基于UG的冲压模具智能设计原型系统

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3.0 陈辉 2024-11-19 5 4 1.13MB 68 页 15积分

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摘要

模具作为现代制造业的基本工艺装备之一，对产品和质量有着非常重要的作

用，其制造技术水平可以衡量一个国家的产品制造水平。随着社会对生产率的要

求，模具制造工业也正在逐步走向自动化。

计算机集成制造系统CIMS是制造业自动化的趋势，计算机辅助工艺过程规划

CAPP是计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM之间的纽带，在整个CIMS制

造系统中起着至关重要的作用。通过特征识别技术，计算机能自动提取CAD模型

中的制造特征及其特征参数信息，保障CAPP的可靠运行。

本文研究了冲压模智能设计原型系统的框架结构，依据智能系统的功能要求，

提出了系统的三大功能模块，即特征识别模块，CAPP模块和模具生成模块。

本文对典型的冲压工艺进行了深入研究，在特征识别层面归纳了典型冲压工艺

的特点并对其进行了分类。提出了基于面类型及其组合约束的特征识别方法，即

FRBFT方法，此方法能使用户以一定柔性方式输入零件，并能快速并有效地自动

提取用户输入零件的制造特征及其特征参数。

本文研究了CAPP系统的特点及类型，在CAPP系统中，使用了的基于框架的知

识表示方法和基于规则的推理RBR方法，提高了CAPP效率。

UG是美国UGS PLM Solutions公司优秀的CAID/CAD/CAE/CAM一体化高端软

件，在模具设计和制造方面有着越来越重要的应用。本文对UG二次开发技术进行

了深入研究，使用UG提供的接口函数UG/OPEN API函数对UG进行开发，将特征

识别技术、CAPP技术等与UG界面进行无缝集成，并使用部分人机交互和部分自

动化形式运行系统，使系统界面友好并具一定智能性。

本文所论述的系统，不论在研究上还是实用上都具有较高的价值。它从用户

输入需要加工零件的数据模型到模具的输出过程中，综合运用了特征识别技术、

计算机辅助工艺规划技术、UG二次开发技术等多种技术相结合，为实现制造业自

动化及其可靠性提供了研究思路和依据。

关键词：UG二次开发特征识别 CAPP 智能系统

ABSTRACT

Mould, as one of the basic technique equipment of modern manufacturing, plays a

very important role in its quality of the product. And it’s manufacturing technology can

measure the level of a country's manufacturing ability. With social demands on

productivity, mold manufacturing industries are gradually becoming automatic.

CIMS (Computer Integrated Manufacturing System) is the trend of manufacturing

automation. CAPP (Computer Aided Process Planning) is the link of CAD (Computer

Aided Design) and CAM (Computer Aided Manufacture) which plays a very important

role in the entire manufacturing system. Feature recognition technology is the link

between the CAD and CAPP . Feature Recognition technology allows computers to

extract manufacturing features and parameters form CAD model for CAPP

automatically, so as to ensure the reliable operation of CAPP.

This paper studies the framework of the prototype system on intelligent design for

die. According to the functional requirements of the intelligent system, author proposed

three functional modules of system, they are Feature Recognition module, CAPP

module and mould generation modules.

This paper studies the typical stamping processing deeply, and summed up the

typical characteristics of the stamping process and classify the typical stamping

processing .Author proposed a recognition method which based on the face type and it’s

composition and constraint, that is, FRBFT method. This method allows user to input

the parts with a certain flexibility, and also can make computer automatically extract the

manufacturing features and feature parameters of parts quickly and effectively which is

inputted by users.

This paper studies the the characteristics and types of CAPP system .In CAPP

system, author apply the method of knowledge representation based on framework and

the method of reasoning based on rule which called RBR (Rule-Based Reasoning), so as

to improve CAPP efficiency.

UG is the UGS PLM Solutions Company’s outstanding CAID/CAD/CAE/CAM

software .It has applied to mold design and manufacturing by more and more users. It

has a good opening, the application of Microsoft Corporation’s Microsoft Visual C++

6.0 interface with UG for it’s secondary development can customize the user interface

and functionality.

This paper deeply studies the technology of UG secondary development.Apply UG

OPEN API functions which are provide by UG for it’s secondary development.Through

UG secondary development,system will integrated feature recognition technology,

CAPP technology and mould generating technology into UG interface.The system will

partly apply interactive operation and partly apply automated operation , so as to make

the system a user-friendly one and also has some intelligence.

