首飾模具CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)導(dǎo)讀在模具設(shè)計(jì)的過程中利用先進(jìn)的CAD

1、首飾模具CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)導(dǎo)讀:在模具設(shè)計(jì)的過程中，利用先進(jìn)的CAD技術(shù)會(huì)省時(shí)、省力，可以保證成型后制品的合格率，減少試模的次數(shù)，從而縮短模具設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的周期。本文將要討論的是，CAD技術(shù)在首飾模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用。 模具行業(yè)是工業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，汽車、電子、通訊器材等許多產(chǎn)品中的零部件是依靠模具來制造的，其技術(shù)水平?jīng)Q定著產(chǎn)品質(zhì)量和市場的開發(fā)能力。在模具設(shè)計(jì)的過程中，利用先進(jìn)的CAD技術(shù)會(huì)省時(shí)、省力，可以保證成型后制品的合格率，減少試模的次數(shù)，從而縮短模具設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的周期。本文將要討論的是，CAD技術(shù)在首飾模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用。眾所周知，千百年來首飾行業(yè)大都是靠手工作業(yè)來完成的，效率極低

2、。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們沒有理由忽略CAD技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)在，越來越多的人留意到這個(gè)問題，并逐步開始運(yùn)用現(xiàn)代化的科技手段來促進(jìn)這方面的技術(shù)進(jìn)步。 1背景知識(shí) 市場上的金銀首飾和其它常見金屬流行飾品，例如:戒指、項(xiàng)鏈、吊墜、耳環(huán)，制作精良、花式品種繁多。它們的加工方法也很多，首飾制作的傳統(tǒng)工藝有手造法和鑄造法兩種。手造法加工是最原始的首飾制作方法，就是純手工作業(yè)，靠師傅用特制工具敲打成型;一件作品往往需要較長的時(shí)間才能完成。鑄造法現(xiàn)在用得比較多，它的流程是起板、壓膠、注蠟、澆鑄等。 近年來，由于采用先進(jìn)技術(shù)工藝裝備，我國首飾行業(yè)開始由傳統(tǒng)手工藝加工轉(zhuǎn)向精密

3、鑄造方向發(fā)展，出現(xiàn)了許多專業(yè)制作首飾模具的企業(yè)。所謂首飾模具，就是利用CNC電腦雕刻機(jī)、高速電火花加工機(jī)床、精密線切割機(jī)床等各種設(shè)備進(jìn)行模具制造，使用油壓機(jī)和沖床等生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)首飾制品。運(yùn)用先進(jìn)的電腦輔助設(shè)計(jì)和CNC雕刻精加工，將人工技能與先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備完美結(jié)合，具有操作簡便、成型快捷、圖案精致、光澤度好、成功率高等特點(diǎn)。 1.1什么是首飾模具: 首飾的沖壓，適用于某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜但外型比較對稱或沒有曲面相交盲區(qū)的款式。模沖自然離不開模具，所以模具的設(shè)計(jì)十分重要，需要考慮貴金屬板材的塑性、拉伸壓縮極限以及模具組合和工作方式等因素。此外，模具本身的材質(zhì)、制作和熱處理等需要較高的技

4、術(shù)知識(shí)和技巧以及較高的制造條件(如數(shù)控機(jī)床等)。 首飾模具大多是采用冷沖壓成形技術(shù)，用鉑金、黃金、K金、純銀等金屬以及其它常用首飾金屬材料進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)。和其他模具生產(chǎn)一樣，要?dú)v經(jīng)產(chǎn)品的零件造型、沖壓工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、模具制造、裝配、試模等一系列開發(fā)過程。由于首飾零件的千差萬別，因而首飾模具的特點(diǎn)是單件小批量生產(chǎn)。 1. 2首飾模具CAD系統(tǒng) 傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)需要經(jīng)過"概念設(shè)計(jì)-分析-樣品生產(chǎn)葉分析-設(shè)計(jì)-分析-生產(chǎn)"這樣繁雜的過程后才最終確定那些復(fù)雜的模具原形。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，CAD技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法。

5、應(yīng)用相應(yīng)的CAD軟件，可以根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能、外觀和結(jié)構(gòu)要求，先設(shè)計(jì)草圖，然后生成相應(yīng)的實(shí)體，接著子裝配和總體裝配，仿真模具開模過程，檢查干涉情況，并進(jìn)行真實(shí)渲染。整個(gè)過程也可以從上到下進(jìn)行修改，每個(gè)過程的參數(shù)都可以改變，并可以設(shè)定參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性。 為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快以及高質(zhì)量、高效益的要求，在統(tǒng)一的軟硬件平臺(tái)上，需要建立計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使首飾模具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;對快速、準(zhǔn)確地完成整套模具的生產(chǎn)，意義十分重大。 2首飾模具CAD系統(tǒng)的開發(fā) 首飾模具屬單件小批量生產(chǎn)，制品形狀復(fù)雜、品種繁多，對冷沖模的需求量最大。沖裁時(shí)，落料凹模，凸模與凸凹模作用對坯料進(jìn)行

