首饰模具CAD系统的设计与实现

2013-05-22 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

作者: 刘蓉黔陈民举来源: 万方数据
关键字: CAD 首饰模具

模具行业是国家工业发展的重要基础行业,随着CAD软件的应用越来越广泛,CAD技术作为一项重要的技术手段,正越来越多地在模具行业得以应用。本文阐述了CAD技术在首饰模具设计中的一种应用形式,特别是SolidWorks的API二次开发技术在首饰模具设计软件中应用的重大意义。

    0引言

模具行业是工业的基础行业,汽车、电子、通讯器材等许多产品中的零部件是依靠模具来制造的,其技术水平决定着产品质量和市场的开发能力。在模具设计的过程中,利用先进的CAD技术会省时、省力,可以保证成型后制品的合格率,减少试模的次数,从而缩短模具设计及生产的周期。本文将要讨论的是,CAD技术在首饰模具设计领域的应用。众所周知,千百年来首饰行业大都是靠手工作业来完成的,效率极低。随着科学技术的进步,我们没有理由忽略CAD技术在这一领域的应用。现在,越来越多的人留意到这个问题,并逐步开始运用现代化的科技手段来促进这方面的技术进步。

    1背景知识

    市场上的金银首饰和其它常见金属流行饰品,例如:戒指、项链、吊坠、耳环,制作精良、花式品种繁多。它们的加工方法也很多,首饰制作的传统工艺有手造法和铸造法两种。手造法加工是最原始的首饰制作方法,就是纯手工作业,靠师傅用特制工具敲打成型;一件作品往往需要较长的时间才能完成。铸造法现在用得比较多,它的流程是起板、压胶、注蜡、浇铸等。

近年来,由于采用先进技术工艺装备,我国首饰行业开始由传统手工艺加工转向精密铸造方向发展,出现了许多专业制作首饰模具的企业。所谓首饰模具,就是利用CNC电脑雕刻机、高速电火花加工机床、精密线切割机床等各种设备进行模具制造,使用油压机和冲床等生产设备生产首饰制品。运用先进的电脑辅助设计和CNC雕刻精加工,将人工技能与先进的技术设备完美结合,具有操作简便、成型快捷、图案精致、光泽度好、成功率高等特点。

    1.1什么是首饰模具:

首饰的冲压,适用于某些结构复杂但外型比较对称或没有曲面相交盲区的款式。模冲自然离不开模具,所以模具的设计十分重要,需要考虑贵金属板材的塑性、拉伸压缩极限以及模具组合和工作方式等因素。此外,模具本身的材质、制作和热处理等需要较高的技术知识和技巧以及较高的制造条件(如数控机床等)。

首饰模具大多是采用冷冲压成形技术,用铂金、黄金、K金、纯银等金属以及其它常用首饰金属材料进行产品的生产。和其他模具生产一样,要历经产品的零件造型、冲压工艺分析、模具结构设计、工艺设计、模具制造、装配、试模等一系列开发过程。由于首饰零件的千差万别,因而首饰模具的特点是单件小批量生产。

    1. 2首饰模具CAD系统

传统的模具设计需要经过"概念设计-分析-样品生产叶分析-设计-分析-生产"这样繁杂的过程后才最终确定那些复杂的模具原形。随着计算机的发展,CAD技术逐渐取代了传统的模具设计理念和设计方法。应用相应的CAD软件,可以根据要实现的功能、外观和结构要求,先设计草图,然后生成相应的实体,接着子装配和总体装配,仿真模具开模过程,检查干涉情况,并进行真实渲染。整个过程也可以从上到下进行修改,每个过程的参数都可以改变,并可以设定参数间的关联性。

为了适应产品更新换代的加快以及高质量、高效益的要求,在统一的软硬件平台上,需要建立计算机辅助设计系统,使首饰模具设计实现自动化;对快速、准确地完成整套模具的生产,意义十分重大。

    2首饰模具CAD系统的开发

首饰模具属单件小批量生产,制品形状复杂、品种繁多,对冷冲模的需求量最大。冲裁时,落料凹模,凸模与凸凹模作用对坯料进行冲孔落料。在冲压模设计过程中,需要考虑其可加工性与装配问题,要预测模具与条料运动时可能产生的各种干涉。另外,冲压模具按工艺性质可分为冲裁模、弯曲模、拉伸模、成形模等,无论何种模具,基本上都需要上、下模体、导向装置、压料装置、定位装置等等。

