汽車保險杠模具標準化設計軟件的研發

陸 兵

(1.常州輕工職業技術學院，江蘇 常州 213164;2.常州眾研科技發展有限公司，江蘇 常州 213003)

0 引言

現代汽車保險杠蒙皮系統一般都采用塑料或復合材料［1］。對于汽車保險杠注塑模，無論是技術難度還是價格，在汽車用塑料內外飾件注塑模中都占有舉足輕重的地位［2］。模具產品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產向著精準、高效、數字化的方向發展［3］。

目前企業采用的通用設計軟件和設計過程均不足以應對新的挑戰。模具設計人員的專業知識和軟件應用水平也參差不齊。即使設計功能相同的零件，設計人員也會根據自己的設計風格創建不同尺寸、形狀的零件。大多數公司使用的模具設計軟件比較繁雜，沒有統一的標準平臺［4］。而且，由于設計過程的時序性以及需要在各個階段轉換數據，設計周期過長，發生質量事故概率較高。為了使模具設計過程標準、精確、簡單、可控和高效［5］，本文為常州某模具有限公司開發了汽車保險杠模具標準化設計軟件。

1 模具設計的標準化

注塑模具設計標準化就是在模具設計過程中運用統一、簡化、協調和優選的原則來實現零部件的通用化、標準化、規格化、系列化和模塊化［6］。標準化包括標準的軟件環境和模具計算機輔助設計標準化。標準的軟件環境包括計算機軟件界面的標準化、計算機軟件環境的標準化、標準的圖框。模具計算機輔助設計標準化包括標準件圖庫、標準參數、標準結構［7］。

汽車保險杠蒙皮模具屬于注塑模具［8］，注塑模具中相似零件的種類和數量占絕大多數，而且模具設計是一個經驗性很強的工作，在設計中對相似結構的參考和借鑒是非常有益的，也是必需的，標準化設計正可以滿足這種要求。

2 業務模塊設計

依據汽車保險杠模具標準化設計需求，將軟件劃分為:基礎環境模塊、實體建模模塊、制圖模塊、注塑模設計模塊和參數化標準件模塊。

1)基礎環境模塊。

用于打開存檔的文件、創建新文件、存儲更改的文件，同時支持用戶改變顯示部件、分析部件、調用幫助文檔、使用繪圖機輸出圖紙等。

2)實體建模模塊。

主要用于產品部件的三維實體特征建模。它不但能生成和編輯各種實體特征，還具有豐富的曲面建模工具，可以自由地表達設計思想，創造性地改進設計，從而獲得良好的造型效果和造型速度。

3)制圖模塊。

從已經建立的三維模型自動生成平面工程圖，也可以利用曲線功能繪制平面工程圖。有自動視圖布置、剖視圖、各向視圖、局部放大圖、局部剖視圖、尺寸標注、形位公差、表面粗糙度符號標注、支持國家標準、標準漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視、爆炸圖和明細表自動生成等工具。

4)注塑模設計模塊。

模塊提供了整個模具設計流程，包括產品裝載、排位布局、分型、模架加載、澆注系統、冷卻系統等。

5)參數化標準件模塊。

提供保險杠注塑模具標準件的查詢、生成、調用，標準件的添加、修改、統計等維護。

3 軟件設計與開發

3.1 總體技術方案

本項目之前，企業直接使用Siemens PLM Software公司數字化產品開發系統UGNX［9］設計汽車保險杠注塑模具。UGNX具有較強的通用性，但是UGNX的通用性不能完全滿足專用性設計需要［10］。所以，本文的總體技術方案是采用.NET技術開發出在技術層面符合UGNX插件接口標準的所有業務模塊，這些模塊以插件的方式運行在UGNX平臺上(如圖1所示)。每個業務模塊都包含菜單、工具欄、對話框、業務功能。

圖1 軟件總體結構

3.2 軟件開發技術

UGNX 軟件提供了 MenuScript、UIStyler、GRIP 和API等二次開發工具集［11-12］。本文使用 MenuScript創建和編輯所需菜單、工具欄、自定義UGNX菜單項，使用UIStyler開發人機交互界面［13］，運用API重新組合通用CAD功能并派生出新的專用業務功能。

