- A+
在塑料模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，建立其三維模型對(duì)于后續(xù)進(jìn)行CAE分析和CAM加工是非常重要的。除了型腔和型芯以外，塑料模具中的標(biāo)準(zhǔn)件很多，如推桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推板、限位釘?shù)龋@些對(duì)于不同的產(chǎn)品是需要反復(fù)調(diào)用的。目前，我國(guó)許多模具企業(yè)選用了SOLIDWORKS 作為三維軟件，這款軟件簡(jiǎn)單、易學(xué)，但是卻沒(méi)有與我國(guó)國(guó)標(biāo)相對(duì)應(yīng)的模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，因此設(shè)計(jì)人員在調(diào)用不同規(guī)格模具標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，不得不耗費(fèi)很多重復(fù)性勞動(dòng)。如果能夠建立塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，就能夠有效地縮短塑料模具的開(kāi)發(fā)周期，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
目前大型模具企業(yè)一般是組織技術(shù)人員對(duì)SOLIDWORKS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建立起企業(yè)內(nèi)部可以相互交流的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。但是在中、小型模具企業(yè)，既能精通SOLIDWORKS 軟件，同時(shí)又熟練掌握C + + 、VB 、VC等高級(jí)程序語(yǔ)言的技術(shù)人員少之又少，所以開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的難度很大。
本文著眼于發(fā)掘SOLIDWORKS軟件內(nèi)部的配置功能，使設(shè)計(jì)人員只要熟練掌握SOLIDWORKS軟件而無(wú)須高級(jí)程序語(yǔ)言的支持，就可以建立塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)SOLIDWORKS軟件在中、小型模具企業(yè)的高效應(yīng)用。
1. SOLIDWORKS軟件的配置功能
SOLIDWORKS軟件的配置(Configurations)功能提供了簡(jiǎn)便的方法來(lái)開(kāi)發(fā)和管理一組有著不同尺寸、零部件或其他參數(shù)的模型。它可以在一個(gè)零件模型的基礎(chǔ)上生成多個(gè)設(shè)計(jì)變化，即形成零件系列。在零件系列中，除了數(shù)值相同的共同尺寸以外，控制零件形狀結(jié)構(gòu)的尺寸稱為特征尺寸。基于配置功能建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的關(guān)鍵在于將特征尺寸的系列數(shù)值集合在一起建立參數(shù)庫(kù)，并通過(guò)使用SOLIDWORKS 軟件內(nèi)部功能或者開(kāi)發(fā)相應(yīng)的程序調(diào)用參數(shù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)零件模型的完全更新。
本文以有肩導(dǎo)柱為例，探討塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立方法。
2. 建立有肩導(dǎo)柱參數(shù)化幾何模型
2.1 確定有肩導(dǎo)柱零件模型的變量參數(shù)
有肩導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)尺寸由國(guó)標(biāo)GB/T4169.5-2006規(guī)定，如圖1所示。
圖1 有肩導(dǎo)柱零件簡(jiǎn)圖
但是在SOLIDWORKS環(huán)境下建立有肩導(dǎo)柱的零件模型時(shí)，有些尺寸是不能直接應(yīng)用的，如L、L1等;有些尺寸在所有規(guī)格的有肩導(dǎo)柱的零件模型中都是固定不變的，所以也不是特征尺寸，如10、R2、R1、0.5、C1 等。經(jīng)過(guò)分析和換算，能夠控制有肩導(dǎo)柱參數(shù)化造型的特征尺寸如圖2 所示。
圖2 有肩導(dǎo)柱零件的變量參數(shù)
由于特征尺寸可以從參數(shù)庫(kù)中調(diào)用不同的數(shù)值，所以對(duì)于零件系列而言，特征尺寸也就是變量參數(shù)。
2.2 建立有肩導(dǎo)柱的零件模型
從有肩導(dǎo)柱的國(guó)標(biāo)系列規(guī)格中任選一種(如“GB/T4169.5-2006 φ20×80×25”)，建立其三維模型作為初始幾何模型。創(chuàng)建其三維模型，共需要6個(gè)“草圖”文件、7個(gè)“拉伸”特征、2個(gè)“圓角”特征、2個(gè)“倒角”特征，如圖3 所示。顯然，如果不建立有肩導(dǎo)柱的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，在調(diào)用不同規(guī)格的零件模型時(shí)，只有通過(guò)在SOLIDWORKS 界面反復(fù)修改各個(gè)“草圖”的尺寸和各個(gè)“特征”的參數(shù)值的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種重復(fù)性工作會(huì)使設(shè)計(jì)人員厭煩，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)效率。
圖3 有肩導(dǎo)柱的零件模型
2.3 設(shè)置變量參數(shù)的名稱
