搜索首飾模具CAD系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
2013-05-22 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
作者: 劉蓉黔 陳民舉 來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: CAD 首飾模具
模具行業(yè)是國家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)行業(yè),隨著CAD軟件的應(yīng)用越來越廣泛,CAD技術(shù)作為一項重要的技術(shù)手段,正越來越多地在模具行業(yè)得以應(yīng)用。本文闡述了CAD技術(shù)在首飾模具設(shè)計中的一種應(yīng)用形式,特別是SolidWorks的API二次開發(fā)技術(shù)在首飾模具設(shè)計軟件中應(yīng)用的重大意義。
0引言
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)計的過程中,利用先進(jìn)的CAD技術(shù)會省時、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。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
市場上的金銀首飾和其它常見金屬流行飾品,例如:戒指、項鏈、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術(shù)知識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、工藝設(shè)計、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)計需要經(jīng)過"概念設(shè)計-分析-樣品生產(chǎn)葉分析-設(shè)計-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)計理念和設(shè)計方法。應(yīng)用相應(yīng)的CAD軟件,可以根據(jù)要實現(xiàn)的功能、外觀和結(jié)構(gòu)要求,先設(shè)計草圖,然后生成相應(yīng)的實體,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)行真實渲染。整個過程也可以從上到下進(jìn)行修改,每個過程的參數(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)一的軟硬件平臺上,需要建立計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng),使首飾模具設(shè)計實現(xiàn)自動化;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,落料凹模,凸模與凸凹模作用對坯料進(jìn)行沖孔落料。在沖壓模設(shè)計過程中,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)動時可能產(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。
2.1首飾模具CAD系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計開發(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、項鏈、耳墜,冷擠壓模常用于制作吊牌、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)計和應(yīng)用時,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)計主要有程序驅(qū)動法和尺寸驅(qū)動法兩種。程序驅(qū)動法是在程序的控制下,順序執(zhí)行設(shè)計表達(dá)式,通過與用戶的交互完成設(shè)計工作,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)不同的首飾零件族。通過人機(jī)交互或自動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,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,使首飾模具工程師在設(shè)計過程中能夠?qū)崟r查看模具設(shè)計結(jié)果,可以對設(shè)計成果進(jìn)行及時的修改,從而縮短了設(shè)計周期并保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。
綜合來說,整個系統(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)計者能快速地啟動相應(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、吉祥圖案及動植物圖案等。
(4)首飾模具輔助設(shè)計計算:包含了材料的剪切、曲伸和拉伸信息等。
2. 4系統(tǒng)開發(fā)平臺的選擇
通用型三維繪圖平臺-SolidWorks,是一套基于Windows平臺的全參數(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)計人員提供了良好的設(shè)計環(huán)境;圖形界面友好,用戶上手快。SolidWorks能夠十分方便地實現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。
本文采用的實現(xiàn)方法是:基于商用三維繪圖軟件SolidWorks 2005平臺,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。
3首飾模具CAD系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1首飾模具 CAD系統(tǒng)的實現(xiàn)方法
CAD軟件的開發(fā)主要有兩條途徑:一個是開發(fā)自主版權(quán)的CAD軟件;另一個是在現(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。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),實現(xiàn)對圖形數(shù)據(jù)的讀取和計算,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SolidWorks 2005的平臺上開發(fā)一個嵌人式模塊。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。
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。
首飾模具的參數(shù)化設(shè)計是通過VB的界面及各種控件的功能來實現(xiàn)的,讀人設(shè)計變量的步驟是VB通過調(diào)用SolidWorks提供的API對象來實現(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)計過程如圖2所示。
一個簡單實用的方法是: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)動設(shè)計變量來實現(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。部分程序代碼如下:
這樣才能在SolidWorks下編譯執(zhí)行?；蛘咭部梢酝ㄟ^在SolidWorks里面示制宏,然后在拐士友進(jìn)行編輯的基礎(chǔ)上用VB來進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā),兩者的結(jié)果是一樣的。
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"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)計界面。接下來,從選項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)零件的模板圖形會由程序完成尺寸驅(qū)動,從而生成需要的三維沖模件。圖3所示為其中一個設(shè)計界面。
3. 3首飾模具CAD系統(tǒng)的使用
(1)設(shè)計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自動產(chǎn)生,凸模、彈簧和緊固件等零件可以根據(jù)相應(yīng)的孔和凹槽自動修改。
(3)最后能生成模具總裝圖的詳細(xì)明細(xì)表,設(shè)計者還可以對明細(xì)表進(jìn)行增減零件、修改描述等各種編輯,在編輯結(jié)束以后又可以自動重新排序生成新的明細(xì)表。
(4)系統(tǒng)的設(shè)計圖面清潔,提高了設(shè)計工作的效率。設(shè)計成果能夠重復(fù)利用,對一些相近的、或相似的首飾模具設(shè)計,只要簡單修改一下圖紙就行了。
(5)軟件提供豐富的分類圖庫、通用詳圖,設(shè)計師需要時可以直接調(diào)人。另外,模具設(shè)計方面的計算精度和設(shè)計速度也是手工計算所無法比擬的。
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