彭澤軍

（中國工程物理研究院 機(jī)械制造工藝研究所，綿陽 621900）

0 引言

在傳統(tǒng)的包裝容器箱蓋模具設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)時(shí)需要查找的資料較多，需要根據(jù)箱蓋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模具零部件設(shè)計(jì)，需要考慮的條件、參數(shù)也較多，需要熟悉拉深模具設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平依賴性較大。采用傳統(tǒng)的分析、計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的效率較低，設(shè)計(jì)過程經(jīng)常重復(fù)[1]，設(shè)計(jì)的模具因設(shè)計(jì)人員的不同存在較大差異，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。為了提高設(shè)計(jì)效率和統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以UG/OPEN、C#為開發(fā)工具，構(gòu)建箱蓋模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)提高設(shè)計(jì)效率、統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)快速智能設(shè)計(jì)具有重要意義[2]。

1 快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路

表達(dá)式在UG中進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)起著重要的作用，通過改變?nèi)S模型的尺寸，達(dá)到模型發(fā)生相應(yīng)變化，模型尺寸的變化實(shí)質(zhì)是約束模型的尺寸表達(dá)式發(fā)生了改變，通過UG表達(dá)式編輯器可以查看。利用UG/Open API編程可通過創(chuàng)建表達(dá)式、改變表達(dá)式達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。

本文主要通過預(yù)先建立表達(dá)式文件，通過設(shè)計(jì)程序改變表達(dá)式值，達(dá)到更新模型實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。其基本思路是以UG/Open API編程技術(shù)[3]為基礎(chǔ)，以C#為開發(fā)工具，開發(fā)可在UG中訪問的DLL函數(shù)，DLL函數(shù)在UG啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載，形成箱蓋拉深模具的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊。

基于UG/Open API編程參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本過程是：首先對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)化處理，建立模型表達(dá)式文件，然后創(chuàng)建參數(shù)化的圖形模板，再通過設(shè)計(jì)程序處理模型表達(dá)式的參數(shù)值，更新模型即可達(dá)到參數(shù)化設(shè)計(jì)的目的。通常情況下，參數(shù)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行時(shí)，先從模型表達(dá)式文件提取模型的參數(shù)，再更新參數(shù)值，然后更新模型。其運(yùn)行基本流程如圖1所示。

圖1 參數(shù)化設(shè)計(jì)程序運(yùn)行基本流程

2 基于UG/OPEN的箱蓋模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)

2.1 UG/Open API 開發(fā)模式簡(jiǎn)介

UG/Open API程序可分為外部程序模式和內(nèi)部程序模式。外部UG/Open API程序的運(yùn)行與UG的環(huán)境無關(guān)，在操作系統(tǒng)下單獨(dú)運(yùn)行，它是作為操作系統(tǒng)的一個(gè)進(jìn)程存在，但不能與UG圖形界面進(jìn)行交互，運(yùn)行結(jié)果不能在UG圖形界面中顯示，所以應(yīng)用很少。內(nèi)部UG/Open API程序的運(yùn)行與UG的環(huán)境有關(guān)，只能在UG中運(yùn)行。它是編譯、連接后得到的dll文件，程序代碼小，連接速度快。運(yùn)行UG內(nèi)部的API程序通過動(dòng)態(tài)鏈接成為UG的一部分，并可與用戶進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)與UG的無縫集成。因此，本文采用內(nèi)部API程序開發(fā)箱蓋模具快速設(shè)計(jì)dll程序文件。

2.2 用戶菜單開發(fā)

圖2 箱蓋模具快速設(shè)計(jì)菜單界面

在UG中使用UG/Open MenuScript工具創(chuàng)建用戶菜單，該工具的功能是為開發(fā)人員創(chuàng)建和編輯下拉菜單和工具欄，通過它用戶可以方便地用菜單腳本文件編輯UG菜單來支持自己的應(yīng)用開發(fā)程序[4]。圖2所示為開發(fā)的箱蓋模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)菜單。

2.3 用戶對(duì)話框開發(fā)

