楊興，曹宇峰，周鵬

東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 湖北武漢 430058

高級(jí)工程師 楊興

1 序言

汽車模具數(shù)字化制造的發(fā)展和三維實(shí)體設(shè)計(jì)的普及使模具的全尺寸程序化設(shè)計(jì)和數(shù)控加工成為可能。汽車模具在設(shè)計(jì)階段，在NX軟件平臺(tái)上基于PDM系統(tǒng)并結(jié)合汽車模具的應(yīng)用需求，開發(fā)建立了三維大型汽車模具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)；在數(shù)控編程CAM階段，泡沫整體加工、鑲塊加工和模具結(jié)構(gòu)加工實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的加工流程。因此，如何將模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員和數(shù)控編程人員從大量單一、機(jī)械性的工作中解放出來，能將更多的精力放在前期設(shè)計(jì)優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化、提高加工效率等技術(shù)含量高的工作上，從而提高設(shè)計(jì)和數(shù)控編程的效率及質(zhì)量，成為亟待解決的問題。

2 NX軟件特點(diǎn)

在智能化制造系統(tǒng)開發(fā)前，設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下。

（1）設(shè)計(jì)效率低 三維模具設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，如斜楔修邊整形模具，設(shè)計(jì)裝配圖如圖1所示，其設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，不能滿足用戶的要求。設(shè)計(jì)人員流動(dòng)性大，新手多，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量問題。簡(jiǎn)單重復(fù)性工作內(nèi)容多，設(shè)計(jì)工作非常辛苦，沒有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)作用。

圖1 模具設(shè)計(jì)裝配圖

（2）標(biāo)準(zhǔn)化程度低 標(biāo)準(zhǔn)化程度低、標(biāo)準(zhǔn)雜亂、標(biāo)準(zhǔn)件跟不上需要等已嚴(yán)重制約了汽車覆蓋件模具的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)已有不少企業(yè)以中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)汽車車身模具及裝備委員會(huì)編印的《汽車沖模標(biāo)準(zhǔn)匯編》作為標(biāo)準(zhǔn)，但這一標(biāo)準(zhǔn)匯編尚未得到廣泛應(yīng)用，還不是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)幾大汽車模具企業(yè)中通常采用合資方的外國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，如東風(fēng)公司與PSA合資就采用E24標(biāo)準(zhǔn)，與日產(chǎn)合資就采用KPS、NPS標(biāo)準(zhǔn)，各模具企業(yè)很難形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、制造標(biāo)準(zhǔn)，造成現(xiàn)有的覆蓋件沖模CAD/CAM系統(tǒng)的集成化和智能化程度都比較低，知識(shí)重用困難。

（3）現(xiàn)有CAD軟件專用性差 目前國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的CAD軟件較少，而多數(shù)廠家引進(jìn)的國(guó)外先進(jìn)軟件多為通用型軟件，未經(jīng)開發(fā)則專用性較差。面對(duì)當(dāng)前模具行業(yè)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)，開發(fā)“模具智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)”，以實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)技術(shù)專業(yè)化、通用化和高效化已迫在眉睫。

汽車模具使用的NX軟件是主流的CAD/CAM系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（CAD/CAM/CAE/PDM）一體化的軟件系統(tǒng)。但NX作為通用支撐軟件系統(tǒng)，提供相關(guān)的CAD和CAM功能，并沒有提供模具設(shè)計(jì)和數(shù)控編程所需的專業(yè)功能。NX軟件給用戶提供了豐富的開發(fā)接口，用戶能在此基礎(chǔ)上開發(fā)專業(yè)的CAD和CAM功能。軟件二次開發(fā)模塊（UG/Open）以開發(fā)性架構(gòu)面向不同的軟件平臺(tái)提供靈活的開發(fā)支持，從而讓開發(fā)者可針對(duì)模具制造開發(fā)出功能強(qiáng)大、適合自己使用的模具智能制造系統(tǒng)。此外還提供了后置處理開發(fā)模塊（UG/GPM、UG/POST）、車間工藝文檔開發(fā)模塊（UG/ShopDoc）和知識(shí)融合（UG/KF）等。

