基于UG 的模具推出機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)

鞠仁豪，仲梁維

（200093 上海市 上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院）

0 引言

隨著制造業(yè)的飛速發(fā)展，UG、CATIA 等三維建模軟件的二次開發(fā)技術(shù)已被充分應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，深刻改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和理念。模具推出機(jī)構(gòu)用于卸除鑄件對(duì)型芯的包緊力，所以該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響鑄件質(zhì)量的優(yōu)劣，因此推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是壓鑄模設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。而推出機(jī)構(gòu)中，推桿、推板等結(jié)構(gòu)的尺寸都是固定、單一的。這種固定結(jié)構(gòu)的單一設(shè)計(jì)模式大大增加了人工和時(shí)間成本，并且短時(shí)間內(nèi)很難滿足客戶的要求，而且企業(yè)利潤也會(huì)受到很大程度的影響。為了生產(chǎn)出更好的產(chǎn)品，提高模具推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性、多變性，本文以UG/Open 為二次開發(fā)平臺(tái)，在Visual C++環(huán)境下進(jìn)行編程[2]，結(jié)合MySQL 數(shù)據(jù)庫交互，實(shí)現(xiàn)了模具推出機(jī)構(gòu)中推桿、推板快速設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)。

1 UG 二次開發(fā)基本步驟

1.1 參數(shù)化建模

參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種借助幾何參數(shù)快速構(gòu)建和修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的方法[3]。借助UG 強(qiáng)大的參數(shù)化功能，在參數(shù)化設(shè)計(jì)中利用約束條件去限制模型的幾何形狀，改變參數(shù)去驅(qū)動(dòng)模型更新，因此只要根據(jù)需求改變相應(yīng)參數(shù)就可以快速驅(qū)動(dòng)模型更新，設(shè)計(jì)出一套全新模型。

1.2 創(chuàng)建人機(jī)交互界面

UG 具有用戶界面開發(fā)工具對(duì)話框編輯工具UI Styler 和Block UI Styler，菜單與工具條采用UG 自帶的 KF 語言進(jìn)行編譯。人機(jī)交互界面在UG 的“塊UI 樣式編輯器”中制作，生成對(duì)應(yīng)的.cpp、.hpp 以及.dlx 文件，并將.dlx 文件放到“application”文件夾中，就可以在UG 中設(shè)計(jì)出與UG 軟件系統(tǒng)本身對(duì)話框具有相同風(fēng)格的交互界面[4]。

1.3 編譯程序的編寫

在制作“塊 UI 樣式編輯器”生成的 C++程序中編寫程序，將模型尺寸信息與人機(jī)交互界面中的表達(dá)式聯(lián)系起來，即可以驅(qū)動(dòng)模型更新。

2 推出機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模

推出機(jī)構(gòu)用于卸除鑄件對(duì)型芯的包緊力，對(duì)它的設(shè)計(jì)好壞直接影響到鑄件的質(zhì)量，而推出機(jī)構(gòu)中，主要就是推桿、推板等尺寸固定、單一的結(jié)構(gòu)，因此對(duì)推桿、推板的參數(shù)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要，能夠節(jié)約大量的人力財(cái)力。

這里采用的是平面形圓截面推桿（如圖1 所示），以及機(jī)動(dòng)推出的推板（如圖2 所示）。

圖1 平面形圓截面推桿Fig.1 Plane shaped circular cross section push rod

圖2 機(jī)動(dòng)推出的推板Fig.2 Power-driven push plate

推桿推出壓鑄件時(shí)，壓鑄件尚處于高溫狀態(tài)，此時(shí)壓鑄件的強(qiáng)度低于室溫時(shí)的許用強(qiáng)度。當(dāng)壓鑄件包緊力較大，而設(shè)置的推桿又較少時(shí)，若每根推桿上的推出力超出壓鑄件的最大受推壓力，推桿就會(huì)頂入壓鑄件內(nèi)部[5]，頂壞壓鑄件。為避免這種情況，推桿的截面可按式（1）計(jì)算：

式中：A——推桿推出段端部的截面面積，mm2；Ft——推桿承受總推力，F(xiàn)t=10 N；n——推桿數(shù)量；[σ]——壓鑄件的許用強(qiáng)度（推壓力），MPa。

推板必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，因此，推板需要有一定的厚度。推板厚度計(jì)算公式為:

式中：H——推板厚度，cm；F——推板載荷，F(xiàn)=10 N；C——推桿孔在推板上分布的最大距離，cm；B——推板寬度，cm；K——系數(shù)，（其中，L——壓鑄機(jī)頂桿之間的距離）。

3 人機(jī)交互界面建立

3.1 菜單建立

UG 作為通用的開放的 CAD 設(shè)計(jì)軟件，為用戶提供了充分的權(quán)限來制作菜單以滿足需求，用戶可以通過修改菜單文件的方式來開發(fā)自定義菜單。UG 提供了2 種定制菜單的方法：（1）進(jìn)入系統(tǒng)文件編輯系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)菜單；（2）新建 .men 文件，建立自定義菜單項(xiàng)。新建 .men 文件的創(chuàng)建菜單方式是一種獨(dú)立的建立菜單的方式，它不影響 UG 原有的風(fēng)格，可以隨時(shí)添加隨時(shí)去掉，對(duì) UG 的系統(tǒng)菜單不產(chǎn)生任何影響。本系統(tǒng)采用的是第2 種新建菜單的方式[6]。

首先在UG 安裝目錄中建立一個(gè)包含“startup”和“application”2 個(gè)文件夾的新文件夾。這里我們以“模具推出機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)”為例，在“startup”文件夾中建立“mould.men”的腳本文件，主要代碼如下：

