龔光軍+陳傳勝

摘要：針對學院《沖壓工藝與模具設(shè)計》課程設(shè)計中的不足，開發(fā)了基于Solid Works二次開發(fā)的沖壓模具課程設(shè)計系統(tǒng)，運用參數(shù)化的設(shè)計思想，實現(xiàn)了沖壓模具關(guān)鍵零部件的設(shè)計，通過標準件的選用，完成了整個模具的裝配和運動仿真。經(jīng)過一年的實踐反饋，大大提高了學生課程設(shè)計的興趣，促進了學生對沖壓模具設(shè)計知識的全面掌握。

關(guān)鍵詞：沖壓工藝與模具設(shè)計；二次開發(fā)；課程設(shè)計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）06-0243-02

對于高職院校的模具設(shè)計與制造專業(yè)，《沖壓工藝與模具設(shè)計》課程是其專業(yè)核心課程之一，有著不可或缺的重要作用。而《沖壓工藝與模具設(shè)計》課程設(shè)計更是模具設(shè)計與制造專業(yè)教學中相當重要的實踐環(huán)節(jié)之一。在整個實訓周期，學生需要掌握模具設(shè)計的整個流程及方法，并且自己獨立查找模具設(shè)計大典、模具設(shè)計手冊等相關(guān)資料，綜合運用模具設(shè)計知識，并且通過一系列計算，完成整套模具零件圖的設(shè)計、繪制與裝配。通過實訓，可以讓學生從理論知識的學習逐步過渡到實際模具的設(shè)計。

1 沖壓工藝實訓教學現(xiàn)狀

高職院校模具設(shè)計與制造專業(yè)大多都有開設(shè)沖壓模具課程設(shè)計實訓，該實訓一般為期兩周，目的是讓學生掌握整個沖壓模具的設(shè)計流程，主要內(nèi)容包括模具類型選取，模具關(guān)鍵零件設(shè)計與零件圖繪制，模具刃口尺寸計算，模具排樣圖的設(shè)計，模具裝配圖的繪制等等。在其中零件圖和裝配圖的繪制過程中，大多數(shù)學校還采用手工繪圖，由于零件數(shù)量較多，學生無法將所有零件圖全部畫完，這就導致裝配圖只能畫出示意圖，從而更加無法了解這樣的裝配是否會出現(xiàn)各個零件的相互干涉，以及裝配出來的模具是否能夠滿足設(shè)計說明書的要求。

為了解決學生在沖壓課程設(shè)計中出現(xiàn)的問題，近年來，隨著計算機繪圖的普及與發(fā)展，部分學校開始讓學生采用AutoCAD或者CAXA等軟件繪圖，這在較大程度上提高了學生的繪圖速度以及圖形的可讀性，不過在三維立體圖方面還有所欠缺。還有部分院校讓學生采用三維軟件，比如UG NX10.0或者solidworks2015等軟件進行零件圖的繪制和裝配圖的組裝，更加立體的圖形讓學生能夠?qū)Ω鱾€零部件有更深刻的認識，由于繪圖的工作量較大，很多學生采用分工合作，一部分負責設(shè)計計算，一部分負責畫圖，這就使得學生很難掌握模具的整個設(shè)計與繪制流程。

有鑒于此，本文以SolidWorks為基礎(chǔ)，在VC++環(huán)境下，針對現(xiàn)有《沖壓工藝與模具設(shè)計》課程設(shè)計中的不足之處，運用參數(shù)化設(shè)計，設(shè)計出模具的所有關(guān)鍵零件，通過選擇其他標準件來完成整個模具的裝配圖，并且可以動態(tài)演示加工效果的課程設(shè)計系統(tǒng)。經(jīng)過一年的教學與反饋發(fā)現(xiàn)，直觀的動畫有效地提高了學生學習的興趣，讓學生真正掌握整個模具設(shè)計的工藝和流程，更好地完成設(shè)計任務(wù)。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為了讓學生真正掌握沖壓模具設(shè)計的整個流程，本系統(tǒng)的設(shè)計思路與沖模設(shè)計流程完全吻合，其流程圖如圖1所示。

模具前期設(shè)計計算主要包括模具類型的選擇（采用單工序模具、復合模還是連續(xù)模），模具關(guān)鍵零件尺寸的計算，模具的排樣設(shè)計，材料利用率的計算，沖壓力的計算，壓力機的選擇等等。

模具參數(shù)化設(shè)計主要是把計算的結(jié)果輸入到系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計對話框中，系統(tǒng)將自動生成零件的三維圖，標準零件的調(diào)用是根據(jù)標準件的選擇直接從標準件庫中調(diào)取零件三維圖。

裝配模塊是在所有零件的三維圖都準備好后自動將其組裝起來。

運動仿真模塊是在裝配結(jié)束后實現(xiàn)模具的運動仿真，模擬真實模具加工場景，同時自動檢查是否會出現(xiàn)零部件的相互干涉現(xiàn)象。

裝配圖與零件圖打印輸出模塊是根據(jù)三維裝配圖，自動生成二維裝配圖，或者選擇不同的三維零件轉(zhuǎn)換成二維圖進行輸出打印，作為課程設(shè)計結(jié)束后的紙制資料上交保存。