3 UG/Open二次開發(fā)流程

UG/Open是一系列UG開發(fā)工具的總稱，它主要由MenuScript（菜單腳本語言）和UIStyler（對(duì)話框設(shè)計(jì)）、API（應(yīng)用程序接口）和Grip（圖形交互程序）4個(gè)組件組成。

（1）UG/Open MenuScript 一種定義菜單的腳本語言，以關(guān)鍵字來表示菜單的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。用戶創(chuàng)建或修改菜單文件（*.men，純文本格式），即可很方便地定義、修改UG界面的主菜單、快捷菜單及菜單項(xiàng)的響應(yīng)動(dòng)作（action），action需要在UG啟動(dòng)時(shí)注冊(cè)方可使用。

（2）UG/Open UIStyler UG提供的對(duì)話框設(shè)計(jì)模塊UIStyler，可快速得到具有文本、按鈕和列表等控件的UG風(fēng)格的對(duì)話框。但同目前流行的Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具相比，UIStyler包含的控件太少，且不能使用windows的豐富資源，有很大的局限性。

（3）UG/Open API 又稱User Function，是UG提供給外部應(yīng)用程序的接口，由一系列函數(shù)和過程組成，是UG二次開發(fā)的關(guān)鍵。通過在C/C++程序中調(diào)用這些函數(shù)，能在UG主界面中創(chuàng)建交互式界面，并調(diào)用UG內(nèi)部的操作。

（4）UG/Open Grip UGNX自帶的一種圖形交互編程語言，有其完整的語法規(guī)則、程序結(jié)構(gòu)和內(nèi)部函數(shù)，受其語法、結(jié)構(gòu)的影響，適合做一些小型的、簡(jiǎn)單的程序開發(fā)，往往把它作為API的一種補(bǔ)充。

在UG的二次開發(fā)過程中，上述4個(gè)組件往往需要組合使用，調(diào)用關(guān)系如圖2所示。

圖 2 UG/Open 4大組件調(diào)用關(guān)系

3.1 MFC的UG/Open API動(dòng)態(tài)鏈接庫的二次開發(fā)流程

MFC（Microsoft Foundation Class）是VC++的一個(gè)重要資源，這套由微軟開發(fā)的庫已經(jīng)成為設(shè)計(jì)窗口應(yīng)用程序的準(zhǔn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它包含了上百種事先用C++程序?qū)懞玫念?，將這些類組合起來，可以編寫功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。與UG/UIStyler界面設(shè)計(jì)技術(shù)相比，使用MFC的界面在布局上更為容易，控件更為豐富，修改調(diào)試更為靈活。UGNX開發(fā)環(huán)境沒有提供對(duì)MFC的支持，無法直接使用MFC的豐富資源。通過改變MFC DLL項(xiàng)目的程序結(jié)構(gòu)，成功地把MFC應(yīng)用到了UG的二次開發(fā)中，大大增加了UG二次開發(fā)的自由度。其CString、CDialog、CList等類的使用，極大地簡(jiǎn)化了二次開發(fā)的過程。其一般開發(fā)流程如下。

（1）創(chuàng)建項(xiàng)目文件 在VS2010/VC++里創(chuàng)建MFC DLL型項(xiàng)目文件，包括：.h頭文件、.cpp源文件、.def模塊定義文件和.rc資源文件等。

（2）項(xiàng)目屬性設(shè)置 在項(xiàng)目屬性里添加UG文件夾UGOpen、UGOpenPP為頭文件包含路徑，添加6個(gè)UG導(dǎo)入庫文件（*.lib）為附加庫依賴項(xiàng)。

（3）入口函數(shù)的設(shè)定 入口函數(shù)定義了UG以何種方式及何時(shí)加載動(dòng)態(tài)鏈接庫。UG提供了多種入口函數(shù)。

