù)?；贑AD二次開發(fā)液鍛模設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 參數(shù)化設(shè)計(jì)過程

2 Pro/E二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 參數(shù)化模型設(shè)計(jì)技術(shù)

5°深槽汽車輪輞液鍛?？傃b圖如圖2(a)所示[7-8]，為了能清晰描述液鍛模結(jié)構(gòu)，輪輻截面圖如圖2(b)所示，在基于CAD液鍛模具設(shè)計(jì)技術(shù)對汽車輪輞模具進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，結(jié)合圖1給出的設(shè)計(jì)流程，應(yīng)先對汽車輪輞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、拆解，具體細(xì)化到每一個組成零件或是鑲塊的參數(shù)設(shè)計(jì)，亦包含液鍛模的推出機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)，再將各個子零件/鑲塊的參數(shù)進(jìn)行匯總，即可得到符合實(shí)際需要的整體車輪輪輞的液鍛模的設(shè)計(jì)規(guī)格，實(shí)現(xiàn)對此類模具的快速準(zhǔn)確設(shè)計(jì)。

圖2(a) 車輪液鍛模模具結(jié)構(gòu)圖 圖2 (b) 輪輞的幾個主要名稱及位置

此類模具設(shè)計(jì)所用到的兩種設(shè)計(jì)方法如下：

(1)利用軟件提供的“參數(shù)”及“關(guān)系”指令：在Pro/E中選擇“參數(shù)”指令，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T3487-2005)中規(guī)定的車輪輪輞尺寸、工藝參數(shù)，并將其設(shè)定為可變參數(shù)，具體實(shí)現(xiàn)過程；選擇“關(guān)系”指令，即可在Pro/E軟件中將各個子零件/鑲塊的尺寸參數(shù)與實(shí)際需要的汽車車輪輪輞模具尺寸聯(lián)合起來，即可實(shí)現(xiàn)軟件參數(shù)庫與實(shí)際車輪模具建立必要的關(guān)聯(lián)。只需為設(shè)計(jì)人員提供基本的車輪尺寸，其即可在軟件庫中調(diào)用各類適用的零件進(jìn)行組合裝配再生設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)人員的工作量。

(2)幾何復(fù)制：使用Pro/E軟件中的“外部復(fù)制幾何”指令，可將車輪輪輞實(shí)際三維圖的型面復(fù)制，直接形成液鍛凸、凹模型面，利用“關(guān)系”指令對復(fù)制過來的型面進(jìn)行重生，得到輪輞模具的三維零件圖。如果輪輞尺寸發(fā)生改變時，設(shè)計(jì)人員只需改變其參數(shù)尺寸或是從零件庫中調(diào)用適合的零件模型進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)即可，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

2.2 開發(fā)環(huán)境、工具及程序的連接技術(shù)

經(jīng)過工作實(shí)際驗(yàn)證分析，VC++開發(fā)語言可以較好地與CAD系統(tǒng)進(jìn)行融合，構(gòu)建出汽車車輪輪輞設(shè)計(jì)系統(tǒng)，而開發(fā)工具選用Pro/E軟件下的TOOLKIT指令，CAD液鍛模設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用微軟自帶的Access軟件建立[9]，便捷的二次CAD開發(fā)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)即是在VC++構(gòu)建的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境中，基于編制的程序?qū)?shù)據(jù)庫與所用的開發(fā)軟件有機(jī)結(jié)合起來，形成一個可以快速存儲調(diào)用的一個有機(jī)整體。ODBC體系構(gòu)架如圖3所示。

圖3 ODBC體系架構(gòu)示意圖

2.3 用戶操作界面設(shè)計(jì)技術(shù)

車輪輪輞CAD液鍛模設(shè)計(jì)系統(tǒng)操作界面是在VC++編程開發(fā)環(huán)境下，利用C++匯編程序?qū)崿F(xiàn)的，通過C++編程語言將Pro/E軟件下的TOOLKIT指令進(jìn)行連接，其主要由系統(tǒng)選項(xiàng)以及彈出的對話框兩類組成，操作界面指令體系樹[10]如圖4所示。

圖4 液鍛模CAD系統(tǒng)操作界面指令

2.3.1 CAD系統(tǒng)菜單創(chuàng)建

圖5為二次開發(fā)后在Pro/E軟件中所顯示出的本液鍛模CAD系統(tǒng)菜單。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下所述：

圖5 CAD系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

第一步：在View.h里的public:下定義變量：CString str;

在View.cpp的構(gòu)造函數(shù)里將變量值賦空：str=“ ”;