箱蓋模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)用戶對(duì)話框主要用于用戶輸入箱蓋的尺寸參數(shù)，圖3所示為箱蓋快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶對(duì)話框界面。由圖3所示，用戶對(duì)話框主要由箱蓋結(jié)構(gòu)示意圖、箱蓋類型下拉列表、箱蓋參數(shù)輸入框、設(shè)計(jì)模具存放路徑、模具總圖名、執(zhí)行按鈕六部分組成。用戶對(duì)話框開發(fā)可以采用UG/Open UIStyle工具[4]，進(jìn)入對(duì)話框設(shè)計(jì)界面，可進(jìn)行可見即所得的對(duì)話框界面制作。

圖3 箱蓋模具快速設(shè)計(jì)對(duì)話框界面

圖4 對(duì)話框的回調(diào)函數(shù)

在對(duì)話框設(shè)計(jì)時(shí)，需要定義按鈕及對(duì)話框的回調(diào)函數(shù)用于執(zhí)行相關(guān)操作，這里定義了4個(gè)回調(diào)函數(shù)，如圖4所示，即構(gòu)造回調(diào)函數(shù)Construction、析構(gòu)回調(diào)函數(shù)Destruction、確定按鈕回調(diào)函數(shù)ParaDesign、瀏覽按鈕回調(diào)函數(shù)liulan_cb。在保存時(shí)，將對(duì)話框設(shè)計(jì)代碼保存為c#文件，這里保存為lid2.cs，lid2.cs中包含了上述四個(gè)回調(diào)函數(shù)的定義。

2.4 系統(tǒng)總體框架構(gòu)建

在開發(fā)參數(shù)化設(shè)計(jì)dll文件時(shí)，利用UG/OPEN二次開發(fā)的向?qū)０寮纯山⒍伍_發(fā)程序框架，在項(xiàng)目目錄下生成program.cs文件，為程序主要代碼文件。程序框架中包含一個(gè)main(string[]args)的入口函數(shù)，在UG中調(diào)用快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，首先是從這個(gè)函數(shù)開始執(zhí)行的。將lid2.cs復(fù)制到項(xiàng)目目錄，在項(xiàng)目中添加lid2.cs，將對(duì)話框文件加入到項(xiàng)目中。參數(shù)化設(shè)計(jì)主要通過lid2.cs中的ParaDesign()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。圖5為快速設(shè)計(jì)程序執(zhí)行過程示意圖。

圖5 快速設(shè)計(jì)程序執(zhí)行過程

2.5 NX環(huán)境下模具零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

圖6 凹模參數(shù)化尺寸示意圖

2.5.1 箱蓋凹模結(jié)構(gòu)尺寸表達(dá)式建立

為建立箱蓋到凹模的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)模型，需要建立與箱蓋尺寸D、t、r、H之間的表達(dá)關(guān)系，凹模的表達(dá)式文件是依據(jù)模具設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)規(guī)則，根據(jù)箱蓋的結(jié)構(gòu)特征，以箱蓋結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)建立的凹模結(jié)構(gòu)尺寸知識(shí)規(guī)則。圖6所示為凹模參數(shù)化尺寸示意圖。下面列出基于箱蓋尺寸驅(qū)動(dòng)的凹模尺寸參數(shù)部分表達(dá)式如下：

將表達(dá)式文件另存為w_j_am.exp，形成凹模表達(dá)式模板。在UG中導(dǎo)入表達(dá)式式參數(shù)，并應(yīng)用參數(shù)化的尺寸繪制凹模圖形，通過修改更新表達(dá)式參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)凹模零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

2.5.2 參數(shù)化模板程序錄制及應(yīng)用開發(fā)

下面以無筋箱蓋凹模說明參數(shù)化模板程序的開發(fā)過程。

在UG中，選【工具】→【表達(dá)式】，彈出表達(dá)式創(chuàng)建窗口，點(diǎn)從文件中導(dǎo)入表達(dá)式，選擇w_j_am.exp，導(dǎo)入表達(dá)式，如圖7所示。

