一種快速準確的CAD車輪液鍛模具設計系統

李全軍，劉文中

(1. 淮南職業技術學院 機電工程學院，安徽 淮南 232001； 2.安徽理工大學 地球與環境學院，安徽 淮南 232001)

隨著我國科學技術水平的不斷提高，模具行業快速成長，即使在2008年經濟危機的沖擊下，依舊保持了一個快速增長的勢頭[1-3]，而基于CAD設計開發技術亦隨之應運而生，并且在近兩年快速發展，此項技術大大提高了設計效率，由于基于二次開發過程的CAD技術可在設計階段對模具加工過程中所出現的問題進行預測分析，提高了模具加工效率，縮短了模具加工周期，直接降低了生產加工模具所消耗的成本。而目前國內外大多數學者將研究熱點集中在了傳統的沖壓模具或者是吹塑模具方面，而對于近年來新興的鍛壓液態模具的研究鮮見報道，因此基于CAD液鍛模具設計技術還處于初級階段，以5°汽車深槽輪輞為設計對象，基于Pro/E所具有的二次開發功能聯合CAD液鍛車輪模具設計技術，得到一種快速準確的CAD車輪液鍛模具設計系統，此系統的提出，可大大減少液鍛模具的設計周期以及在加工之前即可完成對各個零件以及鑲塊進行裝配調試，提前發現問題，即能夠為液鍛模具加工工藝提供理論參考。

1 液鍛模CAD設計系統開發技術路線

基于CAD模具設計技術對液鍛模具進行系統設計，可根據不同汽車結構的實際需求，快速準確規范地設計出車輪液鍛模具[4-6]，并且在設計完成時即可得到汽車輪液鍛模具的各類制造加工工藝所需的參數?；贑AD二次開發液鍛模設計流程如圖1所示。

圖1 參數化設計過程

2 Pro/E二次開發關鍵技術

2.1 參數化模型設計技術

5°深槽汽車輪輞液鍛?？傃b圖如圖2(a)所示[7-8]，為了能清晰描述液鍛模結構，輪輻截面圖如圖2(b)所示，在基于CAD液鍛模具設計技術對汽車輪輞模具進行設計開發過程中，結合圖1給出的設計流程，應先對汽車輪輞的結構進行分析、拆解，具體細化到每一個組成零件或是鑲塊的參數設計，亦包含液鍛模的推出機構的參數設計，再將各個子零件/鑲塊的參數進行匯總，即可得到符合實際需要的整體車輪輪輞的液鍛模的設計規格，實現對此類模具的快速準確設計。

圖2(a) 車輪液鍛模模具結構圖 圖2 (b) 輪輞的幾個主要名稱及位置

此類模具設計所用到的兩種設計方法如下：

(1)利用軟件提供的“參數”及“關系”指令：在Pro/E中選擇“參數”指令，結合國家標準(GB/T3487-2005)中規定的車輪輪輞尺寸、工藝參數，并將其設定為可變參數，具體實現過程；選擇“關系”指令，即可在Pro/E軟件中將各個子零件/鑲塊的尺寸參數與實際需要的汽車車輪輪輞模具尺寸聯合起來，即可實現軟件參數庫與實際車輪模具建立必要的關聯。只需為設計人員提供基本的車輪尺寸，其即可在軟件庫中調用各類適用的零件進行組合裝配再生設計，大大降低了設計人員的工作量。

(2)幾何復制：使用Pro/E軟件中的“外部復制幾何”指令，可將車輪輪輞實際三維圖的型面復制，直接形成液鍛凸、凹模型面，利用“關系”指令對復制過來的型面進行重生，得到輪輞模具的三維零件圖。如果輪輞尺寸發生改變時，設計人員只需改變其參數尺寸或是從零件庫中調用適合的零件模型進行裝配設計即可，大大提高了設計效率。

2.2 開發環境、工具及程序的連接技術

經過工作實際驗證分析，VC++開發語言可以較好地與CAD系統進行融合，構建出汽車車輪輪輞設計系統，而開發工具選用Pro/E軟件下的TOOLKIT指令，CAD液鍛模設計系統數據庫采用微軟自帶的Access軟件建立[9]，便捷的二次CAD開發系統的關鍵技術即是在VC++構建的系統開發環境中，基于編制的程序將數據庫與所用的開發軟件有機結合起來，形成一個可以快速存儲調用的一個有機整體。ODBC體系構架如圖3所示。