重新啟動(dòng)UG，在菜單欄中將會(huì)顯示自制的菜單信息，如圖3 所示。

圖3 菜單示意圖Fig.3 Menu diagram

3.2 完成Block UI Style 對(duì)話框制作

在UG 的“塊UI 樣式編輯器”中，按模塊主要分為5 類控件，即“基本”、“布局”、“數(shù)字”、“選擇”及“特殊”[7]。這里我們用了“選擇”模塊中的指定點(diǎn)控件，用來指定一點(diǎn)插入推桿或者推板、“基本”模塊中的標(biāo)簽/位圖，用來存放推桿或者推桿尺寸示意圖，以及“數(shù)字”模塊中的枚舉和表達(dá)式控件，用來選擇設(shè)計(jì)的零件類型，以及輸入尺寸參數(shù)。其中，為了美觀，將枚舉控件中PresentationStyle 屬性值設(shè)置為Radio Box。這里提供了3 個(gè)類型選項(xiàng)，分別為：普通推桿設(shè)計(jì)、特殊推桿設(shè)計(jì)以及推板設(shè)計(jì)，當(dāng)用戶選擇任意類型，這一類型對(duì)應(yīng)的尺寸示意圖以及尺寸信息會(huì)顯示出來，其他類型的信息會(huì)被隱藏。推桿或推板的尺寸信息通過MySQL 數(shù)據(jù)庫讀取調(diào)用，完成Block UI Style 對(duì)話框，如圖4 所示。

圖4 對(duì)話框示意圖Fig.4 Dialog box diagram

對(duì)話框制作完成后，選擇C++語言，保存生成的3 個(gè)文件：dlx，.hpp，.cpp，將這3 個(gè)文件放入到菜單文件中的“application”文件夾中。以推板設(shè)計(jì)為例，根據(jù)用戶選擇的壓鑄機(jī)的型號(hào)，通過讀取數(shù)據(jù)庫，推板的尺寸就會(huì)自動(dòng)更新，點(diǎn)擊“確定”或“應(yīng)用”即可完成對(duì)推桿、推板的快速設(shè)計(jì)。

3.2 完成MySQL 數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建

為了用戶使用的方便性，以及系統(tǒng)使用的靈活性，推桿、推板的尺寸參數(shù)全部通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用。

不同的壓鑄機(jī)對(duì)應(yīng)不同的推板的尺寸，根據(jù)推板推薦值借助MySQL 的可視化界面Navicat Premium，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，如圖5 所示。

圖5 創(chuàng)建MySQL 數(shù)據(jù)庫表Fig.5 Create a MySQL database table

4 程序驅(qū)動(dòng)的編寫

4.1 零件驅(qū)動(dòng)

以推板為例，設(shè)置推板模型的導(dǎo)入路徑

4.2 讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)

以推板快速參數(shù)化設(shè)計(jì)為例，在這段代碼的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了選擇不同的壓鑄機(jī)，推板對(duì)應(yīng)的尺寸從數(shù)據(jù)庫自動(dòng)導(dǎo)入U(xiǎn)I界面對(duì)應(yīng)的表達(dá)式控件中。

4.3 更新控件的顯示狀態(tài)

由于對(duì)話框類型選擇為枚舉控件，在用戶選擇一種類型后，為方便用戶操作以及界面的美觀，UI界面只顯示所選類型的圖示以及尺寸信息，添加如下示例代碼：

在這段代碼驅(qū)動(dòng)下，就能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊不同的零件類型，顯示對(duì)應(yīng)的零件圖示以及尺寸信息。

4.4 模型驅(qū)動(dòng)

在讀取到數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)并將其顯示到對(duì)話框后，再根據(jù)對(duì)話框的尺寸信息驅(qū)動(dòng)模型更新。示例代碼：

編譯程序，生成dll 文件，將dll 文件添加到.men文件的”Application”后面，則程序運(yùn)行結(jié)果就傳遞到了UG 中。

5 實(shí)例應(yīng)用

本文以壓鑄模具推出機(jī)構(gòu)為例，首先在MySQL 中建立對(duì)應(yīng)的推桿、推板的尺寸信息表，利用VS C++對(duì)UG 進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)壓鑄模具推出機(jī)構(gòu)的推桿、推板的快速設(shè)計(jì)。查詢的推桿、推板的尺寸推薦值分別為表1、表2。

表1 推桿尺寸推薦值(mm)Tab.1 Recommendation for push rod dimensions(mm)

表2 推板尺寸推薦值(mm)Tab.2 Recommended size of push plate(mm)

推桿使用表1 的d=12 mm 的這一行數(shù)據(jù)，推板使用壓鑄機(jī)型號(hào)為J1113 的這一行數(shù)據(jù)，運(yùn)行的結(jié)果如圖6 所示。此實(shí)例插入了4 根推桿。

圖6 程序運(yùn)行結(jié)果示意圖Fig.6 Schematic diagram of program running results

6 結(jié)語

本文將UG 二次開發(fā)技術(shù)運(yùn)用到壓鑄模具的推出機(jī)構(gòu)上，利用UG 自帶的KF 語言創(chuàng)建了人機(jī)交互界面，通過VS C++與UG 的結(jié)合，以及與MySQL 數(shù)據(jù)庫的交互，來驅(qū)動(dòng)模型更新。通過推桿、推板的參數(shù)化設(shè)計(jì)，大大簡化了推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程。數(shù)據(jù)庫的交互使用方便了用戶以后的模型尺寸的修改更新，使得用戶更加方便快捷地設(shè)計(jì)出所需要的模具推出機(jī)構(gòu)，很大程度上減少了設(shè)計(jì)工程師的重復(fù)性勞動(dòng)。