The system which this paper describes have high practical value both in research

and application. From inputting digital model of parts to outputting mould, the system

apply the feature recognition technology, CAPP technology and UG secondary

development technology etc.This provides the ideas and research basis for

manufacturing automation and it’s reliability.

Key Word: UG Secondary Development, Feature Recognition, CAPP,

Intelligent System

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ............................................................1

§1.1 引言 ............................................................1

§1.2 冲压模具智能设计系统国内外发展现状 ..............................2

§1.2.1 国外发展现状 ................................................2

§1.2.2 国内发展现状 ................................................2

§1.2.3 小结 ........................................................3

§1.3 本课题研究内容及意义 ............................................3

§1.3.1 本课题研究内容 ..............................................3

§1.3.2 本课题研究意义 ..............................................5

§1.4 本章小结 ........................................................ 5

第二章基于 UG 的冲压模智能设计原型系统框架研究 ..........................6

§2.1 基于 UG 的冲压模智能设计原型系统综述 .............................6

§2.2 基于 UG 的冲压模智能设计原型系统框架建立 .........................6

§2.3 本章小结 ........................................................8

第三章钣金冲压件特征识别技术研究 .......................................9

§3.1 特征识别技术概述 ................................................ 9

§3.1.1 特征定义与分类 ..............................................9

§3.1.2 特征识别方法 ................................................9

§3.2 钣金冲压件特征识别技术概述 .....................................11

§3.2.1 钣金冲压件在冲压工艺中的分类 ...............................11

§3.2.2 钣金冲压件在特征识别中的分类 ...............................12

§3.3 基于 FRBFT 的钣金冲压件特征识别技术研究 .........................13

§3.4 本章小结 .......................................................21

第四章钣金冲压件 CAPP 技术研究 .........................................22

§4.1 计算机辅助工艺设计(CAPP)概述 ...................................22

§4.1.1 CAPP 概念及类型 ............................................ 22

§4.1.2 CAPP 发展历程 .............................................. 23

§4.1.3 CAPP 研究与应用中存在的问题 ................................ 24

§4.2 钣金冲压件 CAPP 技术研究 ........................................25

§4.2.1 钣金冲压件 CAPP 技术综述 ....................................25

§4.2.2 钣金冲压件 CAPP 知识表示技术研究 ............................ 26

§4.2.3 钣金冲压件 CAPP 推理技术研究 ................................ 32

§4.3 本章小结 .......................................................35

第五章系统实现及运行实例 ..............................................36

§5.1 系统开发环境及实现 .............................................36

§5.1.1 UG 二次开发环境及框架 ...................................... 36

§5.1.2 UG 应用开发工具 ............................................ 37

§5.1.3 UG/OPEN API 应用范围 ....................................... 37

§5.1.4 UG/OPEN API 运行模式 ....................................... 38

§5.1.5 在 VC＋＋6.0 中创建一个 UG／Open API Project ................ 38

§5.2 系统模块流程及关键函数 .........................................39

§5.2.1 系统流程 ...................................................39

§5.2.2 钣金冲压件特征识别模块流程及关键函数 .......................40

§5.2.3 钣金冲压件 CAPP 模块流程 ....................................44

§5.2.4 模具生成模块流程及关键函数 .................................45