本文所研究的首饰模具CAD系统主要是面向冲压模的首饰模具设计。

    2.1首饰模具CAD系统的参数化设计开发思想

    首饰模具中既包含大量的标准件和常用件,也包含一些专用件。常用的首饰模具可以分成三类:单冲模、连续模(跳步模)、冷挤压模。单冲模常用于制作耳钉、吊坠、配件以及开料模,连续模常用于制作手链、项链、耳坠,冷挤压模常用于制作吊牌、男式方戒、女式蛇肚戒、耳环,等等。

在对首饰零件进行设计和应用时,每一种首饰零件按要求不同,有一组或多组尺寸系列,但同一种首饰零部件的结构基本相同。因此,在首饰模具设计数据库的建库过程中,常采用参数化方法。参数化设计主要有程序驱动法和尺寸驱动法两种。程序驱动法是在程序的控制下,顺序执行设计表达式,通过与用户的交互完成设计工作,应用程序输人不同值,便生成不同的图形;尺寸驱动法是指在保持首饰零件结构不变的情况下,将首饰零件的尺寸标注视为变量,给予不同的尺寸值,便能获得一系列结构相同而尺寸不同的相似零件,它允许用户在进行必要的尺寸参数标注后,通过尺寸参数值的变化来生成结构相同而参数不同的首饰零件族。通过人机交互或自动提取获得首饰零部件必需的主参数,然后从数据库中提取相应的图形模板文件、辅助参数,再经过程序调用API函数进行尺寸驱动,生成所需要的首饰零件。图1所示为首饰模具CAD系统的工作流程示意图。

首饰模具CAD系统的设计与实现autocad应用技术图片图片1
    2. 2首饰模具CAD系统的功能分析

开发所获得的首饰加工专用冷冲模设计软件能够完成简单模、复合模、弯曲模、连续模和拉伸模的设计,使首饰模具工程师在设计过程中能够实时查看模具设计结果,可以对设计成果进行及时的修改,从而缩短了设计周期并保证了产品的设计质量。

综合来说,整个系统应具有如下一些功能:

    (1)首饰模具结构的人机交互快速生成,可以生成用户所需的首饰模具结构。
    (2)通过智能化的菜单结构,设计者能快速地启动相应命令来绘制所需图形。
    (3)开放的首饰模具零件库,可以添加各种类型的首饰模具零件人库。
    (4)自动生成首饰模具零件图、装配图、明细表等等生产所需要的资料。

    2. 3首饰模具CAD系统的模块分析

    (1)模具标准件库:有定位元件、固定元件、导向元件、紧固元件、卸料、推顶元件等等,包含了用于创建弹簧、模架、紧固件等模具标准零件所需的信息。
    (2)常用首饰模具零部件库:有冲孔凸模、凹模镶套,包含了用于创建戒指、耳环、吊牌等用户自定义零件所需的信息,形状可以为圆形、椭圆形、方形、星形、水滴形等等。用户能够根据需要添加其他饰品款式信息人库。
    (3)常用首饰图案库:首饰表面的装饰图案,如:各种艺术字、吉祥图案及动植物图案等。
    (4)首饰模具辅助设计计算:包含了材料的剪切、曲伸和拉伸信息等。

    2. 4系统开发平台的选择

    通用型三维绘图平台-SolidWorks,是一套基于Windows平台的全参数化特征造型的三维机械CAD软件,它以参数化和特征建模的技术,为设计人员提供了良好的设计环境;图形界面友好,用户上手快。SolidWorks能够十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。

    本文采用的实现方法是:基于商用三维绘图软件SolidWorks 2005平台,结合Microsoft Access数据库技术,利用Vistual Basic编程环境以及SolidWorks 2005的API函数,进行二次开发,可以高效快速地进行首饰模具的设计。

