沖壓模具 - 蘭格鋼鐵網(wǎng)

1、  1 引言     隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，沖壓模具應(yīng)用的范圍越來越廣，如何提高沖壓模具加工的質(zhì)量和速度成為一個關(guān)鍵問題。實現(xiàn)沖壓模具的自動設(shè)計是解決這一問題的主要途徑之一，而對沖壓模具進(jìn)行自動裝配是自動設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。對零部件進(jìn)行自動裝配，可以大大提高沖壓模的設(shè)計效率和質(zhì)量。針對沖壓模而言，其裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系已經(jīng)確定，實現(xiàn)裝配的自動化也就是要實現(xiàn)參數(shù)化裝配設(shè)計。     SolidWorks是一套基于Windows的以參數(shù)化和特征建模的技術(shù)為幾何造型基礎(chǔ)CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)，它提供了幾百個API函數(shù)，

2、為使用VB/VC等高級語言對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)提供了便利。采用VB對SolidWorks進(jìn)行沖壓模自動裝配的二次開發(fā)，使零部件的裝配實現(xiàn)了參數(shù)化、自動化，大大方便了模具設(shè)計工程師對模具的設(shè)計和修改。     2 沖壓模的裝配設(shè)計方法     裝配體的零部件可以包括獨立的零件，也可以是其他的裝配體。裝配體的設(shè)計方法主要有3種：自下而上裝配、自上而下裝配和混合裝配。自下而上的設(shè)計方法是指先建立零件，再將其插入到裝配體，根據(jù)設(shè)計要求，將各個零件進(jìn)行配合。自上而下的設(shè)計方法是指從裝配體到零件的設(shè)計過程，即先產(chǎn)生一個裝配，建立裝配

3、結(jié)構(gòu)，逐步向下添加或設(shè)計新的幾何體?；旌涎b配是將以上兩種裝配混合運用的裝配方法。根據(jù)沖壓模具的特點，采用混合裝配方法，先采用自下而上的裝配方法將模具中的除緊固件以外的標(biāo)準(zhǔn)件和半標(biāo)準(zhǔn)件裝配起來，然后采用自上而下的方法將成形零件等非標(biāo)準(zhǔn)件和緊固件裝入裝配體中，把也就是從前期裝配起來的裝配體中將這些零件與前期裝配起來的裝配體的相交的部分裁剪掉，從而形成模具裝配體。     3 自動裝配的設(shè)計思路     沖壓模主要包含的零部件有：成形零件、定位零件、導(dǎo)向零件、固定零件、緊固零件、壓料裝置、卸料裝置和其他輔助結(jié)構(gòu)零件。這些零件中成形零件屬于非

4、標(biāo)準(zhǔn)件，導(dǎo)向零件和緊固零件屬于完全標(biāo)準(zhǔn)件，其余的大多數(shù)零件屬于半標(biāo)準(zhǔn)件。在進(jìn)行裝配之前，要完成非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計，其他零件要建立了相應(yīng)的零件庫，還要建立裝配關(guān)系數(shù)據(jù)庫，其中存放零件之間裝配特征。數(shù)據(jù)的存儲選擇了Acess數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。     零件裝配關(guān)系的自動確定是實現(xiàn)產(chǎn)品裝配自動化的重要環(huán)節(jié)。由于沖壓模具有典型的結(jié)構(gòu)，裝配關(guān)系可以采用規(guī)則庫的方式存儲起來，通過RRR（基于規(guī)則推理）技術(shù)來獲得沖壓模的裝配關(guān)系。     裝配順序是實現(xiàn)產(chǎn)品裝配自動化的重點研究內(nèi)容之一，合理的裝配順序可以提高模具的裝配效率。在系統(tǒng)中采用自外向里的裝配方式，將

5、模具的下模座作為基礎(chǔ)元件，依次加入與前面零件相連的零件，直到所有零件用完為止。零件由人工提供或通過CBR技術(shù)來進(jìn)行推理獲得，在裝入一個零件后，從裝配關(guān)系庫中推理得到該零件在裝配體中的裝配關(guān)系，通過SolidWorks中的API函數(shù)來對零件進(jìn)行定位。當(dāng)定位完成后裝入下一個零件。在裝配過程中，引入裝配層的概念，將下模座的層號設(shè)為0，與下模座相連的零件的層號設(shè)為1，依次類推，相連接的兩個零件中，層號小的零件稱為父零件層號大的零件稱為子零件。裝配過程如圖1所示。圖1 自動裝配過程的程序流程圖    4 自動裝配中的裝配特征     裝配特征是

