一种快速准确的CAD车轮液锻模具设计系统

李全军，刘文中

(1. 淮南职业技术学院 机电工程学院，安徽 淮南 232001； 2.安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

随着我国科学技术水平的不断提高，模具行业快速成长，即使在2008年经济危机的冲击下，依旧保持了一个快速增长的势头[1-3]，而基于CAD设计开发技术亦随之应运而生，并且在近两年快速发展，此项技术大大提高了设计效率，由于基于二次开发过程的CAD技术可在设计阶段对模具加工过程中所出现的问题进行预测分析，提高了模具加工效率，缩短了模具加工周期，直接降低了生产加工模具所消耗的成本。而目前国内外大多数学者将研究热点集中在了传统的冲压模具或者是吹塑模具方面，而对于近年来新兴的锻压液态模具的研究鲜见报道，因此基于CAD液锻模具设计技术还处于初级阶段，以5°汽车深槽轮辋为设计对象，基于Pro/E所具有的二次开发功能联合CAD液锻车轮模具设计技术，得到一种快速准确的CAD车轮液锻模具设计系统，此系统的提出，可大大减少液锻模具的设计周期以及在加工之前即可完成对各个零件以及镶块进行装配调试，提前发现问题，即能够为液锻模具加工工艺提供理论参考。

1 液锻模CAD设计系统开发技术路线

基于CAD模具设计技术对液锻模具进行系统设计，可根据不同汽车结构的实际需求，快速准确规范地设计出车轮液锻模具[4-6]，并且在设计完成时即可得到汽车轮液锻模具的各类制造加工工艺所需的参数。基于CAD二次开发液锻模设计流程如图1所示。

图1 参数化设计过程

2 Pro/E二次开发关键技术

2.1 参数化模型设计技术

5°深槽汽车轮辋液锻模总装图如图2(a)所示[7-8]，为了能清晰描述液锻模结构，轮辐截面图如图2(b)所示，在基于CAD液锻模具设计技术对汽车轮辋模具进行设计开发过程中，结合图1给出的设计流程，应先对汽车轮辋的结构进行分析、拆解，具体细化到每一个组成零件或是镶块的参数设计，亦包含液锻模的推出机构的参数设计，再将各个子零件/镶块的参数进行汇总，即可得到符合实际需要的整体车轮轮辋的液锻模的设计规格，实现对此类模具的快速准确设计。

图2(a) 车轮液锻模模具结构图 图2 (b) 轮辋的几个主要名称及位置

此类模具设计所用到的两种设计方法如下：

(1)利用软件提供的“参数”及“关系”指令：在Pro/E中选择“参数”指令，结合国家标准(GB/T3487-2005)中规定的车轮轮辋尺寸、工艺参数，并将其设定为可变参数，具体实现过程；选择“关系”指令，即可在Pro/E软件中将各个子零件/镶块的尺寸参数与实际需要的汽车车轮轮辋模具尺寸联合起来，即可实现软件参数库与实际车轮模具建立必要的关联。只需为设计人员提供基本的车轮尺寸，其即可在软件库中调用各类适用的零件进行组合装配再生设计，大大降低了设计人员的工作量。

(2)几何复制：使用Pro/E软件中的“外部复制几何”指令，可将车轮轮辋实际三维图的型面复制，直接形成液锻凸、凹模型面，利用“关系”指令对复制过来的型面进行重生，得到轮辋模具的三维零件图。如果轮辋尺寸发生改变时，设计人员只需改变其参数尺寸或是从零件库中调用适合的零件模型进行装配设计即可，大大提高了设计效率。

2.2 开发环境、工具及程序的连接技术

经过工作实际验证分析，VC++开发语言可以较好地与CAD系统进行融合，构建出汽车车轮轮辋设计系统，而开发工具选用Pro/E软件下的TOOLKIT指令，CAD液锻模设计系统数据库采用微软自带的Access软件建立[9]，便捷的二次CAD开发系统的关键技术即是在VC++构建的系统开发环境中，基于编制的程序将数据库与所用的开发软件有机结合起来，形成一个可以快速存储调用的一个有机整体。ODBC体系构架如图3所示。

图3 ODBC体系架构示意图

2.3 用户操作界面设计技术

车轮轮辋CAD液锻模设计系统操作界面是在VC++编程开发环境下，利用C++汇编程序实现的，通过C++编程语言将Pro/E软件下的TOOLKIT指令进行连接，其主要由系统选项以及弹出的对话框两类组成，操作界面指令体系树[10]如图4所示。