1）ufusr（用戶入口）：二次開發(fā)中最常用的入口方式，可通過菜單命令或工具條按鈕來加載，有3種不同的卸載方式：IMMEDIATELY、SEL_DIALOG（通過對(duì)話框卸載）和UG_TERMINATE（UG進(jìn)程終止時(shí)卸載）。

2）ufsta（自動(dòng)入口）：UG啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載，UG進(jìn)程退出時(shí)卸載。菜單項(xiàng)響應(yīng)動(dòng)作（actions）需要在此入口函數(shù)內(nèi)登記后方可被正常調(diào)用。

3）user exit（特定操作入口）：可以在UG執(zhí)行某一特定操作時(shí)轉(zhuǎn)而加載用戶程序，如新建文件、打開文件、CAM初始化等操作都有自己的入口函數(shù)，每個(gè)入口函數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)系統(tǒng)環(huán)境變量。

圖3所示是開發(fā)的UG文件管理系統(tǒng)的打開文件界面，其入口函數(shù)為ufget，建立對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量USER_RETRIEVE，指向生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件。這樣當(dāng)用戶在UG中點(diǎn)擊打開文件按鈕時(shí)，系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)鏈接庫中搜索并執(zhí)行ufget函數(shù)，出現(xiàn)圖3所示的界面，取代了UG自身的打開對(duì)話框。

圖3 UG文件管理系統(tǒng)界面

3.2 對(duì)話框設(shè)計(jì)

（1）利用MFC創(chuàng)建對(duì)話框類 在資源視圖里添加對(duì)話框資源，用對(duì)話框編輯器設(shè)計(jì)話框布局，最后使用ClassWizard（類向?qū)В﹦?chuàng)建對(duì)話框類，修改此類的源程序以實(shí)現(xiàn)對(duì)話框控件的功能。

（2）對(duì)話框的調(diào)用 在主程序中必須先調(diào)用宏AFX_MANAGE_ST，指明MFC對(duì)話框使用DLL本身的資源。常用的對(duì)話框分為模式和無模式兩種形式，其中模式對(duì)話框較簡(jiǎn)單，定義一個(gè)對(duì)話框類實(shí)例，并調(diào)用其成員函數(shù)DoModal()即可實(shí)現(xiàn)對(duì)話框功能；無模式對(duì)話框的使用更為靈活，可以在不關(guān)閉對(duì)話框的條件下直接調(diào)用UG提供的界面交互函數(shù)，其創(chuàng)建及銷毀較為復(fù)雜，需要調(diào)用CWnd::Create函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象、調(diào)用ShowWindow函數(shù)顯示對(duì)話框。

（3）源代碼編寫 在MFC、UG/Open環(huán)境中編寫源代碼，調(diào)試、編譯。加載設(shè)置：根據(jù)觸發(fā)方式的不同分為如下幾種情況。

1）UG啟動(dòng)時(shí)調(diào)用：將*.dll文件放到UG的STARTUP文件夾內(nèi)。

2）通過菜單按鈕調(diào)用：使用MenuScript語言編寫菜單文件（*.men），將*.men和*.dll文件放到STARTUP文件夾內(nèi)。

3）通過工具條按鈕調(diào)用：修改STARTUP文件夾內(nèi)用戶工具條文件（*.tbr），添加按鈕（button），并定義響應(yīng)動(dòng)作（actions），指向*.dll文件。

4）通過菜單命令（ctrl + U）調(diào)用：用戶需手動(dòng)加載*.dll文件。

5）UG執(zhí)行某一特定操作（user exit）時(shí)觸發(fā)：對(duì)應(yīng)一個(gè)入口函數(shù)、一個(gè)環(huán)境變量，將*.dll放入環(huán)境變量定義的路徑內(nèi)。