第二步：將5°汽車輪輞系列液鍛模CAD系統(tǒng)的子菜單“車輪液鍛模工作零件CAD模型”的ID標(biāo)識符ID_SD_YT_PL映射到視圖類View里：

例如：ProCmdActionAdd("5°汽車輪輞系列液鍛模CAD系統(tǒng)",其具體實(shí)現(xiàn)如下所述：

void CMyView::OnSdYtPl()

{ str=“車輪液鍛模工作零件CAD模型”;

Invalidate();

}

2.3.2 CAD系統(tǒng)對話框創(chuàng)建

本液鍛模CAD系統(tǒng)中對話框的創(chuàng)建需要以下幾個步驟。

第一步，建一個單文檔的應(yīng)用程序(或用例2.1程序)，名為：“5°汽車輪輞系列液鍛模CAD系統(tǒng)”建立菜單；

第二步，給菜單連接一個類。在快捷菜單中選中ClassWizard命令，首先彈出Adding a Class對話框(圖6),選擇Select an existing class項(xiàng)。

圖6 Dialog Properties 對話框

第三步,連接菜單和應(yīng)用程序的主窗口。菜單IDR_MENU1連接了一個類，這只是表示該菜單可以調(diào)用程序中這個類的成員函數(shù)和成員變量。此時在應(yīng)用程序的主窗口中仍然沒有顯示菜單，這是因?yàn)椴藛芜€沒有和應(yīng)用程序主窗口連接起來。

第四步，為命令按鈕生成消息處理函數(shù)：依次給ID_TIME_BUTTON、ID_SHOW_ BUTTON和ID_EXIT_ BUTTON三個命令按鈕，在CEX4_2Dlg類中映射BN_CLICKED消息的成員函數(shù)OnTimeButton、OnShowButton和OnExitButton。因這三個命令按鈕的功能與三個菜單項(xiàng)“時間”“顯示”和“退出”的功能完全一樣，故直接調(diào)用相應(yīng)的菜單函數(shù)。程序清單如下粗體部分所示：

void CEx4_2Dlg::OnExitButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnExitMenu();

}

void CEx4_2Dlg::OnShowButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnShowMenu();

}

void CEx4_2Dlg::OnTimeButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnTimeMenu();

}

綜上，基于CAD對車輪輪輞液鍛模設(shè)計(jì)系統(tǒng)搭建完成，根據(jù)所選液鍛模模具尺寸類型，可以完成車輪輪輞液鍛模的各個零件以及鑲塊的尺寸參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可以為液鍛模生產(chǎn)加工工藝提供理論指導(dǎo)及技術(shù)支持，大大提高了車輪輪輞液鍛模設(shè)計(jì)效率，并提高了加工過程中的精確度。

3 CAD系統(tǒng)運(yùn)行

若想將上述的CAD液鍛模設(shè)計(jì)系統(tǒng)在Pro/E環(huán)境下進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，第一步應(yīng)完成軟件注冊文件的編制，并生成.dat格式的文件，此文件文件名為registry file.dat，具體實(shí)現(xiàn)程序如下：

name WLFDCADsys

STARTUP DLL

exec_file E:WLFDCADsysDebugWLFDCADsys.dll

text_dir E:WLFDCADsysRelease ext

revision 24

allow_stop TRUE

end

此時，在Pro/E軟件中點(diǎn)擊“工具”菜單下的“輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用程序”指令，可對整個設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行注冊、打開以及關(guān)閉等操作。打開Pro/E，菜單欄即可出現(xiàn)上述編制的CAD液鍛模設(shè)計(jì)系統(tǒng)的“5°汽車輪輪輞液鍛模CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)”菜單選項(xiàng)。設(shè)計(jì)人員即可對不同的汽車輪輪輞液鍛?？焖龠M(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，想要對液鍛模上下模進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可根據(jù)菜單指令選擇適當(dāng)?shù)腃AD零件模型，完成相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，如圖7所示。同理可得其他零件的設(shè)計(jì)步驟，最終得到整套液鍛模的總裝模型。

圖7 零件設(shè)計(jì)對話框

4 結(jié)語

在Visual C++構(gòu)建的開發(fā)環(huán)境下，基于C++編程語言將Access數(shù)據(jù)庫和Pro/E軟件完美連接，較好地實(shí)現(xiàn)了利用CAD軟件對液鍛模進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì)等相關(guān)工作，此設(shè)計(jì)系統(tǒng)較之傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢，亦可縮短液鍛模設(shè)計(jì)時間，改善設(shè)計(jì)人員的工作環(huán)境，并可為生產(chǎn)加工工藝提供管論參考，可以為模具設(shè)計(jì)及制造企業(yè)提供一定的理論指導(dǎo)。