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注射模設(shè)計的三維模型發(fā)展
T. L. Neo and K. S. Lee
機械與生產(chǎn)工程學(xué)院，新加坡國立大學(xué)，新加坡
高級制造技術(shù)的研究(2001) 17:453–461
2001施普林格出版社倫敦有限公司
如今，為了使注塑工藝變得更簡單，很多嵌入式軟件都在高級3D 注塑平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，諸如有限元分析，計算機輔助制造，注射模設(shè)計，模擬以及形象化設(shè)計。這些軟件都是很有利的。然而，它關(guān)非沒有缺點。事實上，這些嵌入式軟件也可以通過低級的3D更靈活和更輕便性開發(fā)出來。這篇文章查閱了各種各樣基于3D應(yīng)用發(fā)展的期刊和方法，主要是關(guān)于軟件方面。首先，提出了一種基于3D的應(yīng)用發(fā)展的方法，這種觀點通過使用Parasolid模型的注射模實現(xiàn)的?；谠谝呀⒌哪＞咴O(shè)計中的模具設(shè)計概念，文中說明了一種被叫做IMOLD的模件。在一個Windows NT 平臺上，面向?qū)ο蟮木幊陶Z言被用來開發(fā)這種軟件。
關(guān)鍵字： 3D 模型； 計算機輔助設(shè)計; 注射模設(shè)計；
1. 介紹
三維計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)已經(jīng)越來越被用來加速產(chǎn)品的實現(xiàn)過程。涉及產(chǎn)品自動化設(shè)計過程的第一步是3D建模應(yīng)用中的組件部件的建立，在建模過程中，這種3D 模型的建立稱為數(shù)字化建模，這種數(shù)字化建模得到的3D的關(guān)鍵一步是生產(chǎn)過程自動化。
組件部件的3D數(shù)字化建模僅僅是第一步。還有許多的其他輔助任務(wù)必須在零件被生產(chǎn)之前完成。這些任務(wù)包括有限元分析、夾具和固定裝置的設(shè)計、注射模設(shè)計、計算機輔助制造、模擬和形象化設(shè)計。當(dāng)今很多在高級3D建模平臺上發(fā)展起來的嵌入式軟件來促進這些輔助任務(wù)。這種3D建模站臺提供了一個具有編程的用戶界面和風(fēng)格的嵌入式軟件。結(jié)果，這種嵌入式軟件的開發(fā)時間大幅度地減少。
這種方法在很多方面都是有利的，但是，它也有它的缺點，特別是從長遠的角度考慮。為了為現(xiàn)有的軟件開發(fā)另外一種嵌入式軟件，那些開發(fā)者必須兼顧很多現(xiàn)有的限制條件，必需與源軟件的風(fēng)格一致。那些開發(fā)者必須利用系統(tǒng)所提供的各種庫函數(shù)來實現(xiàn)各種功能性操作， 大多數(shù)的終端用戶需要源軟件和嵌入式軟件。不過，在很多情況，他們可能對使用只有嵌入式的軟件更感興趣。 在注射模設(shè)計過程中就有這種情況的例子，不過，這些用戶必須購買包括很多他們不需要的特征和功能的整個軟件包， 這么大的程序通常是硬件上所必需的，同時這也意味著會費用更高。這嵌入式軟件也很大程度上依賴源軟件的發(fā)展。一旦源軟件版本被更新，那些嵌入式軟件的開發(fā)者必須采取相應(yīng)的行動， 如果這些應(yīng)用在一個低級的平臺上發(fā)展，這些缺點可能會不存在。事實上，這些嵌入式軟件可以使用低級的3D 模型更靈活和更輕便性發(fā)展。在很多情況下，這樣的操作既可行又有利。傳統(tǒng)上，注射模設(shè)計可以直接在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)執(zhí)行，整個注射模，可能由數(shù)百個組件部件組成，在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)(例如 AutoCAD，PRO/工程師和Unigraphics)上建模和裝配，因為注射 模設(shè)計過程是反復(fù)的，所以重新建模和裝配是相當(dāng)費時，在這個方面，像這些基于特征的PRO/工程師以及Unigraphics那樣的3D.