4 UG開發(fā)與智能化實(shí)例

（1）建立大梁落料沖孔模裝配的參數(shù)化設(shè)計(jì)模板 整理大梁模原始資料，總結(jié)出其典型斷面結(jié)構(gòu)，建立大梁主斷面的草繪圖，使用主參數(shù)和輔參數(shù)控制表達(dá)式來改變上下底板的大小和特征組。在UGNX軟件中事先使用參數(shù)化功能建立起上、下底板，上、下安裝座的通用三維模板，按功能將特征成組。按照設(shè)計(jì)規(guī)范建立起模具主要零件的裝配特征樹。使用開發(fā)的克隆程序，僅需輸入路徑和模具號(hào)即可完成一套新大梁模的模具主要部件的生成（見圖4），通過參數(shù)調(diào)整完成大梁模上底板、下底板、凸模固定座和凹模固定座4大鑄件的參數(shù)化實(shí)體設(shè)計(jì)，以及標(biāo)準(zhǔn)件裝配。

圖4 設(shè)計(jì)大梁模智能設(shè)計(jì)模塊

底板生成步驟：建立大梁主斷面的草繪圖→通過拉伸命令生成大梁上、下底板的基本實(shí)體→添加功能特征組，如導(dǎo)向部件、起吊部件、壓板槽特征組和加強(qiáng)筋組等完成參數(shù)化模板→手工修改添加其他特征，完成上、下底板設(shè)計(jì)。

（2）標(biāo)準(zhǔn)編程模板的建立 為了建立數(shù)控編程標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，減少出錯(cuò)的幾率，公司將多年積累的編程經(jīng)驗(yàn)，及各種成熟的加工方法、加工策略、參數(shù)等進(jìn)行固化，做成標(biāo)準(zhǔn)CAM模板，以便數(shù)控編程人員直接調(diào)用。圖5所示分別為泡沫編程模板、結(jié)構(gòu)編程模板和鋼模編程模板。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)編程模板

通過模板的調(diào)用，大大簡(jiǎn)化了數(shù)控編程人員的工作量，同時(shí)利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程，便于統(tǒng)一管理。

（3）孔加工數(shù)控編程系統(tǒng)的開發(fā) 如圖6所示，采用非模式屬性頁（MFC）的對(duì)話框界面，能對(duì)設(shè)計(jì)三維實(shí)體自動(dòng)進(jìn)行孔的檢測(cè)，包括孔的類型、大小、方向和位置等參數(shù)，并生成孔位列表，可以通過右鍵彈出菜單方式對(duì)孔信息進(jìn)行手工編輯，可自動(dòng)輸出孔位加工程序、孔位清單，實(shí)現(xiàn)了孔加工的自動(dòng)化編程，大大提高了孔加工數(shù)控編程的效率。

圖 6 孔加工數(shù)控編程系統(tǒng)

尤其對(duì)于大梁類沖孔模，孔非常多，數(shù)控編程的主要工作量是孔加工編程。軟件開發(fā)前只能靠人工來進(jìn)行孔類型、大小等參數(shù)的辨別，并通過手工選取生成程序，效率非常低。編程工具開發(fā)前進(jìn)行某項(xiàng)目大梁模編程，前后投入了3人，歷時(shí)1.5個(gè)月才完成數(shù)控編程任務(wù)。采用此工具，數(shù)控編程周期至少可縮短至原周期的1/6～1/5，質(zhì)量也得到了保障。

5 結(jié)束語

對(duì)MFC的UGNX二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行了深入的探討，同時(shí)提供基于UG/CAM的VC++編程開發(fā)實(shí)例：通過UGNX的開發(fā)接口調(diào)用內(nèi)部指令，由軟件自動(dòng)完成原本需要手工完成的工作。通過工具軟件的二次開發(fā)，大大降低了設(shè)計(jì)和數(shù)控編程人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了模具的工作效率及質(zhì)量，縮短了模具設(shè)計(jì)和數(shù)控編程的周期，極大地緩解了實(shí)際生產(chǎn)中任務(wù)重、工期緊的矛盾，實(shí)現(xiàn)了模具前期技術(shù)工作部分環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、規(guī)范化。

然而，與國(guó)外領(lǐng)先行業(yè)的智能化制造相比，軟件開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用仍有差距。在今后的工作中，針對(duì)模具智能化制造仍需進(jìn)一步的探索、開發(fā)，向模具作業(yè)流程的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化道路前進(jìn)，提升模具制造技術(shù)水平。