姚 震，陳耀偉，李金國，虞偉炳

(1. 臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000；2. 臺(tái)州市慧正軟件技術(shù)有限公司，浙江 臺(tái)州 318000;3. 浙江賽豪實(shí)業(yè)有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

0 引 言

模具模架作為注塑模具中最基礎(chǔ)也是最重要的組成部分，其使用貫徹到每副模具，在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中起著舉足輕重的作用，各類標(biāo)準(zhǔn)模架廣泛應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)制造中[1-2]。隨著市場(chǎng)需求的多樣化，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模架(如龍記集團(tuán)生產(chǎn)的大水口、標(biāo)準(zhǔn)細(xì)水口、簡(jiǎn)化細(xì)水口模架等)已難以滿足特定模具的設(shè)計(jì)要求，需要定制非標(biāo)準(zhǔn)模架對(duì)特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。為此，本文采用C++語言和NX 二次開發(fā)技術(shù)，并結(jié)合本地化EXCEL數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)管理開發(fā)了一款高效的自適應(yīng)模架設(shè)計(jì)工具。

1 總體方案

1.1 用戶需求

不同模架類型的組成結(jié)構(gòu)不相同，其所需要的參數(shù)也不相同。設(shè)計(jì)人員在操作頁面選擇模架類型和規(guī)格參數(shù)后，可通過后臺(tái)EXCEL數(shù)據(jù)表自行添加零件數(shù)據(jù)來調(diào)用不同的標(biāo)準(zhǔn)模架，同時(shí)可對(duì)生成的模架進(jìn)行完善修改。模架設(shè)計(jì)工具需符合以下條件[3-5]：(1)界面交互需要符合工程師的操作習(xí)慣，3D尺寸需要支持箭頭拖動(dòng)，便于選擇所需要設(shè)計(jì)模架的類型、規(guī)格，以及是否添加周邊零件等；(2)工程師在選擇模仁或AB板底面后，程序自動(dòng)獲取相關(guān)尺寸信息并通過后臺(tái)數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配對(duì)應(yīng)的模架，最后快速生成模架，或者手工選擇模架信息并生成模架；(3)模架生成完畢后，也可同時(shí)快速添加模架周邊零件；(4)能夠快速地將不需要的模架零件進(jìn)行刪除，對(duì)需要修改的模架及其他周邊零件進(jìn)行尺寸編輯；(5)可以按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際情況，向模架設(shè)計(jì)工具數(shù)據(jù)庫中添加或者更改模架標(biāo)準(zhǔn)和類型。

1.2 總體構(gòu)架

模架設(shè)計(jì)工具主要由三大部分構(gòu)成：用戶界面操作模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、UDO顯示模塊。首先，用戶操作界面時(shí)，程序通過讀取EXCEL文件將獲取的模架信息進(jìn)行字符串處理以及表達(dá)式計(jì)算,并將處理后的信息記錄到C++模架信息自定義類中,再將參數(shù)傳入到對(duì)應(yīng)的NXOpen API函數(shù)接口，生成對(duì)應(yīng)的UDO線框和對(duì)應(yīng)的模型。其基本流程如圖1所示。

圖1 模架設(shè)計(jì)工具總體結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)總體結(jié)構(gòu)圖及結(jié)合需求分析，設(shè)計(jì)完善模架設(shè)計(jì)工具的各個(gè)功能，其主要操作流程如圖2所示。

圖2 模架設(shè)計(jì)工具各功能操作流程

2 方案實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 技術(shù)路線

模架設(shè)計(jì)工具通過C++面向?qū)ο蟪绦?，設(shè)計(jì)并調(diào)用NXOpenAPI內(nèi)部接口函數(shù)來實(shí)現(xiàn)注塑模模架的參數(shù)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程主要分為3個(gè)階段:(1)歸納總結(jié)不同模架的幾何特征，并為此建立三維模型；(2)通過EXCEL表建立各個(gè)零部件三維模型參數(shù)表達(dá)式與模型的聯(lián)系。(3)借助NX 的Menu Script和BlockUI設(shè)計(jì)建立自己的菜單按鈕及命令UI界面，最后生成對(duì)應(yīng)的程序來完成對(duì)模架三維模型的生成和更新。參數(shù)化設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

2.2 開發(fā)環(huán)境配置

1) 激活開發(fā)路徑。NXOpen提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)的工具添加文件，首先在$NX_BASE_DIRNXIImenus中找到系統(tǒng)路徑定義的custom_dirs.dat文件，該文件在后續(xù)命令腳本使用中起關(guān)鍵性作用。打開custom_dirs.dat文件，向其中添加工程路徑D:sayMoldV5.0，當(dāng)用戶在點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)命令時(shí)NX會(huì)從程序路徑中找到所要執(zhí)行的對(duì)應(yīng)命令進(jìn)行執(zhí)行。