6、用來描述零部件中參與裝配操作區(qū)域的信息單元，主要由裝配特征語義、幾何元素（裝配特征面集）、裝配特征坐標(biāo)系、配合特征、裝配公差內(nèi)容組成。信息單元是指裝配信息的屬性集合。裝配特征具有以下性質(zhì)：裝配特征都是成對出現(xiàn)的；裝配特征之間具有明確的運動關(guān)系和位置關(guān)系；運動關(guān)系和位置關(guān)系與特定的功能具有明確的對應(yīng)關(guān)系。     特征間的裝配關(guān)系通過特征中參與裝配的幾何要素來實現(xiàn)。不同特征在裝配時，特征間的裝配關(guān)系不同，限定的自由度數(shù)也不相等。常見的構(gòu)成裝配特征的幾何特征面有：平面、圓柱面、圓孔面、凸球面、凹球面、曲面、逆曲面等；構(gòu)成裝配特征的裝配配合類型主要有：重合、平行、垂直、

7、相切、距離、同軸心等。     構(gòu)成裝配特征的幾何特征之間存在確定的約束關(guān)系，如兩特征面的法線相反，曲面方程相同，相互之間在相對運動方式上存在確定的關(guān)系等。根據(jù)裝配約束關(guān)系，由裝配特征向幾何結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行映射的操作，建立具有該裝配約束關(guān)系的幾何特征對，其表示方法為：特征名稱<配合關(guān)系>特征名稱。比如：面面匹配的裝配特征planeplane進(jìn)行裝配特征映射，就是在該裝配特征面的位置上生成一對具有相同幾何特性的有向平面對，該平面對具有相反的法線方向。     5 參數(shù)化零件庫的建立     參數(shù)化設(shè)

8、計的目的就是通過尺寸驅(qū)動方式在設(shè)計或繪圖狀態(tài)下靈活的修改圖形，提高設(shè)計效率。參數(shù)化設(shè)計通常是指軟件設(shè)計者為圖形設(shè)計及修改提供一個軟件環(huán)境，工程技術(shù)人員在這個環(huán)境下所繪制的任意圖形可以被參數(shù)化，修改圖中的任一尺寸，均可實現(xiàn)尺寸驅(qū)動，引起相關(guān)圖形的改變。     在SolidWorks環(huán)境下生成零件的方法是：先建立零件造型的模板文件，將零件的參數(shù)存放在一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)輸入零件的關(guān)鍵尺寸后，通過對數(shù)據(jù)庫的檢索查詢出所要零件的相關(guān)尺寸，利用模板文件重新建模。在實現(xiàn)時，利用ModelDocExtension：SelectByID方法選擇零件所要修改的尺寸，通過Mode

9、lDoc：Parameter屬性來改變選擇尺寸的數(shù)值，當(dāng)所有尺寸修改完成后使用ModelDoc2：EditRebuild方法來重新建立零件。最后為了在裝配時方便選擇，還要在生成的零件上添加相關(guān)的裝配基準(zhǔn)。     對于沖壓模來說，除了零件成形部位外，其他零部件的形狀改變很少，通常只需要采用類比設(shè)計或改變一些關(guān)鍵尺寸就可以得到新的系列化設(shè)計結(jié)果。這也就為實現(xiàn)沖壓模設(shè)計的自動化、智能化提供了前提。    6 基于SolidWorks的自動裝配的實現(xiàn)     6.1 創(chuàng)建裝配文檔   

10、60; 在創(chuàng)建裝配文檔之前，首先是建立應(yīng)用程序與SolidWorks的連接，就是建立二者之間的通信和控制關(guān)系，然后獲得當(dāng)前活動文檔，使用NewDocument方法創(chuàng)建新的裝配文檔。在程序中，SolidWorks程序就是一個Application程序?qū)ο螅梢酝ㄟ^VB提供的CreateObject方法創(chuàng)建二者之間的連接。具體的方法如下：     建立與SolidWorks的連接：Set swAPP=CreateObject（“SldWorks.Application）     獲得當(dāng)前文檔：Set part-swAPP.ActiveDo

11、c     創(chuàng)建新裝配文檔：Set part=swAPP.NewDocument（templateName，paperSize，width，height）     其中templateName是創(chuàng)建新文件時的模板名，paperSize是紙的尺寸（ 通常為0），width和height分別為紙的寬和高（通常為0#）。     6.2 與數(shù)據(jù)庫的連接     在模具的裝配過程中有許多裝配特征，采用數(shù)據(jù)庫的方式將這些裝配特征存儲起來形成裝配關(guān)系知識庫。裝配過程中組件和組件之間的配合