图4 液锻模CAD系统操作界面指令

2.3.1 CAD系统菜单创建

图5为二次开发后在Pro/E软件中所显示出的本液锻模CAD系统菜单。具体实现步骤如下所述：

图5 CAD系统总体结构图

第一步：在View.h里的public:下定义变量：CString str;

在View.cpp的构造函数里将变量值赋空：str=“ ”;

第二步：将5°汽车轮辋系列液锻模CAD系统的子菜单“车轮液锻模工作零件CAD模型”的ID标识符ID_SD_YT_PL映射到视图类View里：

例如：ProCmdActionAdd("5°汽车轮辋系列液锻模CAD系统",其具体实现如下所述：

void CMyView::OnSdYtPl()

{ str=“车轮液锻模工作零件CAD模型”;

Invalidate();

}

2.3.2 CAD系统对话框创建

本液锻模CAD系统中对话框的创建需要以下几个步骤。

第一步，建一个单文档的应用程序(或用例2.1程序)，名为：“5°汽车轮辋系列液锻模CAD系统”建立菜单；

第二步，给菜单连接一个类。在快捷菜单中选中ClassWizard命令，首先弹出Adding a Class对话框(图6),选择Select an existing class项。

图6 Dialog Properties 对话框

第三步,连接菜单和应用程序的主窗口。菜单IDR_MENU1连接了一个类，这只是表示该菜单可以调用程序中这个类的成员函数和成员变量。此时在应用程序的主窗口中仍然没有显示菜单，这是因为菜单还没有和应用程序主窗口连接起来。

第四步，为命令按钮生成消息处理函数：依次给ID_TIME_BUTTON、ID_SHOW_ BUTTON和ID_EXIT_ BUTTON三个命令按钮，在CEX4_2Dlg类中映射BN_CLICKED消息的成员函数OnTimeButton、OnShowButton和OnExitButton。因这三个命令按钮的功能与三个菜单项“时间”“显示”和“退出”的功能完全一样，故直接调用相应的菜单函数。程序清单如下粗体部分所示：

void CEx4_2Dlg::OnExitButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnExitMenu();

}

void CEx4_2Dlg::OnShowButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnShowMenu();

}

void CEx4_2Dlg::OnTimeButton()

{

// TODO: Add your control notification handler code here

OnTimeMenu();

}

综上，基于CAD对车轮轮辋液锻模设计系统搭建完成，根据所选液锻模模具尺寸类型，可以完成车轮轮辋液锻模的各个零件以及镶块的尺寸参数进行设计，并可以为液锻模生产加工工艺提供理论指导及技术支持，大大提高了车轮轮辋液锻模设计效率，并提高了加工过程中的精确度。

3 CAD系统运行

若想将上述的CAD液锻模设计系统在Pro/E环境下进行联合设计，第一步应完成软件注册文件的编制，并生成.dat格式的文件，此文件文件名为registry file.dat，具体实现程序如下：

name WLFDCADsys

STARTUP DLL

exec_file E:WLFDCADsysDebugWLFDCADsys.dll

text_dir E:WLFDCADsysRelease ext

revision 24

allow_stop TRUE

end

此时，在Pro/E软件中点击“工具”菜单下的“辅助设计应用程序”指令，可对整个设计系统进行注册、打开以及关闭等操作。打开Pro/E，菜单栏即可出现上述编制的CAD液锻模设计系统的“5°汽车轮轮辋液锻模CAD设计系统”菜单选项。设计人员即可对不同的汽车轮轮辋液锻模快速进行设计。例如，想要对液锻模上下模进行设计时，可根据菜单指令选择适当的CAD零件模型，完成相关的设计工作，如图7所示。同理可得其他零件的设计步骤，最终得到整套液锻模的总装模型。

图7 零件设计对话框

4 结语

在Visual C++构建的开发环境下，基于C++编程语言将Access数据库和Pro/E软件完美连接，较好地实现了利用CAD软件对液锻模进行二次开发设计等相关工作，此设计系统较之传统设计具有快速、准确的优势，亦可缩短液锻模设计时间，改善设计人员的工作环境，并可为生产加工工艺提供管论参考，可以为模具设计及制造企业提供一定的理论指导。