對(duì)SOLIDWORKS零件模型進(jìn)行尺寸標(biāo)注，系統(tǒng)為尺寸創(chuàng)建的默認(rèn)名稱含義比較模糊，如D1、D2、D3、D4、D5等，為了便于其他設(shè)計(jì)人員更容易理解并識(shí)別參數(shù)控制的是什么規(guī)格尺寸，用戶應(yīng)該把作為變量參數(shù)的特征尺寸改為更有邏輯并容易明白的名字。對(duì)于有的特征尺寸，國(guó)標(biāo)中已規(guī)定了尺寸名稱，可以直接命名為變量參數(shù)的尺寸名稱，如d、d1、d3、D、S等;對(duì)于經(jīng)過(guò)推導(dǎo)和換算而得出的變量參數(shù)，也應(yīng)該按照一定的規(guī)則為尺寸重新命名，以方便系統(tǒng)識(shí)別，如l1、l2、l3、d4、d5 等，如圖4所示。
圖4 在有肩導(dǎo)柱零件模型中修改變量參數(shù)的名稱
3 建立有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)庫(kù)
標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用是通過(guò)調(diào)用不同型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)件的特征尺寸數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此必須把國(guó)標(biāo)中規(guī)定的各種有肩導(dǎo)柱的特征尺寸數(shù)據(jù)集合在一起構(gòu)成參數(shù)庫(kù)。本文沒(méi)有使用Access等程序軟件來(lái)開(kāi)發(fā)參數(shù)庫(kù)，而是利用SOLIDWORKS的配置功能通過(guò)內(nèi)嵌Excel文件生成系列零件設(shè)計(jì)表。
3.1 建立Excel文件“有肩導(dǎo)柱.xls”
在A 列中先輸入“有肩導(dǎo)柱代號(hào)”作為該列的名稱，然后依次往下輸入“φ12×40×20”、“φ12×50×20”、“φ12×63×20”等規(guī)格代號(hào)。這里的規(guī)格代號(hào)也就是將要生成的配置名稱，所以必須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行輸入，以方便標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的后期管理和調(diào)用。
將各變量參數(shù)的名稱在后續(xù)幾列中依次輸入，并按照國(guó)標(biāo)在相應(yīng)各單元格中輸入各種規(guī)格有肩導(dǎo)柱零件的特征尺寸數(shù)值，如圖5 所示。應(yīng)注意Excel 文件中變量參數(shù)的表達(dá)式應(yīng)符合配置功能的要求，即變量參數(shù)字母后須加注“@”和該參數(shù)所在的“草圖”或“特征”名稱。
圖5“有肩導(dǎo)柱.xls”Excel文件
3.2 建立變量參數(shù)之間的方程式
在如圖2所示有肩導(dǎo)柱零件圖中，d4和d5為兩處軸頸的直徑，軸階臺(tái)高度一般定為2mm，即d4=d1-2、d5=d3-2，并且對(duì)于任何規(guī)格的有肩導(dǎo)柱零件，都將保持這種固定不變的數(shù)學(xué)關(guān)系。在這種情況下，用戶可以使用SOLIDWORKS 的方程式功能，創(chuàng)建特征尺寸之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，而不需要在Excel文件中列出d4和d5，從而可以有效地減少系列零件設(shè)計(jì)表中變量參數(shù)的數(shù)目并減輕輸入數(shù)值的工作量。
方程式能夠在兩個(gè)特征尺寸之間建立某種函數(shù)關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)改變時(shí)，另一個(gè)隨著改變。在SOLIDWORKS界面，由方程式驅(qū)動(dòng)的尺寸前有“Σ”標(biāo)志，便于用戶識(shí)別和管理。
在“添加方程式”對(duì)話框中，除了基本運(yùn)算符號(hào)以外，還有三角函數(shù)等其他運(yùn)算方式，可供用戶根據(jù)需要選擇。本例中輸入兩者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系：“"d4@草圖3" ="d1@草圖2"-4”、“"d5@草圖5" ="d3@草圖6"-4”，如圖6所示。
在調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，d1和d3的數(shù)值從參數(shù)庫(kù)中調(diào)取，而該方程式的內(nèi)在聯(lián)系就能夠驅(qū)動(dòng)d4和d5尺寸參數(shù)。
3.3 插入系列零件設(shè)計(jì)表
切換到SOLIDWORKS界面，選擇“菜單欄”的【插入】→【系列零件設(shè)計(jì)表】命令，系統(tǒng)彈出“系列零件設(shè)計(jì)表”屬性管理器，如圖7所示。
圖7 系列零件設(shè)計(jì)表生成方法
在“源”項(xiàng)目下，選擇“來(lái)自文件”單選按鈕，然后單擊“瀏覽”找出保存的“有肩導(dǎo)柱.xls”Excel文件，在繪圖區(qū)會(huì)出現(xiàn)在Excel工作表，此時(shí)Excel表格就已經(jīng)生成了系列零件設(shè)計(jì)表。
關(guān)閉Excel表格后，系統(tǒng)彈出信息提示框，提示框中會(huì)列出所生成的配置名稱，如圖8所示。此時(shí)，系列零件設(shè)計(jì)表就保存在零件模型中。
圖8 有肩導(dǎo)柱零件生成的配置
3.4 有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的調(diào)用
打開(kāi)有肩導(dǎo)柱的初始幾何模型，單擊配置管理器ConfigurationManager按鈕，SOLIDWORKS界面會(huì)出現(xiàn)所有配置名稱。雙擊任一有肩導(dǎo)柱規(guī)格代號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用系列零件設(shè)計(jì)表中相應(yīng)一組特征尺寸的數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)模型重構(gòu)，即在原零件基礎(chǔ)上生成新的有肩導(dǎo)柱零件。如圖9所示。