軟件開發方法:首先采用MenuScript設計好菜單文件，采用UIStyler設計用戶界面，用VS 2005創建本項目工程，將用戶界面模板文件添加到工程中，在工程中添加類，編譯鏈接生成UGNX可以直接調用的DLL文件。

1)菜單設計。

以參數化標準件為例。新建StandardPart.men文件，添加符合結構的代碼(效果如圖2所示)，文件存放于startup。

圖2 標準件管理菜單

2)對話框設計。

以倒圓角界面為例。單擊NX的【Application】-【UserInterface Styler】進入UG/OpenUIStyler可視化界面，設計界面如圖3所示。

圖3 倒圓角對話框

對話框關鍵VB.Net代碼:

這個對話框有 Chamfer.vb和 Chamfer.dlg兩個文件，最后將生成的Chamfer.dll復制到application。

3.3 參數化標準件設計

在汽車保險杠模具設計過程中要大量使用到如內六角螺絲等各種零件，這其中又有很多零件會在同一副模具中重復使用。所以，對這些零件進行標準化管理和標準化使用是軟件必須要滿足的需求之一［14］。

首先對汽車保險杠模具用到的零件分類為:固定件、滑塊系列、斜頂系列、模架組件、水路等大類［15］，然后再構建標準件庫。這樣，這些零件就以標準件的形式供用戶使用。標準件庫的建立方法主要有:電子表格法、關系表達式法、用戶自定義特征法、知識熔接法和程序法［16］。

本文所建立的標準件庫存儲標準件參數化模板。參數化模板完整表示了標準件特征的各個參數及相互之間的關系［17］。調用時，只需選擇所需標準件規格參數，標準件規格參數驅動標準件模板程序在圖檔中動態生成標準件。

標準件參數化模板符合關系模式并且數據量小，所以本文采用Access數據庫存儲標準件特征參數。

下面以內六角螺釘的設計過程說明參數化標準件設計思想。

1)標準件描述。

零件名稱:內六角螺釘;零件代碼:S1;規格(M)X(L)，M是螺紋大小，L是5的倍數，L表示長度。

2)標準件特征參數。

內六角螺釘特征參數有H、dh、dk和D等(如圖4所示)。其中，L長度值取決與操作者輸入2點之間的距離，L=輸入2點之間的距離+1.5M。程序判斷生成的L值是否超出此型號數據庫里L值范圍，如果超出L值范圍，程序提示“L長度超出范圍是否繼續”，如果點擊 YES，表示繼續，如果點擊 NO，表示stop。并且程序還需要判斷L值是否是5的倍數，如果不是則需要特殊處理:當2點距離L/5的余數大于3時，則輸出L=L+(5-余數)，當2點距離L/5的余數小于3時，則輸出L=L-余數。

圖4 標準件的標定

3)標準件規格設定。

內六角螺釘有多種規格，一個規格關聯一個元組(如表1所示)。

表1 標準件規格元組(部分)

4)標準件生成程序(關鍵代碼)及效果。

內六角螺釘標準件程序運行效果如圖5所示。通過運行程序對話框操作，用戶可實現標準件型號規格的選擇、單位選擇等操作。

圖5 標準件界面

4 模具設計實例

軟件使用的一般流程是:1)產品模型準備;2)裝載產品;3)設置模具坐標系;4)設置收縮率;5)設置模具型腔和型芯毛坯尺寸(工件);6)模具型腔布局;7)修補模型破孔;8)創建模具分型線;9)創建模具分型面(如圖6所示);10)創建模具型腔和型芯;11)建立模架;12)加入模具標準部件;13)設計澆口和流道系統;14)創建腔體;15)列出模具零件材料清單，創建模具二維裝配圖、零件圖。

圖6 保險杠模具分型面

5 結束語

對汽車保險杠模具標準化設計需求進行了分析，設計了業務功能模型。以通用模具設計平臺為基礎，結合參數化標準件設計技術和二次開發技術，開發了操作方便、設計效率高的汽車保險杠模具標準化設計軟件。在生產實踐中，該軟件很好地滿足了汽車保險杠模具標準化設計需要。

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