圖3 NX 二次開發(fā)程序設(shè)計(jì)流程

2) 程序目錄制作。在D:SayMoldV5.0下新建一個(gè)子文件夾application來存放對(duì)應(yīng)程序所需要的對(duì)話框界面文件*.dlx和需要用的圖片。再新建一個(gè)名稱為startup的文件夾用來存放啟動(dòng)對(duì)應(yīng)版本NX程序的啟動(dòng)文件*.dll與菜單文件*.men。startup文件夾中的dll可以在NX啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載，通過自動(dòng)加載來判斷當(dāng)前打開的NX版本號(hào)，調(diào)用NX文件夾下存放各個(gè)版本NX需要的dll來實(shí)現(xiàn)NX版本通用。database文件夾中用來放置所需的三維模型數(shù)據(jù)文件*.prt，而注塑模模架參數(shù)化設(shè)計(jì)用到的參數(shù)信息存放在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件*.xls中。程序目錄結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 目錄結(jié)構(gòu)

3) NX版本與對(duì)應(yīng)的Visual Studio配置如圖5所示。以NX10.0配置為例，對(duì)Visual Studio 2012進(jìn)行環(huán)境配置，將附加包含目錄和附加庫目錄指定到對(duì)應(yīng)程序的SiemensNX10NXOPEN，向附加依賴項(xiàng)中添加對(duì)應(yīng)的靜態(tài)鏈接庫。

圖5 NX對(duì)應(yīng)的VS版本

2.3 用戶操作模塊

為了保證用戶即便在不熟悉工具且不具備足夠經(jīng)驗(yàn)的情況下也可以快速入手并快速完成模架的設(shè)計(jì)，模架設(shè)計(jì)工具采用了NX自帶的Menu Script及BlockUI輔助開發(fā)工具來實(shí)現(xiàn)用戶操作交互模塊的程序設(shè)計(jì)[6]。

1) 模架設(shè)計(jì)工具的導(dǎo)航菜單。NX二次開發(fā)的應(yīng)用程序要與NX無縫對(duì)接，一般需要在NX中創(chuàng)建菜單和功能按鈕以便用戶點(diǎn)擊使用。通過具有特殊語法的特定腳本語言Menu Script編寫的*.men 文件來實(shí)現(xiàn)模架設(shè)計(jì)工具主菜單和子菜單，促使設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序可以全部集成到 NX 中，并和NX 命令做有效銜接，如圖6所示。

圖6 模架設(shè)計(jì)工具的菜單欄

圖7是部分模架設(shè)計(jì)工具的主菜單源程序。關(guān)于Menu Script的語法，可以通過查看幫助文檔，也可以通過參考程序目錄“%UGII_BASE_DIR%UGIImenus”中的*.men相關(guān)的文件來學(xué)習(xí)。

圖7 模架設(shè)計(jì)工具的菜單程序

2) 用戶界面控件。為了達(dá)到良好的用戶交互體驗(yàn)，并本著界面簡(jiǎn)潔的原則，在設(shè)計(jì)界面上集成了兩個(gè)屬性頁。第一頁為重點(diǎn)關(guān)注參數(shù)的選項(xiàng)列，第二頁為詳細(xì)參數(shù)的表達(dá)式列。用戶界面設(shè)計(jì)完成后產(chǎn)生的*.hpp頭文件、*.cpp源文件和*.dlx對(duì)話框框架文件將各自放在對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)用戶目錄下，方便后期程序設(shè)計(jì)。

模架設(shè)計(jì)工具用戶界面如圖8所示。設(shè)計(jì)人員可以選擇對(duì)象分析數(shù)據(jù)，也可以設(shè)置模架到部件原點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)建模架，此處選擇的對(duì)象可以是產(chǎn)品、模仁，或者A板、B板底面，所有選擇方式可后期通過EXCEL表格自定義配置。如選擇產(chǎn)品可自動(dòng)分析產(chǎn)品的大小來確定模仁大小，并調(diào)用相應(yīng)的模架；如選擇模仁自動(dòng)獲取上下模仁的總長、總寬、總高分析出適合的模架；如選擇A板、B板底面，通過分析底面大小調(diào)用對(duì)應(yīng)的定模部分或者動(dòng)模部分。

2.4 模架模型建立

由于注塑模具中模架的標(biāo)準(zhǔn)和類型繁多，可以按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通過EXCEL數(shù)據(jù)表添加想要的零件進(jìn)行自定義模架，如是否添加限位柱、垃圾釘、支撐柱、鎖模塊、方導(dǎo)柱等，同時(shí)可自定義是否創(chuàng)建螺絲，添加螺絲刻字、模架刻字，以適用于不同公司、不同產(chǎn)品的模架。在模架三維模型的生成過程中，采用NX自身的參數(shù)化造型技術(shù)，通過數(shù)據(jù)的輸入來驅(qū)動(dòng)模型，驅(qū)動(dòng)完畢后再利用WAVE技術(shù)將裝配體裝配到當(dāng)前顯示部件[7]，相比較于NX自帶模塊的注塑模向?qū)е荒苎b配模式下創(chuàng)建有很大的優(yōu)勢(shì)。模架設(shè)計(jì)工具創(chuàng)建的模架可以在裝配和非裝配兩種模式下進(jìn)行創(chuàng)建,裝配模式下調(diào)用生成的模架具有參數(shù)組件,非裝配模式下調(diào)用生成的模架是非參數(shù)實(shí)體,兩種模式下生成的模架后期都可進(jìn)行編輯。

