模具类课程的数字化模型数据库系统设计

赵小娟 夏冰

摘要：通过分析模具类课程的现状，设计了一种数字化模具数据库，该数据库采用数字化教学方式，打破传统的理论与实践分离的教学模式，使学生自主学习，寓教于乐，改变以往的实验环境和实验方式。以先进的虚拟现实技术实现教学过程中数字化。以数据库形式代替以往的理论教案，使学生不仅了解知识更懂实践，本项目的实施可以对机械类相关课程进行推广，例如，模块化教学的研究、数据库的创建。另外，本学院机械工程专业学生专业方向为机器人方向，可借鉴本部分的虚拟现实技术，开发适合本专业的应用。

关键词：模具课程;数据库;数字化

中图分类号：TP3        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）11-0021-03

1 现状分析

目前《模具设计》课程的教学属于理论教学为先，而后实验验证，最后课程设计（材料成型及控制工程专业方向有课程设计，机械方向无），学生对模具设计的流程和思路以及创新缺乏系统与完善的认识，在毕业设计中，该教学模式的弊端暴露较多，体现在：设计思路模糊，设计理念陈旧，设计结构不合理，工艺分析片面。

本人经过长期课程教学以及对学生的调研了解到理论与实践部分的分离，导致学生在接收理论知识时一知半懂，后续又缺乏巩固与深入的查找资料，导致实践课部分纯粹当一场演示实验进行，“只要有已知量必得正确结果”已成为实验课的正常行为模式，在这个实验过程中缺乏认知与创新，最重要的是，这些实验都是已经设定好的，按步操作。

由于本人还从事模具软件类的教学，在教学中发现，采用三维实体建模时，学生均能够积极参与并主动思考，一般此类课程深受学生喜爱，并且，会在课后主动练习，学习方法。

基于以上现状，本项目拟建立一套模具设计类的数字化模型库，再辅助于虚拟现实技术。对模具中的结构进行模块化设计，并利用虚拟现实技术，实现学生在工艺设计、模具设计、模具装配、模具调试等过程中的虚拟实现。在课程的教学中，利用该技术，即时了解模具结构、即时参与模具设计与制造的各个环节，并即时解决模具设计与制造中存在的问题，达到系统化教学与设计的目的。

2 目的意义

根据以上现状的分析，本项目对我院模具设计类课程的教学具有以下意义：

（1） 提高学生课堂积极性，学生在实践中完成课程;

（2） 减少模具拆装设备的投入。目前本实验室仅7套可供拆装的模具，对模具结构的了解极为有限，采用数字化模型后，可自行创建三维模型数量;

（3） 课程结构的影响。不用单独设置课程设计，可使学生在理论课程中完成设计内容;

（4） 毕业设计质量的提高。解决了目前毕业设计中模具类题目的尴尬处境——复杂零件不会设计模具，简单零件设计没有新意;

（5） 该项目的进行必须引入先进的制造方法。目前我校引入了3D扫描和3D打印设备，虚拟现实中的场景均可用该设备并辅助一定的三维软件创建，利用该设备，可以快速实现零件的建模与制造，对教学和科研均有重要影响。

（6） 为数字化教学提供一定的依据。

3 项目实施步骤

3.1模具设计流程分析

以塑料注塑模具和冲压模具两类模具设计为依据，根据设计方式不同分别加以说明。

（1）塑料注塑模具的设计

根据传统教学中的塑料注塑模具设计，总体目标可分为以下几部分。

首先做产品分析。开模方向，分模面等外形尺寸厚度进行综合分析，其次根据产品尺寸进行三维软件进行出图，一般来说主要是三视图的建立，然后将图纸导入对应软件进行分析。

对产品进行模具内排列分布的分析，根据模具长宽等参数确定模具产品在模具内的排布方式。确定模型大小以及抽芯机构、顶出方式，完成基础数据分析后再对模具进行浇注系统、排气系统、冷却系统、顶出系统等系统设计，完结之后完成辅助零件的开设，最后完成一套模具的设计。

（2）冲压模具的设计

首先根据产品生产的批量对模具类型及结构做一个模具类型的确定，再者就是对产品进行三维视图的制作，然后进行三维软件的出图并且导入与之相对应的软件里面，进行整体效果的预览。然后对模具进行工艺性分析，材料的热处理等随后完成冲压工艺的方案制定，主要围绕冲孔落料的顺序进行最终方案的拟定。根据模具结构形式的确定，完成數据处理压力的计算、出件的方式等。在完成一系列方案的制定之后针对模具主要零件进行设计，主要包括凸模、凹模、垫板、固定板、卸料板等工件的设计，在完成总装配的确定之后及完成一套模具的基础设计。

3.2模具系统搭建

模具系统主要分为五大板块，根据用户使用侧重主要分为目标产物、零件板块、效果展示、装配组合和系统文件管理，如图1模具系统流程图。目标构架在制作的过程中相对独立，流程框架成递进关系，为了更加充分地展示教学。板块的模具内容，采用逐层递进的方式，让用户在使用系统的时候更加全面地了解模具的分类、零件的分类及各个零件在模具出件过程中扮演的角色从而完善教学质量。