計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)比像AutoCAD那樣的2D 計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的更有優(yōu)勢， 為加速注射模設(shè)計工藝的發(fā)展，這種嵌入式軟件在3D系統(tǒng)上自動發(fā)展一些注射工藝 ，這種附加應(yīng)用的例子包括在國立新加坡大學(xué)發(fā)展，基于Unigraphics上發(fā)展的IMOLD(智能模型設(shè)計和裝配系統(tǒng))、專家模具設(shè)計者(基于CADKEY)及模型制作者(基于EUCLID) . 因為以上每一個都基于特定的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，所以都沒有嵌入兼容性。在1994年，Mok和張 [1]基于Unigraphics的注射模設(shè)計應(yīng)用上做了研究。在1997年，Shah [2] 在幾何建模之間的聯(lián)系標(biāo)準(zhǔn)化之間提出了互訪結(jié)構(gòu)模型，他的目標(biāo)是在基于Parasolid的3D 應(yīng)用以及ACIS之間獲得嵌入兼容性，只不過它包括三維建模 。 在這篇文章里，作者試圖直接發(fā)展一種質(zhì)量輕的使用低級的3D模型注射模設(shè)計應(yīng)用，并把重點放在軟件開發(fā)的靈活性和速度上。設(shè)計概念和程序來自IMOLD [4,5 ]、模具設(shè)計和3D 裝配中應(yīng)用。盡管這些討論僅僅局限于注射模設(shè)計，這種方法學(xué)能很容易地被應(yīng)用在其他基于3D的應(yīng)用中，并且有相似的作用，開發(fā)者工具的結(jié)合就是為了這個目的而選擇的。在方法學(xué)被討論之前，對于其中的一些先提出的工具作一個簡短的介紹，他們分別是IMOLD、Parasolid 10.1 版本、VC6.0 版本和微軟公司基礎(chǔ)種類。
2.IMOLD 用作模具設(shè)計應(yīng)用
IMOLD(智能模型設(shè)計和裝配) 是在基于3D的應(yīng)用致力發(fā)展的注射模設(shè)計。它在一個叫做Unigraphics的高級計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)之上發(fā)展起來的。該發(fā)展正在通過使用系統(tǒng)所提供的編程接口(API)來實現(xiàn)。該軟件通過提供常用的設(shè)計工具促使模具設(shè)計者能夠迅速進行設(shè)計。在設(shè)計中所需的常用的標(biāo)準(zhǔn)組件部件，可以在軟件里預(yù)先創(chuàng)建并且可能被容易被設(shè)計者調(diào)用。這很大程度上降低了設(shè)計時間。模具設(shè)計過程可分成幾個階段，以一種固定的方式給設(shè)計者們提供模具設(shè)計方法。
它們便是：
1. 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
2. 填充系統(tǒng)設(shè)計。
3. 模具基礎(chǔ)設(shè)計。
4. 插件與零件設(shè)計。
5. 冷卻系統(tǒng)設(shè)計。
6. 滑板和提升設(shè)計。
7. 注射系統(tǒng)設(shè)計。
8. 標(biāo)準(zhǔn)零件庫。
每個階段都可以被認(rèn)為是一個獨立的模件設(shè)計過程?；?D的每個模件的要求變化甚微。成功地建立模型基礎(chǔ)模件意味著在發(fā)展其它模件過程中也是可行的。
3．用作3D模型設(shè)計的Parasolid
Parasolid被用設(shè)計為基于3D 模型數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心。實體建模有必要被用作。
1．建造并且操作實體。
2. 計算質(zhì)量和慣性矩，并且進行干涉檢測。
3. 以多種方式輸出實體。
4. 在特定的數(shù)據(jù)庫或者檔案內(nèi)儲存實體并且可以稍后提取出來。
在計算機輔助設(shè)計中，Parasolid是最先進的3D 模型設(shè)計軟件。它是Unigraphics和Solid- Works的3D核心。它獨特的公差模擬運作功能使得它能以其它格式接收和存儲數(shù)據(jù)。因此Parasolid模型文件是十分方便的而且它也是獨立應(yīng)用發(fā)展的高級平臺?；?D的應(yīng)用與Parasolid之間通過它的3個界面中的一個相連接。
這些被稱這之為Parasolid 核心界面、模型界面以及底端界面。PK界面和模型界面位于建模系統(tǒng)的頂部，通過這些方法來建模和對實體進行操作以及控制建模的功能。底端界面位于建模窗口的底部。當(dāng)需要執(zhí)行集中數(shù)據(jù)或系統(tǒng)類型操作時建模者便需要它。它由3個部分組成：函數(shù)、圖形輸出和外形幾何 ，以下分別對其作出簡短的介紹。
3.1 KI 和PK界面
KI 和PK是供程序員進入Parasolid模型里進行建模的接口
他們是建模功能的標(biāo)準(zhǔn)庫。程序員在他們的程序里稱之為建模功能。因為KI不久將被淘汰，所以我們選擇使用PK界面。
3.2 函數(shù)
函數(shù)是一必須由應(yīng)用程序員編寫的功能，當(dāng)數(shù)據(jù)必須被存儲或者提取時需要使用該功能。當(dāng)使用Parasolid時，應(yīng)用程序員必須首先決定怎樣管理數(shù)據(jù)的存儲，通過該功能Parasolid輸出該數(shù)據(jù)。通過該功能轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)通常與寫入文件或?qū)С鑫募嘘P(guān)。文件的形式和及存儲位置在寫該功能時被確定。
