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引言
模具工业是国民经济中的基础工业，模具制造能力的强弱和模具设计水平的高低，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。而模具的设计与加工水平直接关系到产品的质量与更新换代。随着工业的发展，人们愈来愈关注如何缩短模具设计与加工的生产周期及怎么样提高模具加工的质量，传统的二维模具设计与制造方法已不能适应产品及时更新换代和提高质量的要求.先进国家的模具CAD/CAM技术在20世纪80年代中期已进人实用阶段，市场上已有商品化的系列软件出售，并且它的应用带来了巨大的社会效益和经济效益。我国在该技术的应用和推陈出新方面与国外相比还存在一定差距，仅仅处于开发使用初期。因此，对模具CAD技术的研究在我国具有一定的实际应用意义。本文介绍一种基于VB编程平台的模架CAD系统，对SolidWorks API二次开发来进行模具设计工作，以提高模具设计的效率，减少模具设计过程式中的失误。
1 模架设计系统的设计原理
在传统的模具设计过程中，用户首先对塑件进行分析和选材，计算得出模具成型工作尺寸，然后通过复杂的公式计算和查找相关手册来选择标准模架的型号，并设计出合理的浇注系统和顶出系统，最终按照以上的设计结果绘制出该塑件模具的装配图和工程图。然而在设计过程中几乎每一个流程都需要经过大量的数据查询和计算，而且大部分流程中都是依赖于设计者的经验进行设计，因此很难避免在模具设计过程中人为因素所造成的失误。为了解决这些问题，笔者深人研究了注塑模具设计的原理和特点，设计出一种基于SolidWorks的注塑模具的CAD系统，即在用户得到塑件成型工作尺寸后，由用户输人注塑机信息和成型工作尺寸信息后，系统通过规则库的规则从模架库里找到最符合规则前提的模架.并通过人工辅助的方式进行顶出系统的设计，然后通过SolidWorks API驱动程序进行模具的三维建模。它主要由注塑机选择模块、模架型号选择模块和人工辅助模块组成。流程如图1所示。 （图片）
图1 模架设计系统流程图 2 系统功能的实现
2.1 注塑机型号选择模块的设计
注塑机型号的选择是整个模具设计最为重要的一个环节之一，它关系到模具注塑量的大小、注塑周期长短以及注塑塑件质量等相关因素。在模架系统的设计过程中，由于注塑机的定位孔的尺寸参数又决定着定位环外径的大小，而注塑机的喷嘴孔直径和喷嘴球半径与浇口套的孔径和球面半径存在着一定的尺寸关系，所以本模块所实现的功能就是把数据库中的所有的注塑机类型的相关参数显示给用户，然后通过用户选择的注塑机，根据以上的计算关系选择出合适的定位环和浇口套完成模架中浇注系统的配套零件选择，并把它们的相关零件尺寸从数据库中调出赋给数组，以备SolidWorks建模时作为参数进行调用。
2. 2 模架选择模块的设计
该模块的主要任务是根据用户输人的模具成型工作尺寸后，决策确定模架的型号或由用户直接选用的模架型号从系统的模架标准数据库查询出该类型模架中的零件以及总装配体的所有尺寸。
本系统的模架数据库，笔者选用的是国家标准《中小塑料注射模模架及技术条件》(GB/T12556. 1-90)的模架。在该标准中，所设计的尺寸组合将近5 000余种，但对于国家标准模架类型的确定可以遵循一定的程序步骤进行。本系统采用桌面数据库Access来集中管理这些数据，将各种类型的尺寸系列建成一系列的二维关系表，对模架采用三个表、四个参数表示:三表为模架长度系列参数表、模架宽度系列参数表以及定/动模板厚度参数表，四个参数分别为模架宽度、模架长度、定模板厚度和动模板厚度。利用这四个参数编码作为模架索引数据库的查询关键字，从而实现各个数据表之间的相互关联，并且解决了用户选择与系统内部决策模块对系统数据库访问的一致性。所以通过这些参数关联的结构采用正向推理机制可选择合适的标准模架。
系统从用户箱人模具成型工作尺寸信息出发，由推理机在运算规则库中得到符合规则前提的运算规则，最后执行该法则对应的结论，得到理论模架参数数值。而对于数据库中存放的各种标准模架型号，它们的参数不可能满足所有的计算的理论数据，因此在确定模架型号时，本系统采用加权最相临近法，即用理论数据的若干重要参数作为关键词或索引条件，每次选取数据库中标准模架的相对应参数数据最为接近的型号作为最终选择的模架.