3教學設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 開發(fā)工具選擇

教學系統(tǒng)采用SolidWorks作為三維開發(fā)軟件，在該軟件中，SolidWorks API是SolidWorks專門提供給開發(fā)人員使用的接口，這個接口是完全開放的而且功能齊全，它為開發(fā)人員提供了大量的功能函數(shù)，開發(fā)人員只需調(diào)用這些功能函數(shù)便可輕松實現(xiàn)所需要的功能，例如生成草繪圖形并實現(xiàn)拉神、旋轉(zhuǎn)等。SolidWorks API具有很好的兼容性，只要是支持OLE（Object Lingking and Embedding）和COM（Commponent Object Model）的編程語言，如Visual C++，VB等都可以用來進行SolidWorks的二次開發(fā)[1]。

考慮到SolidWorks軟件自身是由VC++開發(fā)的，若用VC++來對SolidWorks進行二次開發(fā)，一方面有助于軟件自身的兼容性，另一方面開發(fā)出的功能模塊也能夠更好的嵌入到SolidWorks中，實現(xiàn)VC++與SolidWorks的無縫鏈接。因此，本文以VC++6.0作為二次開發(fā)軟件。通常對SolidWorks二次開發(fā)有兩種方法：其中一種方法是基于自動化技術(shù)，開發(fā)出*.exe形式的程序，直接運行；另外一種方法是基于COM技術(shù)，先編寫動態(tài)鏈接庫（*.dll）程序，然后將該動態(tài)鏈接庫嵌入到SolidWorks菜單欄中，使其作為SolidWorks軟件中的一個插件使用。本研究運用的是第二種開發(fā)方式，即生成dll文件，然后嵌入到SolidWorks軟件中。

3.2 參數(shù)化設(shè)計模塊實現(xiàn)

參數(shù)化設(shè)計模塊包括凸模，凹模，凸模固定板，凹模固定板等的參數(shù)化設(shè)計，這里以凸模的參數(shù)化設(shè)計為例。在我院沖壓工藝與模具設(shè)計課程設(shè)計中，零件中采用的凸模主要有圓形，方形和其他形狀，如下圖所示為圓形凸模的參數(shù)化設(shè)計界面。標準圓形凸模的主要尺寸包括臺肩直徑D1和臺肩高度h，凸模的兩個直徑D和直徑d，以及凸模總高度L，在設(shè)計此類凸模時，學生只需要根據(jù)計算將數(shù)值輸入到對話框中的凸模參數(shù)欄中，點擊預覽按鈕便可以在SolidWorks中快速生成凸模三維圖形。圖2中a圖所示為凸模設(shè)計對話框，在凸模參數(shù)欄中輸入d=10.2mm，L=55mm，h=3mm，D1=17mm，D=14mm后，點擊預覽按鈕，會彈出如b圖所示圖形，點擊確定按鈕則自動生成。

3.3裝配模塊設(shè)計實現(xiàn)

裝配設(shè)計一般可以采用自上而下或者自下而上兩種方法來實現(xiàn)[2]，在本系統(tǒng)中，我們采用的是自下而上的設(shè)計思路，即首先將零件畫好再裝配。裝配時，依次將零件加入到裝配體中，同時根據(jù)相互之間的約束關(guān)系進行約束。若裝配好以后有部分零件需要更改，只需要更改該零件的參數(shù)，只要約束關(guān)系不變，待零件更改結(jié)束后，系統(tǒng)中的裝配圖也會自動更新零件尺寸和形狀。如圖3所示為裝配以后的形狀。

3.4運動仿真模塊設(shè)計實現(xiàn)

對裝配好的裝配圖實現(xiàn)三維動畫模擬仿真演示[3]，在演示過程中判斷是否會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象以及其他模具設(shè)計方面的問題，比如沖壓模具設(shè)計中凸模長度是否足夠，條料在加工結(jié)束以后是否可以正常卸下，零件或者廢料是否可以從凹模洞口中順利排出或者頂出等等。通過運動仿真可以讓學生完全掌握常見沖壓模具的設(shè)計知識，同時運動仿真的完成也會大大增加學生的自信心和實訓工作完成的成就感。如圖4所示為運動仿真過程中的截圖，從中可以看到條料已經(jīng)伸入模具中，并且已經(jīng)加工出了兩個零件，加工過程所產(chǎn)生的廢料從凸凹?？字信懦雎湎?。

4結(jié)論

本文通過對SolidWorks的二次開發(fā)，對沖壓模具中所有零件實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計，學生通過必要的計算以后，直接在軟件中輸入各個參數(shù)值，軟件即可自動生成零件圖，同時，還可以對零件圖進行自動裝配，在裝配過程中完成干涉檢查，并在最后實現(xiàn)運動仿真。通過一年的實際使用測試，自動裝配和運動仿真的視覺效果大大增加了學生做課程設(shè)計時的興趣，提高了課程設(shè)計的效率，學生通過軟件的使用，可以更迅速的掌握整個模具設(shè)計的全部知識，為后續(xù)的學習以及今后走上工作崗位都奠定了堅實的基礎(chǔ)。本研究對于其他類似課程的課程設(shè)計實訓也有較強的參考意義。

參考文獻：

[1] 孟慶當，丁戰(zhàn)友.浮選機關(guān)鍵零件的參數(shù)化設(shè)計[J]，西安工程大學學報，2014，28（4）：496-507.

[2] 趙盼，張燕，基于SolidWorks二次開發(fā)的零件三維參數(shù)化設(shè)計及裝配[J]，科學技術(shù)與工程，2010，10（7）：1674-1679.

[3] 黃曉辰，張明路.基于SolidWorks二次開發(fā)的三維實時運動仿真方法[J]，機械設(shè)計，2014，31（12）：12-15.