    3首饰模具CAD系统的实现

    3.1首饰模具 CAD系统的实现方法

    CAD软件的开发主要有两条途径:一个是开发自主版权的CAD软件;另一个是在现有的通用绘图软件基础上进行二次开发。任何一个比较成熟的自主版权CAD软件,都不是少数人能够在短时间内完成的,这必然要耗费大量的人力和物力。而采用二次开发技术开发软件则是一种便捷的方法。所谓二次开发,就是在现有通用绘图软件的基础上进行有针对性的软件开发;开发所得到的应用程序,一般是嵌人到某一特定的CAD系统中。通过调用该系统所提供的函数,实现对图形数据的读取和计算,避免了底层模块的开发。因此,这种嵌人式的软件开发方式具有周期短、投资少、效率高等特点。

本文所阐述的开发方法就属于二次开发,以Visual Basic 6.0为开发工具制作用户界面,采用VB访问数据库的技术访问模具标准件库、常用首饰模具零部件库和常用首饰图案库;再利用SolidWorks中提供的API函数(Application Programming Interface)进行链接,在SolidWorks 2005的平台上开发一个嵌人式模块。该模块可以在装配体环境下,被用户调用来进行首饰模具的设计。

任何支持OLE(对象链接与嵌人)和COM(组件对象模型)的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具。Solidworks的二次开发方式分为两种,一种是基于自动化技术的,开发形式的程序;另一种开发方式是基于COM的,可以通过API控制SolidWorks的会话方式,从而生成dll文件,作为SolidWorks的插件。VB作为开发环境是一个相对较好的选择。本文中,就采用了Visual Basic 6.0和SolidWorks提供的API二次开发工具相结合的方式来进行。
首饰模具的参数化设计是通过VB的界面及各种控件的功能来实现的,读人设计变量的步骤是VB通过调用SolidWorks提供的API对象来实现的,更新模型的步骤主要体现在VB的编程代码中,其设计过程如图2所示。

首饰模具CAD系统的设计与实现autocad应用技术图片图片2

一个简单实用的方法是:先在SolidWorks中录制宏,获得宏操作代码;将其复制添加到VB程序代码的相应部分,通过编辑修改调试以达到程序要求;然后通过程序驱动设计变量来实现模型的创建和更新。通过这种方法编程较简单,通用性好。部分程序代码如下:

首饰模具CAD系统的设计与实现autocad应用技术图片图片3

这样才能在SolidWorks下编译执行。或者也可以通过在SolidWorks里面示制宏,然后在拐士友进行编辑的基础上用VB来进行应用程序的开发,两者的结果是一样的。

    3. 2系统运行的主要界面

进入SolidWorks 2005环境后,单击菜单栏上的"首饰模具设计"菜单,则弹出系统的主界面,选定模具类型(如单冲模、连续模、冷挤压模)后,就进入了相关的模具设计界面。接下来,从选项卡中选择零件类型后,然后从单选按钮中选择具体的形式,右边的图像框也会相应的改变,显出对应的模型预览图。

用户可以直接从参数列表中选择合适的参数记录,也可以在查询条件中输人数值进行查询,点击"生成"按钮。所对应零件的模板图形会由程序完成尺寸驱动,从而生成需要的三维冲模件。图3所示为其中一个设计界面。

首饰模具CAD系统的设计与实现autocad应用技术图片图片4

    3. 3首饰模具CAD系统的使用

    (1)设计者定义落料孔的式样后,通过人机对话输人必要的参数来选择模具标准件,凹模、垫板、凸模、模架等便可以自动产生。
    (2)生成了零件图的尺寸、材料、技术要求等信息后,与该零件相关的孔和凹槽的信息也会自动产生,凸模、弹簧和紧固件等零件可以根据相应的孔和凹槽自动修改。
    (3)最后能生成模具总装图的详细明细表,设计者还可以对明细表进行增减零件、修改描述等各种编辑,在编辑结束以后又可以自动重新排序生成新的明细表。
    (4)系统的设计图面清洁,提高了设计工作的效率。设计成果能够重复利用,对一些相近的、或相似的首饰模具设计,只要简单修改一下图纸就行了。
    (5)软件提供丰富的分类图库、通用详图,设计师需要时可以直接调人。另外,模具设计方面的计算精度和设计速度也是手工计算所无法比拟的。

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