圖9 調(diào)用有肩導(dǎo)柱零件
這種調(diào)用方法使用戶擺脫了復(fù)雜、繁瑣的程序編制過(guò)程，簡(jiǎn)單易用，具有較高的推廣價(jià)值。
4 有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的后期管理
4.1 有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)庫(kù)的修改
標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)建立以后，如果遇到國(guó)標(biāo)修訂、部分參數(shù)變化等情況，可以通過(guò)在SOLIDWORKS界面修改作為參數(shù)庫(kù)的Excel工作表，即可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的數(shù)據(jù)更新。
有時(shí)為了文件管理方便，在不打開(kāi)SOLIDWORKS軟件的情況下，要求對(duì)Excel表格所作的任何更改也能夠反映在SOLIDWORKS模型內(nèi)部的系列零件設(shè)計(jì)表中。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的方法是：用戶建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，在使用“插入系列零件設(shè)計(jì)表”的方法建立配置時(shí)，必須在單擊“瀏覽”找出Excel文件前勾選“鏈接到文件”選項(xiàng)，這樣就可以將Excel文件鏈接到零件模型。所以，標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)一旦建立，修改數(shù)據(jù)非常方便，可以長(zhǎng)期適用，達(dá)到一勞永逸的效果。
4.2 有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的程序驅(qū)動(dòng)
如果設(shè)計(jì)人員掌握了較多的編程語(yǔ)言知識(shí)，具備對(duì)模具標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的能力，上述塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)也可以融入程序運(yùn)行過(guò)程，可以顯著提高設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度，并在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)資源共享。
本文采用Visual Basic 6.0作為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)了較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，達(dá)到了不同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件任意調(diào)用的目的。
4.2.1 建立人機(jī)對(duì)話窗口
打開(kāi)VB文件，設(shè)計(jì)VB窗體界面。VB窗體界面分為三個(gè)部分，左邊部分是為了顯示有肩導(dǎo)柱模型圖像，增加界面直觀性，設(shè)置一個(gè)圖像框Image和一個(gè)標(biāo)簽Labal，標(biāo)題為“有肩導(dǎo)柱圖形”。右邊部分是下拉列表框供用戶選擇零件標(biāo)準(zhǔn)件號(hào)，設(shè)置一個(gè)標(biāo)簽Labal，標(biāo)題為“有肩導(dǎo)柱國(guó)標(biāo)代號(hào)”;一個(gè)組合框ComboBox，標(biāo)題為“請(qǐng)選擇國(guó)標(biāo)代號(hào)”，文本框中可以顯示備選的有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件號(hào)。底部設(shè)置兩個(gè)命令按鈕Command，標(biāo)題分別為“建模”和“退出”。VB窗體界面實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)人機(jī)對(duì)話窗口，如圖10所示。
圖10 設(shè)計(jì)VB窗體界面
4.2.2 窗體加載事件(Load)
在Form_Load()事件過(guò)程中，將有肩導(dǎo)柱標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的所有配置代號(hào)添加在組合框ComboBox中，設(shè)置了如下程序語(yǔ)句：
4.2.3“建模”命令按鈕單擊事件(Click)
在Command1_Click()事件過(guò)程中，設(shè)置了選擇組合框中國(guó)標(biāo)代號(hào)并重新建模的程序語(yǔ)句：
有肩導(dǎo)柱調(diào)用過(guò)程如圖11所示。
圖11 有肩導(dǎo)柱調(diào)用過(guò)程
5 結(jié)束語(yǔ)
利用SOLIDWORKS自身的配置功能，可以使設(shè)計(jì)人員不通過(guò)復(fù)雜的SOLIDWORKS二次開(kāi)發(fā)過(guò)程，就能很方便地建立起塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源共享。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)一旦完成，調(diào)用非常方便、準(zhǔn)確、快速，并且系列零件設(shè)計(jì)表中的數(shù)據(jù)開(kāi)放性強(qiáng)，便于修改，不涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，這種方法在中、小型模具企業(yè)有著較高的應(yīng)用價(jià)值。