6、沖孔落料。在沖壓模設(shè)計(jì)過程中，需要考慮其可加工性與裝配問題，要預(yù)測模具與條料運(yùn)動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生的各種干涉。另外，沖壓模具按工藝性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉伸模、成形模等，無論何種模具，基本上都需要上、下模體、導(dǎo)向裝置、壓料裝置、定位裝置等等。 本文所研究的首飾模具CAD系統(tǒng)主要是面向沖壓模的首飾模具設(shè)計(jì)。 2.1首飾模具CAD系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)開發(fā)思想 首飾模具中既包含大量的標(biāo)準(zhǔn)件和常用件，也包含一些專用件。常用的首飾模具可以分成三類:單沖模、連續(xù)模(跳步模)、冷擠壓模。單沖模常用于制作耳釘、吊墜、配件以及開料模，連續(xù)模常用于制作手鏈、項(xiàng)鏈、耳墜，冷擠壓模常用于制作吊牌

7、、男式方戒、女式蛇肚戒、耳環(huán)，等等。 在對首飾零件進(jìn)行設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)，每一種首飾零件按要求不同，有一組或多組尺寸系列，但同一種首飾零部件的結(jié)構(gòu)基本相同。因此，在首飾模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的建庫過程中，常采用參數(shù)化方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)主要有程序驅(qū)動(dòng)法和尺寸驅(qū)動(dòng)法兩種。程序驅(qū)動(dòng)法是在程序的控制下，順序執(zhí)行設(shè)計(jì)表達(dá)式，通過與用戶的交互完成設(shè)計(jì)工作，應(yīng)用程序輸人不同值，便生成不同的圖形;尺寸驅(qū)動(dòng)法是指在保持首飾零件結(jié)構(gòu)不變的情況下，將首飾零件的尺寸標(biāo)注視為變量，給予不同的尺寸值，便能獲得一系列結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的相似零件，它允許用戶在進(jìn)行必要的尺寸參數(shù)標(biāo)注后，通過尺寸參數(shù)值的變化來生成結(jié)構(gòu)相同而參數(shù)不同的

8、首飾零件族。通過人機(jī)交互或自動(dòng)提取獲得首飾零部件必需的主參數(shù)，然后從數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的圖形模板文件、輔助參數(shù)，再經(jīng)過程序調(diào)用API函數(shù)進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng)，生成所需要的首飾零件。圖1所示為首飾模具CAD系統(tǒng)的工作流程示意圖。 2. 2首飾模具CAD系統(tǒng)的功能分析 開發(fā)所獲得的首飾加工專用冷沖模設(shè)計(jì)軟件能夠完成簡單模、復(fù)合模、彎曲模、連續(xù)模和拉伸模的設(shè)計(jì)，使首飾模具工程師在設(shè)計(jì)過程中能夠?qū)崟r(shí)查看模具設(shè)計(jì)結(jié)果，可以對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行及時(shí)的修改，從而縮短了設(shè)計(jì)周期并保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。 綜合來說，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有如下一些功能: (1)首飾模具結(jié)構(gòu)的人機(jī)交互快速生成，可以生

9、成用戶所需的首飾模具結(jié)構(gòu)。 (2)通過智能化的菜單結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者能快速地啟動(dòng)相應(yīng)命令來繪制所需圖形。 (3)開放的首飾模具零件庫，可以添加各種類型的首飾模具零件人庫。 (4)自動(dòng)生成首飾模具零件圖、裝配圖、明細(xì)表等等生產(chǎn)所需要的資料。 2. 3首飾模具CAD系統(tǒng)的模塊分析 (1)模具標(biāo)準(zhǔn)件庫:有定位元件、固定元件、導(dǎo)向元件、緊固元件、卸料、推頂元件等等，包含了用于創(chuàng)建彈簧、模架、緊固件等模具標(biāo)準(zhǔn)零件所需的信息。 (2)常用首飾模具零部件庫:有沖孔凸模、凹模鑲套，包含了用于創(chuàng)建戒指、耳環(huán)、吊牌等用戶自定義零件所需的信息，形狀可以為圓形、橢

10、圓形、方形、星形、水滴形等等。用戶能夠根據(jù)需要添加其他飾品款式信息人庫。 (3)常用首飾圖案庫:首飾表面的裝飾圖案，如:各種藝術(shù)字、吉祥圖案及動(dòng)植物圖案等。 (4)首飾模具輔助設(shè)計(jì)計(jì)算:包含了材料的剪切、曲伸和拉伸信息等。 2. 4系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的選擇 通用型三維繪圖平臺(tái)-SolidWorks，是一套基于Windows平臺(tái)的全參數(shù)化特征造型的三維機(jī)械CAD軟件，它以參數(shù)化和特征建模的技術(shù)，為設(shè)計(jì)人員提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境;圖形界面友好，用戶上手快。SolidWorks能夠十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。 本文采用的實(shí)現(xiàn)方