3.3其他部分

除此之外，还应该设置模具系统登录模块、教学客户端、教学资源服务器、数据库处理及设计四大块内容。

4模具数据库系统建立

4.1系统介绍

软件系统由五大初始板块构成结构构成骨架，主要分为以下五个系统。

（1） 登录界面

登录系统是进出系统的第一道关卡，在教学端口使用之前，每位使用者正确输入基本信息即可使用系统反之无法使用。

（2） 产品管理

产品管理是系统零件数据库的结晶，在系统数据导入的时候，产品管理板块是系统版块内容的综合呈现。

（3） 零件管理

所有模具零件构建成一个数据库，里面包含能用到的所有零件，在构建板块的时候，导入模具子零件。

（4） 三维效果预览

对系统进行一个基础的调试作用，会根据不同使用者对软件使用的喜好程度，自行调试一些基础的设备，多元化系统的使用，让软件更有层次立体感。

（5） 装配管理

系统会根据不同使用者在使用过程当中操作的不规范行为以及当前课件内容情况定期生成数据报表，让管理员能实时了解当前使用情况及用户体验。

4.2系统展示

在设计模具教学管理系统时，主要使用的是Visual Basic的基础编程作为软件设计的载体，涉及三个方面的内容：一是SQL，基于SQL运用的基础，构建一个数字化平台，为板块的构建提供原始动力，把已经录入的数据模块化，导入各类零部件模块，供使用者自由调处使用，建立完善的导出体系，可以导入各类模具的三维仿真模型，以及各类条件的装配条件;二是COM检测，主要把组件与组件之间串联起来，使操作系统更加协调、有条不紊的运行;三是系统平台使用的范围，考虑到Windows系统运行的局限性，在设计开发系统的时候特别考虑到管理参数的问题，软件本身并不需要其他软件作为承载体，能再Windows10的系统上流畅运行，不会出现软件冲突及不兼容的情况。

（1）系统的登录页面，用户需要根据提示在输入框中输入用户和密码，经过验证之后用户才算是成功登录了系统。如图2所示。

（2）在使用软件的第一步就是识别用户信息，所以用户在使用软件的时候必须正确登录系统，当密码不正确，系统会提示不能进入系统，当累计无法正确输入密码达到三次以上，将没有进入系统的资格。

（3）正确进入系统之后，使用者将会进入软件管理板块，操作界面分5大板块，产品板块、零件板块、三维模拟板块、装配示意板块及系统文档，板块与板块之间依次关联，三个板块对应用户不同的需求发挥不同的作用，如圖3所示。

（4）产品板块，产品板块里面包括了系统目前储存的全部零部件的实物图形，在板块构建的时候，实物板块作为让用户直观感受到目标零件，所以标注有实物尺寸，点击图片可以放大图片如图4所示，该板块的初衷旨在协助用户对目标产物辅助了解以及初步了解建模。

（5）零件管理板块是系统设计的核心板块，也是系统数据库的载体，所有的零件都可以再该板块进行调用，用户可以按照需求在板块调用零件，然后进行目标产物的组装，根据所选择模具种类的不同，出件方式不同暂时分为塑料模和冲压模两种，根据目标产物的结构，用户可以选择合适的出模方式，然后选择与之相对应的零件组成配套，在板块设计的初期，各零部件的命名按照所使用模具种类和零件名称进行命名（参考文件命名章节），用户可根据需要自行导入除基础零件以外的零件，操作步骤如下所示。

1）找到目标文件所在的文档对应的文件夹，根据模具零件分类标准及出件方式，找到对应文档，将图片插入对应文件夹如图5所示。

2）按照命名方式，对文件进行重命名，导入对应文件夹后打开模具管理系统如图6所示。

3）重新编辑零件基本信息，完善新增零件四项信息零件编号，零件名称，零件类型，模具类型后，然后点击添加按钮，随后更新图片重启系统及完成子零件的添加及导入如图7所示。

（6）三维展示，对目标零件装配做一个直观的了解，方便用户在使用的时候对目标产物有一个了解如图8所示，在辅助教学的过程中也能帮助用户认识模具结构。点击模具图片可以缩放三维图面。

5 结语

本系统对模具中的结构进行模块化设计，实现学生在工艺设计、模具装配、模具调试等传统授课中存在的难度进行了一定程度上的改进。在课程的教学中，利用软件技术，即时了解模具结构、全方面了解各结构的工作原理，并即时解决模具设计与制造中存在的部分教学问题，并且在此过程中自己对专业性知识做了进一步的升华，许多棘手的问题在合作中得以解决。

本系统解决了在模具教学方面的局限性，并且能够系统性的提高模具设计教学过程存在的一系列与现实应用不同步的问题，在丰富了教学质量的同时又增加了使用者的动手能力，实现模具教学的现代化，利用模型库进行教学，能够有效地覆盖实际应用中存在的一系列问题，达到真正提高学生综合能力的目的。

参考文献：

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【通联编辑：朱宝贵】