3.3圖形的輸出
對圖形輸出功能是由應(yīng)用程序員所編寫的另一種功能。對需要PK給予功能的設(shè)計者來說，圖形數(shù)據(jù)是由GO界面輸出的，
然后3D數(shù)據(jù)被傳給3D圖像包。OpenGL，是圖形卡片的一個軟件接口可以為我們提供我們所需的數(shù)據(jù)包。
3.4 外形幾何
外形幾何學(xué)可以為用戶幾何類型的發(fā)展(例如機構(gòu)內(nèi)部及表面的曲線)提供功能操作。它通常與在Parasolid內(nèi)的建模標(biāo)準(zhǔn)幾何類型一起使用。
4. 使用VC以及微軟公司基金類型的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計
面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(OOP)已無可爭議地成為軟件開發(fā)者的選擇。它是在目前所存在的軟件中最高級的開發(fā)軟件。微軟公司Visual Studio就是這樣的一個軟件包。它刻劃了許多基于因特網(wǎng)和基于Windows編程用的開發(fā)工具。在這些工具中包含有VC以及微軟公司基金種類(MFC)。VC是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計的強有力的開發(fā)工具，而MFC是一種基于Windows編程的框架。它以強大的開發(fā)特性和功能性，例如自動編碼基于wizard操作，為應(yīng)用程序員提供開發(fā)工具。這大大改進了生產(chǎn)效率。我們使用的程序的整個用戶界面是使用VC以及MFC開發(fā)出來的。
5. 系統(tǒng)設(shè)計
基于3D的使用3D模型的附加應(yīng)用的直接發(fā)展的問題正待解決。在最高的水平上它由3個主要階段組成。
首先，必要特征和嵌入式應(yīng)用軟件功能的識別：
第二，應(yīng)用框架的設(shè)計與開發(fā)；
最后，具有合適的開發(fā)工具的框架中個別模件的設(shè)計與開發(fā)。
5.1 必要軟件的識別
Parasolid作為一種3D建模方法，只提供許多庫函數(shù)以及3D應(yīng)用開發(fā)的基本框架。因此，那些開發(fā)者有必要識別和開發(fā)3D計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)中其他的必要設(shè)施。為了識別所需的設(shè)施，理解兩者之間的差異是很重要。
表格1 總結(jié)了3D模型和3D計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)所提供的主要設(shè)備的差別。其中的一些設(shè)備，例如特征和參數(shù)建模，在耗時與技術(shù)上都要求有發(fā)展。因為大多數(shù)的嵌入式軟件不使用源程序中的所有設(shè)備，只通過開發(fā)這些使用低級3D模型所需要的嵌入式軟件生產(chǎn)單獨的版本是很有可能的。
表格1從第7條到第9是使用基于3D的應(yīng)用發(fā)展Parasolid的必要條件。
通過研究嵌入式的應(yīng)用的必要條件，其他必要的設(shè)備的要求也可以被鑒定。然后提出了該應(yīng)用程序的一個框架，該框架是基于由Parasolid建模所提供的設(shè)備。
5.2 基于3D應(yīng)用的框架
對于由開發(fā)的工具和.應(yīng)用的要求所提供的設(shè)備，開發(fā)了一種框架。它專門被設(shè)計以使單個編程模件之間的差異最小化。這將導(dǎo)致編程代碼發(fā)生小程度的變化。事實上，程序代碼使用起來更加的輕便各更有助于維修，而且將來的發(fā)展前景也是相當(dāng)好的。這個框架的概述在圖2里得以說明，各種各樣的模件的詳細情況被在以后的章節(jié)里討論。
5.2.1個基于Windows的用戶界面(A)
Parasolid不為程序員提供用戶界面。因此，在每一個階段基于3D應(yīng)用的發(fā)展將涉及到從頭開始設(shè)計用戶界面。相關(guān)的必要開發(fā)內(nèi)容包含：
1. 基于3D的應(yīng)用的環(huán)境設(shè)置和顯示。
2. 交互式圖表的接口和全部應(yīng)用功能操作的執(zhí)行程序。
5.2.2 3D 開發(fā)者(B)圖層的設(shè)置
因為不同的基于3D的應(yīng)用在不同程度上需要不同的3D設(shè)備，該框架必須為用戶提供這些變量的設(shè)置。一個3D開發(fā)者圖層的設(shè)置(參閱圖2)被概念化來解決這些變化。這是基于Parasolid模型已經(jīng)開發(fā)出來的對象的庫函數(shù)或者類別。開發(fā)的程度取決于建模的要求情況。
圖表一由3D模型和計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)所提供的設(shè)施的摘要
3D模型和3D計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)設(shè)施：
1. 基本3D低級建模和通用功能以及高級功能和特殊功能；
2. 由整個系統(tǒng)提供的裝配多種庫函數(shù)；
3. 基于特征的建模；
4. 不經(jīng)常被提供的參數(shù)建模；
5. 系統(tǒng)常提供的低級建模功能；
6. 系統(tǒng)提供的不完全草圖；
7. 系統(tǒng)不常提供的交互式用戶界面；
8. 系統(tǒng)所提供的三維物體基本概念框架功能和庫函數(shù)的可視化；