12、關(guān)系通過對該知識庫的查詢獲得。在應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)庫采用Acess2000，應(yīng)用程序采用ADO的方式讀取數(shù)據(jù)庫。ADO（ActiveX Data Object）技術(shù)是由Microsoft公司開發(fā)的最新的數(shù)據(jù)訪問接口技術(shù)，ADO是建立在OLEDB之上的高層數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)。ADO數(shù)據(jù)訪問接口讓程序設(shè)計者簡單地創(chuàng)建幾個對象便可以連接數(shù)據(jù)來源、獲取所需的數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問后的保存操作。ADO對象模型定義了一個可編程的分層對象集合，主要由3個對象成員Connection（用來建立與數(shù)據(jù)源的連接）、Command（用來在數(shù)據(jù)源中添加、刪除和更新數(shù)據(jù)，或在表中查詢數(shù)據(jù)）和Recordest（用來代表記錄集，是基

13、于某個連接的表或Command對象的執(zhí)行結(jié)果）。具體的方法如下：     Dim con As ADODB.Connection     Set con=CreateObject（“ADODB.Connection”）創(chuàng)建Connection對象，建立與數(shù)據(jù)源的連接     con.Open“peovider=msdasq1;datasource=裝配關(guān)系.mdb”打開裝配關(guān)系數(shù)據(jù)庫     Dim rst As ADODB.Recordest   

14、60; Set rst=New ADODB.Recordest創(chuàng)建Recordest對象     Set rst.ActiveConnection=con     rst.CursorLocation=adUseClient     rst.Open“select*form 裝配關(guān)系”，con，adOpenStatic，adLockBatchOptimistic 打開“ 裝配關(guān)系”表     data=rst（i） 將當(dāng)前記錄的第i列的值賦值給data變量  

15、60;  rst.MoveNext移動指針     6.3 增加新的組件     在創(chuàng)建了新的裝配體文檔后，就是向此裝配體中添加組件，先調(diào)用SldWorks：OpenDoc6方法打開所要添加的組件，再調(diào)用AssemblyDoc：AddComponent2方法來把這個組件放入裝配環(huán)境中，采用ModelDocExtension：SelectByID方法來選擇要進(jìn)行匹配的特征，當(dāng)匹配特征選好之后通過AssemblyDoc：AddMate方法來增加組件之間的配合關(guān)系，依次將組件間的匹配關(guān)系添加到裝配環(huán)境中后組件便可以固定。這些函數(shù)的

16、使用方法為：     打開組件：retval=SldWorks.OpenDoc6（filename，type，options，configuration，&Errors，&Warnings）     其中filename為所要打開的文檔名，type打開文檔類型，options為打開方式，configuration為打開文檔的樣式，函數(shù)返回所打開文檔的指針。     增加組件：swCompenent為返回后的組件，compName為零件或部件的全名（包括路徑），x，y，z為組件中心在裝配環(huán)境

17、中的坐標(biāo)。     其中Name為選擇的對象名或空字符串，Type為對象類型或空字符串，X，Y，Z為對象的坐標(biāo)或0，Append說明是否為追加選擇，Mark是標(biāo)記，Callout是相關(guān)聯(lián)的草圖的指針（一般為Nothing）。     增加配合：void AssemblyDoc.AddMate（mateType，align，flip，dist，angle）     其中mateType為配合的匹配類型，align為配合的對齊類型，flip為配合的配合方向，dist配合時的距離值，angle配合時的角度值。

18、    6.4 裝配特征的存儲和檢索     裝配特征如何存放是實現(xiàn)自動裝配的一個關(guān)鍵問題，合理的存儲形式可以使自動裝配實現(xiàn)起來更為方便。在程序設(shè)計時裝配關(guān)系存儲采用數(shù)據(jù)庫來存放，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)見圖2所示，其中零件名稱是指要進(jìn)行裝配的零件，匹配對象1是指裝配時子零件上用來進(jìn)行匹配的對象名，匹配零件是指裝配體中原來存在的零件，也即要裝入零件的父零件，裝配對象2是指裝配時父零件上用來進(jìn)行匹配的對象名，匹配關(guān)系是指裝配中的匹配類型對應(yīng)中的mateType，對齊關(guān)系是指裝配中對齊類型對應(yīng)AddMate中的align，匹配方向與AddMate中的flip對應(yīng)，匹配尺寸1與匹配尺寸2分別對應(yīng)AddMate中dist和angel。