基于SolidWorks二次開發的沖壓模具教學改革與實踐

龔光軍+陳傳勝

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

關鍵詞：沖壓工藝與模具設計；二次開發；課程設計

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計與制造專業，《沖壓工藝與模具設計》課程是其專業核心課程之一，有著不可或缺的重要作用。而《沖壓工藝與模具設計》課程設計更是模具設計與制造專業教學中相當重要的實踐環節之一。在整個實訓周期，學生需要掌握模具設計的整個流程及方法，并且自己獨立查找模具設計大典、模具設計手冊等相關資料，綜合運用模具設計知識，并且通過一系列計算，完成整套模具零件圖的設計、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計。

1 沖壓工藝實訓教學現狀

高職院校模具設計與制造專業大多都有開設沖壓模具課程設計實訓，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計流程，主要內容包括模具類型選取，模具關鍵零件設計與零件圖繪制，模具刃口尺寸計算，模具排樣圖的設計，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，大多數學校還采用手工繪圖，由于零件數量較多，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計說明書的要求。

為了解決學生在沖壓課程設計中出現的問題，近年來，隨著計算機繪圖的普及與發展，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對各個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計與繪制流程。

有鑒于此，本文以SolidWorks為基礎，在VC++環境下，針對現有《沖壓工藝與模具設計》課程設計中的不足之處，運用參數化設計，設計出模具的所有關鍵零件，通過選擇其他標準件來完成整個模具的裝配圖，并且可以動態演示加工效果的課程設計系統。經過一年的教學與反饋發現，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計的工藝和流程，更好地完成設計任務。

2系統總體結構

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

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

模具參數化設計主要是把計算的結果輸入到系統的參數化設計對話框中，系統將自動生成零件的三維圖，標準零件的調用是根據標準件的選擇直接從標準件庫中調取零件三維圖。

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束后實現模具的運動仿真，模擬真實模具加工場景，同時自動檢查是否會出現零部件的相互干涉現象。

裝配圖與零件圖打印輸出模塊是根據三維裝配圖，自動生成二維裝配圖，或者選擇不同的三維零件轉換成二維圖進行輸出打印，作為課程設計結束后的紙制資料上交保存。

3教學設計與實現

3.1 開發工具選擇

教學系統采用SolidWorks作為三維開發軟件，在該軟件中，SolidWorks API是SolidWorks專門提供給開發人員使用的接口，這個接口是完全開放的而且功能齊全，它為開發人員提供了大量的功能函數，開發人員只需調用這些功能函數便可輕松實現所需要的功能，例如生成草繪圖形并實現拉神、旋轉等。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[1]。

考慮到SolidWorks軟件自身是由VC++開發的，若用VC++來對SolidWorks進行二次開發，一方面有助于軟件自身的兼容性，另一方面開發出的功能模塊也能夠更好的嵌入到SolidWorks中，實現VC++與SolidWorks的無縫鏈接。因此，本文以VC++6.0作為二次開發軟件。通常對SolidWorks二次開發有兩種方法：其中一種方法是基于自動化技術，開發出*.exe形式的程序，直接運行；另外一種方法是基于COM技術，先編寫動態鏈接庫（*.dll）程序，然后將該動態鏈接庫嵌入到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方式，即生成dll文件，然后嵌入到SolidWorks軟件中。

3.2 參數化設計模塊實現

參數化設計模塊包括凸模，凹模，凸模固定板，凹模固定板等的參數化設計，這里以凸模的參數化設計為例。在我院沖壓工藝與模具設計課程設計中，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化設計界面。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，在設計此類凸模時，學生只需要根據計算將數值輸入到對話框中的凸模參數欄中，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圖所示為凸模設計對話框，在凸模參數欄中輸入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裝配模塊設計實現

裝配設計一般可以采用自上而下或者自下而上兩種方法來實現[2]，在本系統中，我們采用的是自下而上的設計思路，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，同時根據相互之間的約束關系進行約束。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，只要約束關系不變，待零件更改結束后，系統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運動仿真模塊設計實現

對裝配好的裝配圖實現三維動畫模擬仿真演示[3]，在演示過程中判斷是否會出現干涉現象以及其他模具設計方面的問題，比如沖壓模具設計中凸模長度是否足夠，條料在加工結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伸入模具中，并且已經加工出了兩個零件，加工過程所產生的廢料從凸凹模孔中排出落下。

4結論

本文通過對SolidWorks的二次開發，對沖壓模具中所有零件實現了參數化設計，學生通過必要的計算以后，直接在軟件中輸入各個參數值，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計時的興趣，提高了課程設計的效率，學生通過軟件的使用，可以更迅速的掌握整個模具設計的全部知識，為后續的學習以及今后走上工作崗位都奠定了堅實的基礎。本研究對于其他類似課程的課程設計實訓也有較強的參考意義。

參考文獻：

[1] 孟慶當，丁戰友.浮選機關鍵零件的參數化設計[J]，西安工程大學學報，2014，28（4）：496-507.

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

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