9. 系統(tǒng)所提供文件管理系統(tǒng)的基本概念和多個信息庫功能的完全發(fā)展。
除了要滿足應(yīng)用條件中的變量要求外，3D開發(fā)者設(shè)置層也要為非Parasolid開發(fā)者提供一個編程接口。這樣的一個接口能也其他基于3D的應(yīng)用的開發(fā)者重新使用。3D開發(fā)者設(shè)置層基本上由3 個主要部分組成。他們可分別被用于3D建模和裝配，3D可視化以及3D 數(shù)據(jù)管理。
I . 3D建模和裝配
3D建模和裝配模件是所有這3個部分中最重要和最精心制作的部分。它與由大多數(shù)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)提供應(yīng)用編程接口(API)相似。該模件由一基于3D對象或類別的庫函數(shù)組成，它可用于核心應(yīng)用模件的發(fā)展。大多數(shù)3D應(yīng)用所需要的3D基本的功能的操作性能必須被首先開發(fā)出來?；趩蝹€基于3D的應(yīng)用所需的條件，其他更多的高級特性后來也被增加進來了。
II. 3D的可視化。
在三維物體的顯示窗口用戶范圍需要一個團體軟件圖表接口。圖表的輸出以及所選擇的圖表的接口經(jīng)常被在基于3D的應(yīng)用里以及視圖對象管理和轉(zhuǎn)變之中。為這個目的而開發(fā)了一個類別庫函數(shù)。
III. 3D 數(shù)據(jù)管理。
3D數(shù)據(jù)管理模件是在函數(shù)之上被開發(fā)出來的。函數(shù)是存在于使存檔以及3D零件文件的進入變得容易的Parasolid的模件之中。為此開發(fā)了一種使用函數(shù)來處理的類型選擇器。
1. 3D目標(biāo)文件形式；
2. 諸如打開和保存3D目標(biāo)文件這樣的文件管理操作。
5.2.3 應(yīng)用模塊(C)
這些是位于3D開發(fā)者設(shè)置層和應(yīng)用用戶界面之間存在的基于3D的應(yīng)用模塊。這些模塊的設(shè)計的主要取決于應(yīng)用的屬性并且相互之間的差別很大。在這個領(lǐng)域已經(jīng)正在進行很多有研發(fā)工作主要發(fā)展的工作的大部分被進行。然而，研發(fā)的難易主要取決于3D開發(fā)者設(shè)置層的能力。
5.2.4個其他軟件模塊(D)
通常，基于3D的應(yīng)用可能需要來自于其他已存軟件模塊或應(yīng)用模塊的功能性操作。因此，諸如此類的連接是可能存在的。在這篇文章的應(yīng)用部分就為這樣的一個例子加以說明了。
5．3 單個模塊的發(fā)展
在進行一個合適設(shè)計之前，對每個模塊都得進行研究和分析，它的開發(fā)難易很大程度上取決于所選的框架和開發(fā)者設(shè)置層。下一部分說明了注射模設(shè)計的3D模型開發(fā)的實施情況。
6. 實施情況
應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，開發(fā)了基于3D的注射模設(shè)計。這被通過使用前面章節(jié)所述的開發(fā)者工具獲得的。因為模型基礎(chǔ)需要更大范圍的3D功能性操作，包括裝配的生成，所以選用它來加以說明。
6.1每個模塊的要求應(yīng)用框架和所需要的條件
對于識別開發(fā)工作，專門設(shè)定了了一個應(yīng)用框架。發(fā)展的工作鑒定。圖3說明了基于Windows用戶的模型基礎(chǔ)模塊的詳細情況。在每個模件里的詳細要求在討論如下：
6.1.1 Windows NT的用戶界面(A)
模型基礎(chǔ)設(shè)計是一個反復(fù)的過程。模型設(shè)計者首先從目錄中選擇了一個標(biāo)準(zhǔn)模型，然后對模型的尺寸進行修改直到所有的條件都得以滿足。因此，為了這個目的有必要考慮使用交互式用戶界面。
使用VC和MFC來開發(fā)基于Windows的界面，它包括：
1. 菜單條欄目、菜單項和工具條按鈕的創(chuàng)建、顯示和管理，以便更方便地進行應(yīng)用的功能性操作。
2. 引導(dǎo)用戶或獲得用戶輸入的對話框的創(chuàng)建、顯示和管理
3. 顯示區(qū)域內(nèi)各種視角的創(chuàng)建、顯示和管理。
4. 拖動的鼠標(biāo)的作用。
5.對每個功能的順序操作設(shè)計。
應(yīng)用之后的結(jié)果如圖4中所示，它是一個典型的其于Windows應(yīng)用的用戶界面。
6.1.2 3D 開發(fā)者(B)設(shè)置層
對基于3D模型基礎(chǔ)設(shè)計的要求進行分析，然后識別一下即將開發(fā)的模塊。 基于3D模型基礎(chǔ)設(shè)計的要求如下：
1. 創(chuàng)建初始模型(例如矩形，圓柱，圓錐)；
2. 創(chuàng)建圓角和倒角；
3. 進行布爾運算：并集和差集；
4. 變換操作：變換和旋轉(zhuǎn)；
5. 對象屬性的管理，諸如名字和顏色；
6. 創(chuàng)建引用特征；
7. 創(chuàng)建總裝配和子裝配；
因為以上這些應(yīng)用不是那么的廣泛，所以可以開了一個基礎(chǔ)建模集。有了單個模塊的詳細開發(fā)情況，就可以給開發(fā)者設(shè)置層添加更多的功能。每個模塊的全部要求條件將在以后的章節(jié)加以說明。
I . 3D建模和裝配
一個模型基礎(chǔ)基本上是許多組件部件的集合，諸如鍵和螺絲。
為了使模型基礎(chǔ)設(shè)計變得容易，設(shè)計者必須提供一個事先已經(jīng)準(zhǔn)備好的模型基礎(chǔ)庫。通過選擇特別的尺寸，可以生成一個標(biāo)準(zhǔn)的模型基礎(chǔ)件。為了使這些變得容易，識別和開發(fā)了基于3D的功能庫，該功能與前面6.1.2所提及到的要求條件相對應(yīng)。正因為該編碼是面向?qū)ο蟮?，在需要的時候，它們很容易被延伸以適應(yīng)其他模型設(shè)計模塊。