§5.3 系统运行实例 ...................................................48

§5.3.1 无凸缘拉深、翻孔复合特征运行实例 ...........................48

§5.3.2 有凸缘拉深、翻孔、冲孔复合特征运行实例 .....................55

§5.4 本章小结 .......................................................59

第六章结论与展望 ......................................................60

参考文献 ...............................................................61

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .........................64

致谢 ..................................................................65

第一章绪论

§1.1 引言

冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑

性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。

全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分是经过冲压制成成品。汽车

的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯

硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿

等产品中，也有大量冲压件。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的

特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以

提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一

致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的

切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件，但仍优于铸件、锻件，切削

加工量少。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一

台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全

自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。

冲压工艺的上述优点，决定了冲压生产在加工制造行业乃至国民经济中占相当重

要的地位。

冲压件冲压工艺的设计决定了冲压成形的工艺过程，并为模具设计提供了依

据。由于模具是冲压产品成形的必要装备，因此，模具的设计水平直接影响了冲

压件的质量和生产效率。面对日益激烈的市场竞争，降低模具设计成本是必然要

求。模具设计周期的缩短及其设计可靠性的增加是降低模具设计成本最直接有效

的方法。

随着机械制造生产技术和计算机技术的发展，

CAD/CAM技术在冲压生产中得

到了越来越广泛的应用，使冲压件的制造技术有了很大程度的提高。但冲压件的

工艺设计却没有多大发展，仍然停留在以工艺设计人员的经验和知识为主，通过

类比进行设计上面。这种低效率、低可靠性的传统工艺设计方法己不能适应现代

的产品发展的需求。因此，采用计算机辅助的方法来提高冲压工艺设计水平已成

为一种必然的趋势。

随着先进制造技术的不断涌现及发展，生产自动化越来越成为人们关注的焦

点。作为生产自动化中的两个重要环节的CAD和CAPP之间如何进行有效快速的信

息传递也越来越成为人们研究的热点。冲压件特征识别技术能有效地提取CAD模

基于 UG 的冲压模具智能设计原型系统

型的制造特征及其特征参数，为CAPP系统对冲压件的工艺决策提供必要的信息参

数，它是CAD和CAPP之间最理想的接口。因此，建立一套具有自动识别冲压件特

征及其特征参数功能和具有冲压件CAPP功能的冲压模具智能设计系统，不仅能提

高冲压工艺设计水平，还能为实现生产自动化提供有力支持，它是提高模具设计

水平，缩短模具设计周期，降低模具设计成本的有效方法。

§1.2 冲压模具智能设计系统国内外发展现状

§1.2.1 国外发展现状

冲压模具智能设计系统包含了冲压件特征识别技术和冲压件CAPP技术。随着

计算机软硬件技术、图形技术、人工智能技术、数值模拟技术和板料成形理论的

发展，冲压件智能设计系统的研究也取得了一定的成果。较早的应用研究集中在

工艺较为简单的冲裁、弯曲等工艺，对于复杂成形工艺研究较少。在板料冲压领

域中，美国Purdue大学G.Eshel等开发出用于轴对称零件拉深加工工序自动设计的

专家系统，系统采用PROLOG语言编写[1]，但未涉及特征识别技术，系统不能自动

获取CAD模型特征及特征参数，需人工输入参数，对其他类型的冲压件亦无法判

断；美国弗罗里达大学Reha Uzsoy等开发出针对简单弯曲件的一个实验性专家系

统，实现了带有圆形冲孔的简单板弯曲件加工工序的自动确定[2]，但此系统仅适用

于简单板弯曲件而不适用于其他板料的成形工艺，且未涉及特征识别技术；美国

Suresh K.Sitaraman等也开发了一套关于轴对称拉深件工序设计系统，系统包括两

大部分：基于知识的专家系统模块和工艺模拟分析模块[3]；S.B.Park等开发了基于

知识的轴对称拉深件工艺设计系统。由CAD软件Pro-Deep输入图形数据，系统自

动识别参数，然后自动生成每个工步的模具、装配图、NC加工指令等[4]。此系统

具有特征参数的识别技术，没有制造特征的识别技术，即它只识别轴对称拉深零

件的特征参数，不能识别其他类型的冲压件。

§1.2.2 国内发展现状

在国内，华中理工大学较早开展了冲压工艺专家系统的研究，建立了用于轴

对称拉深工艺设计的专家系统DPES[5]和用于弯曲工艺设计的专家系统BPES[6]。拉

深工艺设计专家系统DPES有规则库、推理机、控制程序、数据库、交互设计模块

等组成，在Mocro VAX-II机上采用FORTRAN和LISP语言开发。系统采用框架表示

与产生式规则相结合的方式来表达工程数据和规则。而弯曲工艺设计专家系统

BPES利用专家系统的技术和方法，自动完成弯曲类冲压件的工艺判断、工序设计

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摘要：

摘要模具作为现代制造业的基本工艺装备之一，对产品和质量有着非常重要的作用，其制造技术水平可以衡量一个国家的产品制造水平。随着社会对生产率的要求，模具制造工业也正在逐步走向自动化。计算机集成制造系统CIMS是制造业自动化的趋势，计算机辅助工艺过程规划CAPP是计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM之间的纽带，在整个CIMS制造系统中起着至关重要的作用。通过特征识别技术，计算机能自动提取CAD模型中的制造特征及其特征参数信息，保障CAPP的可靠运行。本文研究了冲压模智能设计原型系统的框架结构，依据智能系统的功能要求，提出了系统的三大功能模块，即特征识别模块，CAPP模块和模具生成模块。本文对典...

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