2. 3 人工辅助模块的设计
由于顶出系统的推杆和推板导柱位置需要根据塑件的形状和设计者的经验确定，而且推杆和推板导柱在模具开合的过程中，穿插在前推板、后推板和动模板的导孔之间，只有保证它们导孔在这三个零件上配合位置的一致性和重叠性，才不会出现溢料、位置干涉以及报废整个模具的一系列后果。因此为了确保系统的实用性和准确性，本系统采用人工辅助的形式输人推杆和推板导柱的导孔位置参数，通过计算机程序保证前推板、后推板和动模板上的各导孔位置参数一致性，避免了人为因素造成的设计失误。
在人工辅助设计顶出系统的模块中，为了使人机界面更为直观、简洁但又不失准确性，采用了数字输入和图形表现相结合的模式。由于前推板是固定推杆的零件之一，更能直观地观察各导孔的位置和判断是否超越其固定的界限，所以选用前推板作为导孔位置参数输入的基板。在人机界面中把前推板的长宽尺寸按照一定的比例绘制成矩形呈现给用户，并以此矩形的中心位置作为坐标原点，用户则以此为基准计算得出各导孔的位置坐标，以数字的形式输人给系统，同时计算机利用VB中的Picture控件的Circle方法在相应的坐标画圆来表示导孔的位置和大小，并以Picture控件的背景色来填充圆形内部，以达到孔洞的视觉效果，真正做到"所见即所得"的特性。这与传统单纯数字输入模式相比，界面更为友好，易于操作。其界面如图2所示。（图片）
图2 人工辅助设计顶出系统界面 在画圆的同时进行着导孔间距干涉判断，利用各圆心间距和半径之和的大小关系，即当两圆圆心间距大于两圆半径之和时，则导孔间未发生干涉，反之亦然。只有当所有输人的导孔间距都未发生干涉时，系统才把所有的推杆和推板导柱参数暂时存人数组中，配套模架的相关零部件模型尺寸，调用SolidWorks程序即可生成相应的模架顶出系统的三维模型，如图3所示。 （图片）
图3 模具顶出系统的实体模型 3 基于SolidWorks模具零部件的二次开发
SolidWorks是专门在Windows环境下开发的面向产品的CAD系统，其继承了Windows的优秀界面，支持Windows的DDE机制和OLE(Object Linking Embedding，对象链接和嵌人)技术，其设计过程的全相关性，使得模型文件中的设计数据，如尺寸、注释、文件属性等内容与工程图相关。用户还可以利用SolidWorks的API并通过支持OLE编程的开发工具对SolidWorks进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的Solid-Works模块。在SolidWorks的API中，其各种功能都封装在SolidWorks的对象中，和其他VB对象一样，具有自己独立的属性、方法。这些对象涵盖了全部SolidWorks的数据模型，用户通过对这些对象属性的设置和方法的调用，就可以在自己开发的应用程序中实现与SolidWorks中相同的功能，可以完成零件的建模和修改及零件特征信息的提取(如特征尺寸的设置与提取、特征所在面的信息提取及各种几何和拓扑信息等。
由于标准模架中各个零件结构大致一样，只是在特征的数量和尺寸的大小方面有所不同。因此，对于形状相似的同类型零件可以采用参数化设计，即用一组参数约束该零件的结构尺寸，使参数与设计零件的控制尺寸相对应，当赋予其不同的参数值时，便可生成新的零件模型。参数化设计基本上有两种方法:
(1)编程法:将设计过程的所有关系式都包括在应用程序中，利用程序来顺序地执行设计过程。
(2)尺寸驱动法:在保持模型结构不变的情况下将模型的尺寸标注视为变量，给予不同的尺寸值，就能够获得一系列结构相同而尺寸不同的相似零件。
本系统就利用尺寸驱动法，根据用户选择的标准模架参数和已事先存放在数组的零件数据，利用程序驱动已设计好的模具模架零件模型和装配模型来进行参数化建模，而且每次修改或重建只需调出相应的模型进行尺寸驱动即可。系统最终通过Solid Works生成的模架总装配实体模型如图4所示。（图片）
图4 模具设计总装配模型 最后利用已生成的模架三维模型生成工程图是本系统的最终目的。工程图是生产制造模具过程中的主要依据，它的详略与否，关系着模具制造的质量和效率。SolidWorks可根据生成的模架零件的三维图形快捷地生成完整的、符合实际产品需要的工程图样，由三维实体自动生成任何不同方向的视图、局部视图、副视图和相关视图。图纸的全相关性简化了设计的过程，实体模型、图纸和装配能自动相关地更新。设计人员可直接根据此工程图进行模具的加工制造，从而大大地节省了设计人员的工作量和精力，提高了模具设计制造质量。
4 结束语
对于此模架设计系统，用户可以向系统输入模具成型工作尺寸，由系统根据运算规则选择出最适合的模架型号，同时通过用户向系统以人工辅助的形式输入推杆和推板导柱位置参数后，便可从系统数据库中取出相应模架数据来生成整个模具的三维实体装配图和工程图，也可以使用系统的维护管理模块来更新系统的模架数据库和知识库，以适应生产的各种情况，具有较好的实际应用意义，提高了模具的设计效率，缩短了模具的设计周期。
6/21/2009
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