II. 3D視圖的可視化
使用圖表的輸出和作為圖表界面的OpenGL所提供的功能共同作用來為3D的實體操作開發(fā)投影和視圖變換等諸多功能。它們包括：
1.用所選擇的顏色給3D堆零部件著色；
2. 用所選擇的顏色給3D裝配體著色(圖7和圖8分別用陰影和線框的模式給3D裝配體加以顯示)；
3. 用所選擇的顏色在屏幕上給其他3D實體著色；
4. 在模型基礎(chǔ)裝配中用不同的顏色分別給單個組件著色；
5. 交互式視圖變換(諸如旋轉(zhuǎn)，變換和縮放)；
6. 裝配樹顯示和操作。
III. 3D 數(shù)據(jù)管理。
開發(fā)獨立應(yīng)用程序的好處之一就是它的輕便性，所以采用最大的輕便性打開的形式是很重要的。因此以原先的Parasolid文件形式(.xmtFtxt)來替代新的文件形式。一個模型基礎(chǔ)件的數(shù)據(jù)管理要求包括如下內(nèi)容：
1. 打開，保存，另存為和關(guān)閉Parasolid零件文件。
2. 打開，保存，另存為和關(guān)閉Parasolid裝配文件。
3. 輸入和輸出零件文件。
6.1.3個模型基礎(chǔ)模件(C)
為了促進標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)組件的自動生成，系統(tǒng)必須提供一個模型基礎(chǔ)零部件庫, 其尺寸大小取決于目錄中的標(biāo)準(zhǔn)值。為使設(shè)計容易進行，需對這些尺寸進行順序修改，這個模件詳細情況將在第6.2部分進行討論。
6.1.4 數(shù)據(jù)庫支持(D)
一個標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)件需要用將近100個參數(shù)來對單個組件的尺寸和位置進行完全描述。這些參數(shù)的大部分都是相互聯(lián)系的并且可以從其它數(shù)據(jù)庫中獲得。因此，一個數(shù)據(jù)庫文件需要被用來存儲基于目錄的標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)件的參數(shù)。Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫形式被使用在MFC里進行直接存儲數(shù)據(jù)庫文件。在MFC里使用數(shù)據(jù)存取對象(DAO)，一套被用作抽取和管理數(shù)據(jù)庫城相關(guān)參數(shù)的功能。
6.2模型基礎(chǔ)設(shè)計的發(fā)展
模型基礎(chǔ)模件由3個主要部分組成，即，模型基礎(chǔ)組件生成、模型基礎(chǔ)裝配生成、模型基礎(chǔ)類選擇和自定義模件。第4個部分被稱作為模型基礎(chǔ)參數(shù)管理，也是被用來開發(fā)為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。這些已經(jīng)圖表中5中說明了。注注射模設(shè)計的開發(fā)部分的細節(jié)內(nèi)容討論如下：
I . 零部件庫的生成
有了3D開發(fā)者設(shè)置層的支持，為模型基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)組件部件被創(chuàng)建和存儲在組件庫中。通過規(guī)定合適的尺寸，這些組件部件可以被生成而且可以被模型基礎(chǔ)裝配生成器所使用。
II.裝配生成器
使用3D 圖層設(shè)置并將組件庫生成器各標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)集中并存儲在裝配庫中。當(dāng)提供從數(shù)據(jù)庫中提取特定參數(shù)集時，由于它得到了特別的參數(shù)支持，所以特定的標(biāo)準(zhǔn)模具基礎(chǔ)裝配可以自動地
III. 參數(shù)管理者
參數(shù)管理者將模型基礎(chǔ)應(yīng)用模件和數(shù)據(jù)庫支持連接起來。當(dāng)一個特定的標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)被選擇后，它的為模型基礎(chǔ)裝配的相應(yīng)參數(shù)已經(jīng)從數(shù)據(jù)庫中提取出來并且發(fā)送到組件庫生成器和裝配生成器中。除此以外，參數(shù)管理者也允許用戶為了設(shè)計的目的而對參數(shù)進行修改。
IV. 模型基礎(chǔ)設(shè)計者。
模型基礎(chǔ)設(shè)計者為兩個主要目的服務(wù)。首先，允許用戶選擇來自裝配生成器的標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)。其次，通過允許模型基礎(chǔ)設(shè)計者修改所選擇的模型基礎(chǔ)的尺寸來使模型基礎(chǔ)設(shè)計變得容易。該樣品代碼給那些模型基礎(chǔ)來生成功能。從圖9中我們可以注意到使用了許多代表模型基礎(chǔ)的參數(shù)的變量的功能， 這是用于裝入那些零部件生成各種各樣的模型基礎(chǔ)零部件的創(chuàng)造。裝配生成器然后使用那些零部件和那些參數(shù)集來確定模型裝配基礎(chǔ)的創(chuàng)建，正如在3D開發(fā)者層設(shè)置外一樣，在樣本程序中沒有直接被叫作 Parasolid功能的當(dāng)今的模型基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)用能意識到在工廠要求設(shè)計的注射?；A(chǔ)設(shè)計的全部功能性設(shè)計情況。因為模型基礎(chǔ)是IMOLD模件中的最廣泛應(yīng)用的3D模型，所以它的成功開發(fā)意味著開發(fā)了一完全基于3D注射模設(shè)計和裝配應(yīng)用的可行性。
