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(lái)越廣，如何提高沖壓模具加工的質(zhì)量和速度成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)沖壓模具的自動(dòng)設(shè)計(jì)是解決這一問(wèn)題的主要途徑之一，而對(duì)沖壓模具進(jìn)行自動(dòng)裝配是自動(dòng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)零部件進(jìn)行自動(dòng)裝配，可以大大提高沖壓模的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。針對(duì)沖壓模而言，其裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系已經(jīng)確定，實(shí)現(xiàn)裝配的自動(dòng)化也就是要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化裝配設(shè)計(jì)。     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(gè)API函數(shù)，

2、為使用VB/VC等高級(jí)語(yǔ)言對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)提供了便利。采用VB對(duì)SolidWorks進(jìn)行沖壓模自動(dòng)裝配的二次開發(fā)，使零部件的裝配實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化、自動(dòng)化，大大方便了模具設(shè)計(jì)工程師對(duì)模具的設(shè)計(jì)和修改。     2 沖壓模的裝配設(shè)計(jì)方法     裝配體的零部件可以包括獨(dú)立的零件，也可以是其他的裝配體。裝配體的設(shè)計(jì)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(jì)方法是指先建立零件，再將其插入到裝配體，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將各個(gè)零件進(jìn)行配合。自上而下的設(shè)計(jì)方法是指從裝配體到零件的設(shè)計(jì)過(guò)程，即先產(chǎn)生一個(gè)裝配，建立裝配

3、結(jié)構(gòu)，逐步向下添加或設(shè)計(jì)新的幾何體。混合裝配是將以上兩種裝配混合運(yùn)用的裝配方法。根據(jù)沖壓模具的特點(diǎn)，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(lái)，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(lái)的裝配體中將這些零件與前期裝配起來(lái)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(dòng)裝配的設(shè)計(jì)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(jì)，其他零件要建立了相應(yīng)的零件庫(kù)，還要建立裝配關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，其中存放零件之間裝配特征。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)選擇了Acess數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。     零件裝配關(guān)系的自動(dòng)確定是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配自動(dòng)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(kù)的方式存儲(chǔ)起來(lái)，通過(guò)RRR（基于規(guī)則推理）技術(shù)來(lái)獲得沖壓模的裝配關(guān)系。     裝配順序是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配自動(dòng)化的重點(diǎn)研究?jī)?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(guò)CBR技術(shù)來(lái)進(jìn)行推理獲得，在裝入一個(gè)零件后，從裝配關(guān)系庫(kù)中推理得到該零件在裝配體中的裝配關(guān)系，通過(guò)SolidWorks中的API函數(shù)來(lái)對(duì)零件進(jìn)行定位。當(dāng)定位完成后裝入下一個(gè)零件。在裝配過(guò)程中，引入裝配層的概念，將下模座的層號(hào)設(shè)為0，與下模座相連的零件的層號(hào)設(shè)為1，依次類推，相連接的兩個(gè)零件中，層號(hào)小的零件稱為父零件層號(hào)大的零件稱為子零件。裝配過(guò)程如圖1所示。圖1 自動(dòng)裝配過(guò)程的程序流程圖    4 自動(dòng)裝配中的裝配特征     裝配特征是

6、用來(lái)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(yǔ)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(duì)出現(xiàn)的；裝配特征之間具有明確的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和位置關(guān)系；運(yùn)動(dòng)關(guān)系和位置關(guān)系與特定的功能具有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。     特征間的裝配關(guān)系通過(guò)特征中參與裝配的幾何要素來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同特征在裝配時(shí)，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(jiàn)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)，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(duì)具有相同幾何特性的有向平面對(duì)，該平面對(duì)具有相反的法線方向。     5 參數(shù)化零件庫(kù)的建立     參數(shù)化設(shè)

8、計(jì)的目的就是通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)方式在設(shè)計(jì)或繪圖狀態(tài)下靈活的修改圖形，提高設(shè)計(jì)效率。參數(shù)化設(shè)計(jì)通常是指軟件設(shè)計(jì)者為圖形設(shè)計(jì)及修改提供一個(gè)軟件環(huán)境，工程技術(shù)人員在這個(gè)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(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)，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(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)輸入零件的關(guān)鍵尺寸后，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)現(xiàn)時(shí)，利用ModelDocExtension：SelectByID方法選擇零件所要修改的尺寸，通過(guò)Mode