圖3 ODBC體系架構示意圖

2.3 用戶操作界面設計技術

車輪輪輞CAD液鍛模設計系統操作界面是在VC++編程開發環境下，利用C++匯編程序實現的，通過C++編程語言將Pro/E軟件下的TOOLKIT指令進行連接，其主要由系統選項以及彈出的對話框兩類組成，操作界面指令體系樹[10]如圖4所示。

圖4 液鍛模CAD系統操作界面指令

2.3.1 CAD系統菜單創建

圖5為二次開發后在Pro/E軟件中所顯示出的本液鍛模CAD系統菜單。具體實現步驟如下所述：

圖5 CAD系統總體結構圖

第一步：在View.h里的public:下定義變量：CString str;

在View.cpp的構造函數里將變量值賦空：str=“ ”;

第二步：將5°汽車輪輞系列液鍛模CAD系統的子菜單“車輪液鍛模工作零件CAD模型”的ID標識符ID_SD_YT_PL映射到視圖類View里：

例如：ProCmdActionAdd("5°汽車輪輞系列液鍛模CAD系統",其具體實現如下所述：

void CMyView::OnSdYtPl()

{ str=“車輪液鍛模工作零件CAD模型”;

Invalidate();

}

2.3.2 CAD系統對話框創建

本液鍛模CAD系統中對話框的創建需要以下幾個步驟。

第一步，建一個單文檔的應用程序(或用例2.1程序)，名為：“5°汽車輪輞系列液鍛模CAD系統”建立菜單；

第二步，給菜單連接一個類。在快捷菜單中選中ClassWizard命令，首先彈出Adding a Class對話框(圖6),選擇Select an existing class項。

圖6 Dialog Properties 對話框

第三步,連接菜單和應用程序的主窗口。菜單IDR_MENU1連接了一個類，這只是表示該菜單可以調用程序中這個類的成員函數和成員變量。此時在應用程序的主窗口中仍然沒有顯示菜單，這是因為菜單還沒有和應用程序主窗口連接起來。

第四步，為命令按鈕生成消息處理函數：依次給ID_TIME_BUTTON、ID_SHOW_ BUTTON和ID_EXIT_ BUTTON三個命令按鈕，在CEX4_2Dlg類中映射BN_CLICKED消息的成員函數OnTimeButton、OnShowButton和OnExitButton。因這三個命令按鈕的功能與三個菜單項“時間”“顯示”和“退出”的功能完全一樣，故直接調用相應的菜單函數。程序清單如下粗體部分所示：

void CEx4_2Dlg::OnExitButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnExitMenu();

}

void CEx4_2Dlg::OnShowButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnShowMenu();

}

void CEx4_2Dlg::OnTimeButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnTimeMenu();

}

綜上，基于CAD對車輪輪輞液鍛模設計系統搭建完成，根據所選液鍛模模具尺寸類型，可以完成車輪輪輞液鍛模的各個零件以及鑲塊的尺寸參數進行設計，并可以為液鍛模生產加工工藝提供理論指導及技術支持，大大提高了車輪輪輞液鍛模設計效率，并提高了加工過程中的精確度。

3 CAD系統運行

若想將上述的CAD液鍛模設計系統在Pro/E環境下進行聯合設計，第一步應完成軟件注冊文件的編制，并生成.dat格式的文件，此文件文件名為registry file.dat，具體實現程序如下：

name WLFDCADsys

STARTUP DLL

exec_file E:WLFDCADsysDebugWLFDCADsys.dll

text_dir E:WLFDCADsysRelease ext

revision 24

allow_stop TRUE

end

此時，在Pro/E軟件中點擊“工具”菜單下的“輔助設計應用程序”指令，可對整個設計系統進行注冊、打開以及關閉等操作。打開Pro/E，菜單欄即可出現上述編制的CAD液鍛模設計系統的“5°汽車輪輪輞液鍛模CAD設計系統”菜單選項。設計人員即可對不同的汽車輪輪輞液鍛?？焖龠M行設計。例如，想要對液鍛模上下模進行設計時，可根據菜單指令選擇適當的CAD零件模型，完成相關的設計工作，如圖7所示。同理可得其他零件的設計步驟，最終得到整套液鍛模的總裝模型。

圖7 零件設計對話框

4 結語

在Visual C++構建的開發環境下，基于C++編程語言將Access數據庫和Pro/E軟件完美連接，較好地實現了利用CAD軟件對液鍛模進行二次開發設計等相關工作，此設計系統較之傳統設計具有快速、準確的優勢，亦可縮短液鍛模設計時間，改善設計人員的工作環境，并可為生產加工工藝提供管論參考，可以為模具設計及制造企業提供一定的理論指導。