7. 結(jié)論
高級編程語言的發(fā)展已經(jīng)允許程序員用參數(shù)來重新使用編程代碼，該編程代碼存在于象微軟公司基金類型那樣的對象里。
這些強大的特征已經(jīng)使程序員從更多的編程標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的程序和建立用戶界面中分離出來了。他們現(xiàn)在能夠把精力集中在軟件的核心組成部分，從而增加生產(chǎn)效率。這導(dǎo)致發(fā)展獨立版本的軟件諸如CAE、計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造可行性提高。不過目前，這種方法是既耗時的而且技術(shù)要求高。盡管如此，它還是可行的而且前景是非常好的。通過把幾種高級的開發(fā)者工具結(jié)合起來，我們已經(jīng)設(shè)法增加了這些工具開發(fā)注射模設(shè)計的應(yīng)用能力。迄今為止，只有模具設(shè)計工藝的前三個階段得以編碼。這給隨后的模型設(shè)計模件的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。該方法也可以很容易地在包含標(biāo)準(zhǔn)組件設(shè)計的其他軟件中實施。這些包括夾具和固定設(shè)備設(shè)計、冷鑄、和生產(chǎn)產(chǎn)品自動化。
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目：固定器底座塑料模具設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學(xué) 號
導(dǎo) 師
2012 年 12 月 21 日
開題報告填寫要求
1．開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成。
2．開題報告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N），完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師審閱。
3．開題報告字?jǐn)?shù)應(yīng)在1500字以上，參考文獻應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少3篇），文中引用參考文獻處應(yīng)標(biāo)出文獻序號，“參考文獻”應(yīng)按附件中《參考文獻“注釋格式”》的要求書寫。
4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫，例：“2008年11月26日”。
5． 開題報告增加封面,封面格式：題目：宋體，加粗，四號；系別等內(nèi)容格式:宋體，四號，居中。
一．畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）
1.課題的目的與意義
背景和意義:我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。模具市場的總體趨勢是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。本設(shè)計題目涉及目標(biāo)均為工程實際零件，通過對塑件的實體測繪，完成基本參數(shù)的采集，然后運用《塑料模具設(shè)計》《塑料成型工藝》等知識，指導(dǎo)學(xué)生利用Pro/E、CAD等軟件完成模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并進行相關(guān)的計算，完成包括選材、熱處理、制造工藝規(guī)程、可行性分析等工作。本設(shè)計旨在鍛煉學(xué)生在技術(shù)應(yīng)用能力上達到培養(yǎng)目標(biāo)的基本要求，在塑料成型工藝與塑料模具設(shè)計技術(shù)方面得到全面提高，并受到模具設(shè)計工程師的基本培訓(xùn)。
2.塑料模具的前景與市場
近年來，國塑料模具發(fā)展速度相當(dāng)快。目前，塑料模具整個模具行業(yè)中所占比重約為30%。隨著國汽車、家電、電子通訊、各種建材迅速發(fā)展，預(yù)計未來模具市場，塑料模具占模具總量的比例仍將逐步提高，且發(fā)展速度將快于其他模具。以汽車為例，隨著汽車產(chǎn)銷量高速增長，汽車模具潛市場十分巨大。據(jù)介紹，生產(chǎn)汽車時，各種功能性零部件都要靠模具成型，僅制造款普通轎車約需200件內(nèi)飾件模具，而制造保險杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的型塑料模具，從模具行業(yè)生產(chǎn)能力看，目前滿足率僅約50%。建筑領(lǐng)域，塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也大勢所趨，預(yù)計2010年全國塑料門窗塑管普及率將達到30%～50%，塑料排水管市場占率將超過50%，都大大增加對模具的需求量。應(yīng)該說，塑料模具的應(yīng)用潛力不可低估的。專家預(yù)測，型、精密、設(shè)計合理的注塑模具將受到市場普遍歡迎。