圖7 讀入初始表達(dá)式

然后通過繪制草圖，添加約束，生成初始凹模零件。然后【工具】→【表達(dá)式】中導(dǎo)入表達(dá)式文件w_j_am_n.exp更新凹模參數(shù)表達(dá)式，文件w_j_am_n.exp和w_j_am.exp表達(dá)式結(jié)構(gòu)相同，只是相關(guān)參數(shù)值進(jìn)行了更新。將整個(gè)模板制作的操作記錄錄制生成c#代碼。將代碼復(fù)制到總體程序框架下凹模參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊，在執(zhí)行快速設(shè)計(jì)時(shí)，程序?qū)⑾渖w尺寸更新到w_j_am_n.exp文件中，當(dāng)代碼讀入w_j_am_n.exp文件中的表達(dá)式時(shí)，即實(shí)現(xiàn)了凹模的更新。

圖8 快速設(shè)計(jì)的凹模零件

依照同樣的方法完成凸模、凹模、壓邊圈、頂桿、頂板的參數(shù)化程序模塊，編譯項(xiàng)目，生成dll文件。將dll復(fù)制到環(huán)境變量“UGII_USER_DIR”指定目錄的application子目錄下，啟動(dòng)NX，選無筋箱蓋拉伸模設(shè)計(jì)菜單，彈出箱蓋參數(shù)輸入對(duì)話框，按圖樣輸入箱蓋外徑D、高度H、壁厚t、圓角r等參數(shù)，瀏覽模具存放路徑，輸入模具名，選確定，即可快速自動(dòng)生成整套模具零件圖，圖8為自動(dòng)生成的凹模零件。

3 快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用情況

為檢驗(yàn)系統(tǒng)的有效性，對(duì)以往三十余套箱蓋模具進(jìn)行了應(yīng)用模擬設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)箱蓋結(jié)構(gòu)特征，選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊，輸入箱蓋的結(jié)構(gòu)參數(shù)，系統(tǒng)能快速生成滿足實(shí)際需要模具零件模型，模型可直接用于新造模具生產(chǎn)。通常一個(gè)熟練的模具設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)一套完整的模具圖紙（裝配圖、工程圖等）需要超過三個(gè)工作日，而一個(gè)一般工藝人員通過快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)可在半個(gè)工作日內(nèi)完成整套模具圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，提高效率逾6倍，且設(shè)計(jì)的模具符合拉深模具的相關(guān)要求。另外，針對(duì)兩種新型號(hào)的包裝容器箱蓋模具進(jìn)行了快速設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用，制作了相應(yīng)的工程圖，并試制生產(chǎn)，經(jīng)箱蓋沖壓試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的模具沖壓的箱蓋完全符合圖樣要求。因此，快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)可直接用于新型號(hào)箱蓋模具的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

1）本文分析包裝容器箱蓋模具快速設(shè)計(jì)的基本思路，論述了更新圖形模板的參數(shù)化設(shè)計(jì)基本流程。分析了基于UG/OPEN、C#的箱蓋模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的詳細(xì)開發(fā)過程，開發(fā)了用戶菜單及用戶對(duì)話框，構(gòu)建了系統(tǒng)總體框架。

2）分析了NX環(huán)境下模具零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，論述了程序更新表達(dá)式的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并成功應(yīng)用于包裝容器箱蓋快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)。

3）通過模具模擬設(shè)計(jì)和新型號(hào)箱蓋模具設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)了快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性、高效性、智能性，系統(tǒng)可直接用于新型號(hào)箱蓋模具的設(shè)計(jì)。

4)基于零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的模具快速設(shè)計(jì)思想可推廣到其他類似產(chǎn)品模具的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)，可減少許多不必要的重復(fù)設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)、高效、統(tǒng)一。

[1]金先敏.基于UG的汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2007.

[2]楊丙輝.基于參數(shù)化技術(shù)的零件快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué),2008.

[3]汪銳.NX Open API編程技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2012.

[4]黃勇.UG/OPEN應(yīng)用開發(fā)典型實(shí)例精解[M].北京：國防工業(yè)出版社,2010.