11、法是:基于商用三維繪圖軟件SolidWorks 2005平臺(tái)，結(jié)合Microsoft Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，利用Vistual Basic編程環(huán)境以及SolidWorks 2005的API函數(shù)，進(jìn)行二次開發(fā)，可以高效快速地進(jìn)行首飾模具的設(shè)計(jì)。 3首飾模具CAD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.1首飾模具 CAD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 CAD軟件的開發(fā)主要有兩條途徑:一個(gè)是開發(fā)自主版權(quán)的CAD軟件;另一個(gè)是在現(xiàn)有的通用繪圖軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。任何一個(gè)比較成熟的自主版權(quán)CAD軟件，都不是少數(shù)人能夠在短時(shí)間內(nèi)完成的，這必然要耗費(fèi)大量的人力和物力。而采用二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)軟件則是一種便捷的方法

12、。所謂二次開發(fā)，就是在現(xiàn)有通用繪圖軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行有針對性的軟件開發(fā);開發(fā)所得到的應(yīng)用程序，一般是嵌人到某一特定的CAD系統(tǒng)中。通過調(diào)用該系統(tǒng)所提供的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對圖形數(shù)據(jù)的讀取和計(jì)算，避免了底層模塊的開發(fā)。因此，這種嵌人式的軟件開發(fā)方式具有周期短、投資少、效率高等特點(diǎn)。 本文所闡述的開發(fā)方法就屬于二次開發(fā)，以Visual Basic 6.0為開發(fā)工具制作用戶界面，采用VB訪問數(shù)據(jù)庫的技術(shù)訪問模具標(biāo)準(zhǔn)件庫、常用首飾模具零部件庫和常用首飾圖案庫;再利用SolidWorks中提供的API函數(shù)(Application Programming Interface)進(jìn)行鏈接，在SolidWork

13、s 2005的平臺(tái)上開發(fā)一個(gè)嵌人式模塊。該模塊可以在裝配體環(huán)境下，被用戶調(diào)用來進(jìn)行首飾模具的設(shè)計(jì)。 任何支持OLE(對象鏈接與嵌人)和COM(組件對象模型)的編程語言都可以作為SolidWorks的開發(fā)工具。Solidworks的二次開發(fā)方式分為兩種，一種是基于自動(dòng)化技術(shù)的，開發(fā)形式的程序;另一種開發(fā)方式是基于COM的，可以通過API控制SolidWorks的會(huì)話方式，從而生成dll文件，作為SolidWorks的插件。VB作為開發(fā)環(huán)境是一個(gè)相對較好的選擇。本文中，就采用了Visual Basic 6.0和SolidWorks提供的API二次開發(fā)工具相結(jié)合的方式來進(jìn)行。 首

14、飾模具的參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過VB的界面及各種控件的功能來實(shí)現(xiàn)的，讀人設(shè)計(jì)變量的步驟是VB通過調(diào)用SolidWorks提供的API對象來實(shí)現(xiàn)的，更新模型的步驟主要體現(xiàn)在VB的編程代碼中，其設(shè)計(jì)過程如圖2所示。   一個(gè)簡單實(shí)用的方法是:先在SolidWorks中錄制宏，獲得宏操作代碼;將其復(fù)制添加到VB程序代碼的相應(yīng)部分，通過編輯修改調(diào)試以達(dá)到程序要求;然后通過程序驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)變量來實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建和更新。通過這種方法編程較簡單，通用性好。 3. 2系統(tǒng)運(yùn)行的主要界面 進(jìn)入SolidWorks 2005環(huán)境后，單擊菜單欄上的"首飾模具設(shè)計(jì)&quo

15、t;菜單，則彈出系統(tǒng)的主界面，選定模具類型(如單沖模、連續(xù)模、冷擠壓模)后，就進(jìn)入了相關(guān)的模具設(shè)計(jì)界面。接下來，從選項(xiàng)卡中選擇零件類型后，然后從單選按鈕中選擇具體的形式，右邊的圖像框也會(huì)相應(yīng)的改變，顯出對應(yīng)的模型預(yù)覽圖。 用戶可以直接從參數(shù)列表中選擇合適的參數(shù)記錄，也可以在查詢條件中輸人數(shù)值進(jìn)行查詢，點(diǎn)擊"生成"按鈕。所對應(yīng)零件的模板圖形會(huì)由程序完成尺寸驅(qū)動(dòng)，從而生成需要的三維沖模件。 3. 3首飾模具CAD系統(tǒng)的使用 (1)設(shè)計(jì)者定義落料孔的式樣后，通過人機(jī)對話輸人必要的參數(shù)來選擇模具標(biāo)準(zhǔn)件，凹模、墊板、凸模、模架等便可以自動(dòng)產(chǎn)生。 (2)生成了零件圖的尺寸、材料、技術(shù)要求等信息后，與該零件相關(guān)的孔和凹槽的信息也會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生，凸模、彈簧和緊固件等