全國塑料加工業(yè)域分布相類似，珠三角、長三角的塑料制品加工業(yè)位居前列，浙江、江蘇廣東塑料模具產(chǎn)值全國模具總產(chǎn)值中的比例也占到70％?，F(xiàn)，這3個省份的不少企業(yè)已意識到塑模的無限商機，正積極組織模具產(chǎn)品的開發(fā)制造。最近，由杭州娃哈哈集團精密機械制造公司研制的腔防盜瓶蓋注塑模具通過浙江省省級鑒定。該模具采用的三次頂強制脫模技術(shù)、平衡式熱流道系統(tǒng)、瓶蓋模通用模架具較強的創(chuàng)新性，模具性能質(zhì)量達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。據(jù)寧海模具協(xié)介紹，去年以來，該縣積極鼓勵企業(yè)更新技術(shù)設(shè)備，全力推進工藝產(chǎn)品創(chuàng)新，引導(dǎo)條件的企業(yè)從生產(chǎn)環(huán)節(jié)向研發(fā)、銷售高附加值模具拓展，型注塑模具制造又新的拓展，現(xiàn)已能夠生產(chǎn)成套的8千克雙缸洗衣機、汽車保險杠、汽車整體儀表板、汽車內(nèi)飾件等大型成套模具65英寸背投電視機殼模具。寧波躍飛模具限公司經(jīng)營部的位工作人員告訴記者,今年他們廠接到有關(guān)塑模產(chǎn)品的訂單較上年所增加。
記者從有關(guān)部門解到，余姚市恒利塑膠鋼模限公司的手機面殼注塑模，寧?？h大鵬模具塑料限公司的洗衣機洗滌脫水桶注塑模，黃巖精惠普模塑廠32″lcd前框注塑模，浙江亨達塑料模具有限公司用于集空調(diào)的大型空調(diào)風(fēng)葉模，都達到相當(dāng)高的水平，目前產(chǎn)銷形勢都錯。余姚模具城的數(shù)百家模具企也不甘居后，圍繞汽車內(nèi)外飾件、儀表板等大型精密塑料模具以吸塵器、水暖器材、電動工具、防偽包裝容器、小家電等品牌的專業(yè)模具大做文，同時以發(fā)展精密塑料模具主導(dǎo)，積極向“高、精、尖、難、長壽命”塑料模具產(chǎn)品進軍。黃巖模具產(chǎn)業(yè)為做大做強，也正積極籌建現(xiàn)代化的模具園，規(guī)劃將傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)向高科技塑料模具園發(fā)展。
然而，塑料模具盡管成時下最誘人的“奶酪”，但櫻桃好吃樹難栽。由于塑料零配件形狀復(fù)雜、設(shè)計靈活，模具材料、設(shè)計水平及加工設(shè)備均較高要求，并不人人都可以輕易涉足的。專家認(rèn)為，目前中國國外水平相比還存在較大差距，眼前需盡快突破制約模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大瓶頸：是加大塑料材料注塑工藝的研發(fā)力度；二是塑模企業(yè)應(yīng)向園區(qū)發(fā)展，加快資源整合；三模具試模結(jié)果檢驗等裝水平必須盡快跟上，否則塑料模具發(fā)展將受制約。
3.塑料模具的發(fā)展趨勢
（1）模具日趨大型化。
（2）模具的精度將越來越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)已達到2-3微米，1微米精度的模具也將上市。
（3）多功能復(fù)合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，對鋼材的性能要求越來越高。
（4）熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。
（5）隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。
（6）標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。
（7）快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊。
（8）隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。同時對壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度也將提出越來越高的要求。
（9）以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。由于機械零件的復(fù)雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。
（10）模具技術(shù)含量將不斷提高。
二．本課題研究的主要內(nèi)容和采用的研究方案、研究方法或措施
1.主要內(nèi)容和要求
(1) 本設(shè)計是以工程實際零件——電器元件的固定底座為模具設(shè)計適用對象，用于電器元件的固定放置，該零件一邊有斜向側(cè)孔，必須要考慮到側(cè)抽芯機構(gòu)才能完成；
(2) 確定模具的設(shè)計方案，進行整體設(shè)計； (3) 主要部件設(shè)計計算及校核并繪制塑料件零件圖與模具裝配圖； (4) 編寫設(shè)計說明書。
2.研究方法和步驟
圖1 設(shè)計的固定器底座模型
（1）對塑件分析
是對所要求成型的產(chǎn)品有個初步的了解，在接受設(shè)計任務(wù)書以后就要對塑料的品種和批量的大小以及尺寸精度與技術(shù)條件，有個整體的概念。
（2）分型面設(shè)計
一般來說，模具都有兩大部分組成：動模和定模（或者公模和母模），分型面是指兩者在閉合狀態(tài)時能接觸的部分，也是將工件或模具零件分割成模具體積塊的分割面，具有更廣泛的意義。分型面的設(shè)計直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)和操作的難易程度，是模具設(shè)計成敗的關(guān)鍵因素之一。
確定分型面時應(yīng)遵循以下原則：
①分型面應(yīng)選擇在制品的最大截面處，無論塑件以何方位布置型腔，都應(yīng)將此作為首要原則；