圖8 用戶界面

2.5 模架模型參數(shù)配置

為了方便數(shù)據(jù)的管理及操作，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用EXCEL電子表格的形式進(jìn)行存放。模架設(shè)計(jì)中，當(dāng)選擇模仁時(shí)，程序自動(dòng)分析模仁大小，然后根據(jù)模仁數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)表中查找到相應(yīng)的模架類型，再到下級(jí)數(shù)據(jù)表中獲取所選模架的全部信息，也可通過實(shí)際的界面修改想要的參數(shù)，注塑模模架主要參數(shù)如表1所示。

表1 模架參數(shù)配置表

2.6 模架模型生成

根據(jù)上述配置獲取模架信息，通過NX UDO技術(shù)[8-9]生成預(yù)覽線框，如圖9所示，通過線框顯示速度相對(duì)于以往的實(shí)體預(yù)覽有很大提升,通過關(guān)鍵尺寸位置的顯示可以更好地選擇模架的位置和模架的大小參數(shù)，關(guān)鍵尺寸可以通過NX自帶的箭頭拖動(dòng)。

圖9 線框預(yù)覽模架

通過界面選擇相應(yīng)的模架參數(shù)后，生成對(duì)應(yīng)模架如圖10所示。

2.7 模架的刪除與編輯

當(dāng)生成的模架不符合要求時(shí)，就要將其刪除，在裝配模式下可以通過刪除模架組件進(jìn)行刪除，在非裝配模式下可以通過組刪除進(jìn)行快速刪除。

模架設(shè)計(jì)工具可以在裝配模式和非裝配模式下進(jìn)行參數(shù)編輯，選擇創(chuàng)建的模架或者模架中的零件就可驅(qū)動(dòng)模架及其他模架零件的參數(shù)表達(dá)式，從而重新生成相應(yīng)的NX UDO，再次通過對(duì)話框界面選擇參數(shù)或者通過箭頭拖動(dòng)來調(diào)整模型規(guī)格，確認(rèn)后生成模架實(shí)體。

圖10 模架三維圖

3 應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)以一套中等大小的LKM模架為例，采用普通標(biāo)準(zhǔn)模架工具(圖11)和非標(biāo)模架設(shè)計(jì)工具 (圖12)分別進(jìn)行模架設(shè)計(jì)，并對(duì)比兩者的生成時(shí)間。普通標(biāo)準(zhǔn)模架只有板類零件沒有其他周邊零件，而自定義非標(biāo)模架可以自行添加模架周邊零件，例如四面方導(dǎo)柱、模具站腳、頂出限位柱、定位圈、頂出延長塊、面針板彈簧等,也可對(duì)模架固定板類進(jìn)行對(duì)應(yīng)字碼的刻字。普通標(biāo)準(zhǔn)模架無法自行添加零件，而模架設(shè)計(jì)工具可自行添加零件到模架中，后期可通過參數(shù)控制位置和零件尺寸。非標(biāo)模架相對(duì)于普通標(biāo)準(zhǔn)模架做了更多的擴(kuò)充，隨著零件的增加，設(shè)計(jì)一套模架的時(shí)間也大大減少。

圖11 普通標(biāo)準(zhǔn)模架工具生成的模架

圖12 模架設(shè)計(jì)工具生成的模架

對(duì)比了兩種相同模架規(guī)格、不同模架設(shè)計(jì)工具生成模架的數(shù)據(jù)時(shí)間(參考值)，如表2所示。

表2 模架設(shè)計(jì)時(shí)間對(duì)比

4 結(jié) 語

模架設(shè)計(jì)工具結(jié)合了最新開發(fā)的BlockUI設(shè)計(jì)的程序，可對(duì)不同客戶、不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自定義組合設(shè)計(jì)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的設(shè)計(jì)，做到快速響應(yīng)。模架設(shè)計(jì)工具創(chuàng)建的模架可以在裝配和非裝配兩種模式下進(jìn)行創(chuàng)建，并通過UDO技術(shù)實(shí)現(xiàn)了線框預(yù)覽功能，設(shè)計(jì)效率得到大大提高。

以龍記集團(tuán)設(shè)計(jì)的模架為例，通過與普通標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計(jì)工具對(duì)比，驗(yàn)證了所開發(fā)的模架設(shè)計(jì)工具能有效縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。