9、lDoc：Parameter屬性來(lái)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(lái)重新建立零件。最后為了在裝配時(shí)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(duì)于沖壓模來(lái)說(shuō)，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(jì)或改變一些關(guān)鍵尺寸就可以得到新的系列化設(shè)計(jì)結(jié)果。這也就為實(shí)現(xiàn)沖壓模設(shè)計(jì)的自動(dòng)化、智能化提供了前提。    6 基于SolidWorks的自動(dòng)裝配的實(shí)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(dòng)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(gè)Application程序?qū)ο?，可以通過(guò)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(shí)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(kù)的連接     在模具的裝配過(guò)程中有許多裝配特征，采用數(shù)據(jù)庫(kù)的方式將這些裝配特征存儲(chǔ)起來(lái)形成裝配關(guān)系知識(shí)庫(kù)。裝配過(guò)程中組件和組件之間的配合

12、關(guān)系通過(guò)對(duì)該知識(shí)庫(kù)的查詢獲得。在應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)庫(kù)采用Acess2000，應(yīng)用程序采用ADO的方式讀取數(shù)據(jù)庫(kù)。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(wèn)接口技術(shù)，ADO是建立在OLEDB之上的高層數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)。ADO數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口讓程序設(shè)計(jì)者簡(jiǎn)單地創(chuàng)建幾個(gè)對(duì)象便可以連接數(shù)據(jù)來(lái)源、獲取所需的數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)后的保存操作。ADO對(duì)象模型定義了一個(gè)可編程的分層對(duì)象集合，主要由3個(gè)對(duì)象成員Connection（用來(lái)建立與數(shù)據(jù)源的連接）、Command（用來(lái)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(lái)代表記錄集，是基

13、于某個(gè)連接的表或Command對(duì)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(duì)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(kù)     Dim rst As ADODB.Recordest   

14、60; Set rst=New ADODB.Recordest創(chuàng)建Recordest對(duì)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(dòng)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(lái)把這個(gè)組件放入裝配環(huán)境中，采用ModelDocExtension：SelectByID方法來(lái)選擇要進(jìn)行匹配的特征，當(dāng)匹配特征選好之后通過(guò)AssemblyDoc：AddMate方法來(lái)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)。     選擇匹配特征：retval=part.Extension.SelectByID（Name，Type，X，Y，Z，Append，Mark，Callout）     其中Name為選擇的對(duì)象名或空字符串，Type為對(duì)象類型或空字符串，X，Y，Z為對(duì)象的坐標(biāo)或0，Append說(shuō)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，an

18、gle）     其中mateType為配合的匹配類型，align為配合的對(duì)齊類型，flip為配合的配合方向，dist配合時(shí)的距離值，angle配合時(shí)的角度值。     6.4 裝配特征的存儲(chǔ)和檢索     裝配特征如何存放是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，合理的存儲(chǔ)形式可以使自動(dòng)裝配實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為方便。在程序設(shè)計(jì)時(shí)裝配關(guān)系存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存放，數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示，其中零件名稱是指要進(jìn)行裝配的零件，匹配對(duì)象1是指裝配時(shí)子零件上用來(lái)進(jìn)行匹配的對(duì)象名，匹配零件是指裝配體中原來(lái)存在的零件，也即要裝入零件的父零件，裝配對(duì)象2是指裝配時(shí)父零件上用來(lái)進(jìn)行匹配的對(duì)象名，匹配關(guān)系是指裝配中的匹配類型對(duì)應(yīng)中的mateType，對(duì)齊關(guān)系是指裝配中對(duì)齊類型對(duì)應(yīng)AddMate中的align，匹配方向與AddMate中的flip對(duì)應(yīng)，匹配尺寸1與匹配尺寸2分別對(duì)應(yīng)AddMate中dist和angel。&