②有利于保證制品的外觀質(zhì)量，分型面上型腔壁面稍有間隙，熔體就會在塑件上產(chǎn)生飛邊；
③盡可能使制品留在動模一側(cè)，因為在動模一側(cè)設(shè)置和制造脫模機構(gòu)簡便易行；
④有利于保證制品的尺寸精度；
⑤盡可能滿足制品的使用要求；
⑥盡可能減少制品在合模方向上的投影面積，以減小所需鎖模力；
⑦長型芯應(yīng)置于開模方向，當(dāng)塑件在相互垂直方向都需設(shè)置型心時，將較短的型心設(shè)置在側(cè)抽芯方向，有利于減小抽拔距離；
⑧有利于排氣；
⑨在選擇非平面分型面時，應(yīng)有利于型腔加工和制品的脫模方便；
（3）注射機的選擇
（4）根據(jù)制品尺寸設(shè)計成型零部件
（5）型腔壁厚的計算
（6）澆注系統(tǒng)的設(shè)計
① 澆注系統(tǒng)與塑件在一起在分型面上，應(yīng)有壓降，流量和溫度的分布的均衡布置；
②結(jié)合型腔布置考慮，盡可能采用平衡式分流道布置；
③盡量縮短熔體的流程，以便降低壓力損失和縮短充模時間；
④澆口尺寸、位置和數(shù)量的選擇十分關(guān)鍵，應(yīng)有利于熔體流動、避免產(chǎn)生渦流和紊流，有利于排氣和補縮，且應(yīng)設(shè)在塑件較厚的部位，以使熔料從后斷面移入薄斷面，有利于補料；
⑤避免高壓熔體對模具型芯和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移的產(chǎn)生；
（7）推出機構(gòu)的設(shè)計
（8）導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計
（9）側(cè)向分型于抽芯機構(gòu)
（10）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計與計算
（11）模架的選擇
（12）模計說明
（13）模具的裝配
（14）試模
（15）修模
3.模具的重點及難點
此制品用于電器元件的固定。制品材料為：ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物），此材料有良好的耐化學(xué)腐蝕、表面硬度、加工性和染色性。制品的壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小。ABS有較強的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。
重點在模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化選擇，應(yīng)用相關(guān)軟件進行零件圖和裝配圖繪制，以及對模具結(jié)構(gòu)進行三維剖析輸出開合模具結(jié)構(gòu)圖。
難點在于抽芯機構(gòu)的設(shè)計和總體方案的優(yōu)化選擇，以及模具三維結(jié)構(gòu)剖析和開合模具圖輸出。
三．完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
第1周：前期準(zhǔn)備，查閱資料，了解課題；
2-5周：完成開題報告，進行開題檢查；
6-9周：完成中期報告，進行中期檢查；
10-13周：完成結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配圖的繪制；
14-15：完成三位建模，并進行模型裝配；
16-17周：完善裝配模型，撰寫畢業(yè)論文
18周： 畢業(yè)答辯。
參考文獻
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指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導(dǎo)老師：
年 月 日
所在系審查意見：
系主管領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告
題目： 固定器底座塑料模具設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學(xué) 號
導(dǎo) 師
2013年3 月20日
1. 設(shè)計（論文）進展?fàn)顩r
（1） 前期主要完成了一份外文翻譯，通過對零件形狀尺寸結(jié)構(gòu)的分析，畫出零件三維圖和平面圖，（如：圖1、圖2）并標(biāo)明相關(guān)的尺寸。
圖1
圖2
（2） 由計算選出注射機的型號為XS-Z-30，并校核型腔數(shù)量并確定一模四腔符合。如：圖3
圖3
（3） 完成主流道的計算及設(shè)計，初步確定定、動模板的型及尺寸（手寫未歸為電子檔）。
（4） 分流道的設(shè)計及計算，初步確定大致尺寸，分析了分型面的設(shè)計存在問題及解決措施。
（5） 目前已畫出部分裝配草圖。如：圖4
圖4
（6）現(xiàn)在主要是部分零件的尺寸和裝配圖的完善，各種配合形式需要驗證和修改，裝配圖和零件圖上的錯誤要通過導(dǎo)師的糾正不斷趨于完善，在工藝孔的問題上我還需要查閱更多的資料，來驗證在實踐中能正常工作，我的設(shè)計的難點就在于抽芯機構(gòu)和工藝孔的設(shè)計，所以現(xiàn)在只能大概先確定一個方案，要通過后面大量的計算來驗證現(xiàn)在的方案。
2. 后期工作安排
1、接下來將用兩周左右的時間對成型零件的設(shè)計計算徹底完成。并選擇好模架，設(shè)計好推出機構(gòu)。
3、用兩周時間繪制模具各主要零部件的零件圖及總體裝配圖。
4、用兩周時間用Pro.E繪圖軟件對主要零部件進行三維建模，繪制出爆炸圖。
5、用兩周時間整理相關(guān)資料，撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
3