基于UG二次开发的注塑模螺钉设计工具开发

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注塑产品涉及到社会生产和人民生活的方方面面，如汽车、建筑、家用电器、食品、医药等方面都大量使用注塑产品。随着我国经济的持续增长，对注塑产品的需求也越来越多，对模具设计人员的设计速度提出了更高的要求。模具标准件作为模具设计中的重要组成部分，对整个设计周期起着重要作用。然而，现有的通用设计T具却难以满足要求。因此，通过建立模具标准件库实现模具的快速设计已势在必行。螺钉作为注塑模具设计过程中经常调用和修改的标准件，其数量在-副注塑模具中往往达到几十甚至上百个，在整个注塑模标准件中占很大比例。Mold Wizard(简称 MW)是某公司面向注塑模行业推出的-套知识理念的注塑模设计模块。MW设计系统中的标准件库自带了很多常用的标准件1l，是 目前企业采用较多的注塑模标准件库，然而其中螺钉的设计过程操作繁琐，效率低，不能完全满足企业在注塑模设计中的实际需要。

针对现有螺钉设计方法存在的不足，采用 C语言和 UG二次开发技术开发了-种方便快捷的螺钉设计工具。

2总体方案设计2.1需求分析注塑模设计过程中涉及的螺钉标准主要有 DME标准、HASCO标准、PUNCH标准等，各个标准所包含的类型大致分为内六角螺钉、限位螺钉、止动螺钉等。在设计过程中，设计人员在操作界面选择螺钉标准、规格参数，即可生成所需螺钉，并能方便得对螺钉进行相关操作♂合上述情况，螺钉设计工具需要满足以下要求1"21：(1)界面符合设计人员操作习惯，能方便设计人员选择要设计螺钉的标准、类型、规格参数等；(2)能根据设计人员的参数选择，自动读取螺钉相关信息并快速生成要设计的螺钉；(3)螺钉生成完成后，能快速与被连接件求布尔减操作生成相应的腔体；(4)能方便快捷地对需要修改的螺钉连接进行规格编辑；(5)能快速地将不需要的螺钉连接删除；(6)各种操作简便，响应快速，提高设计效率；(7)允许用户根据企业实际情况，向螺钉设计工具数据库中添加和删除螺钉标准及类型。

来稿日期：2012-07-10作者简介：史双元，(1987-)，男，湖北人，硕士研究生，主要研究方向：机械设计及理论；熊禾根，(1966-)，男，江西人，教授，博士生导师，主要研究方向：机械设计与制造第 5期 史双元等：基于UG二次开发的注塑模螺钉设计工具开发 2392.2总体技术方案螺钉设计工具主要由用户操作界面拈 、数据处理拈、螺钉及被连接件操作拈三部分组成。其总体结构，如图 1所示。

用户钉模型图 1螺钉设计工具总体结构图Fig.1 Structure of Screw Design Tool螺钉设计工具各个功能均在上述结构中实现，结合需求分析，设计出了以下操作流程，如图2所示。

图2螺钉设计工具各功能操作流程Fig.2 Operation Process of Screw Design Tool3方案实现及关键技术3.1螺钉模型的建立由于注塑模具中螺钉的标准和类型繁多，下面的叙述中以PUNCH标准中的内六角螺钉为例。在螺钉模型的创建过程中，采用参数化特征造型技术，用-组表达式参数来定义几何模型，并将这些表达式与螺钉模型的控制尺寸对应起来。在螺钉设计过程中，只需驱动尺寸表达式就能修改模型，从而得到所需螺钉规格。

图3螺钉模型控制尺寸Fig.3 Dimensions of Screw Model由于螺钉生成完成后，显示部分与开腔部分不是同-实体，所以建立模型时需要建立螺钉真体和螺钉假体，并为其设置引用集，其中螺钉真体设为TRUE(用于显示)，如图 3(a)所示，螺钉假体设为FALSE(用于开腔)，如图3(b)所示。

3.2螺钉模型的参数配置为方便螺钉设计工具读取数据以及用户查询和添加螺钉信息，该工具将螺钉的参数信息存储在Excel电子表格中。螺钉设计中，程序首先 自动在螺钉配置文件中获取螺钉类型，螺钉类型配置表，如表 1所示。然后根据螺钉类型到下级数据表中获取所选螺钉的全部信息，螺钉主要参数，如表 2所示。并驱动模型表达式。

表 1螺钉类型配置表Tab.1 Configuration of Screw Type表 2螺钉主要参数配置表Tab.2 Main Parameter of Screw Configuration3.3螺钉连接的定位与生成进行螺钉生成操作时，不仅要选择所需螺钉类型与规格 ，还需要根据不同定位方式选择合适的放置平面和定位点。当某种规格的螺钉需提前布置螺钉定位点时，可通过概念设计的方式来布置定位点，设计过程中只需选择布好的定位点即可。

所谓概念设计，是通过产品建模探讨未知的结构的方案设计及规划，采用功能-功能表面-结构的映射模式 ，表达装配零件与零件之间、零件与表面之间、表面与表面之间的配合、联接、位置、尺寸的约束关系，并最终得到产品实体结构 。概念设计布点工具是先在与螺钉放置平面平行的空间任意平面布上与所选螺钉等外径的圆弧(方便用户检查生成的螺钉是否与其他实体干涉)，并给圆弧赋属性，然后将圆弧的中心点投影到螺钉放置面上，最后完成螺钉连接的定位，如图4所示。

图4布点示意图Fig.4 Layout of Points240 机械 设 计与 制造No.5MaV.2013用户完成螺钉规格的选择与定位后，螺钉设计工具将根据用户选择的参数自动计算螺钉长度，并在选定的位置点生成所需螺钉，然后将螺钉相关参数赋屙陛给螺钉实体，以便后续操作使用。

3.4螺钉与被连接件的开腔螺钉生成后，需要在螺钉放置位置生成相应的螺钉腔体。生成螺钉腔体前，需要获得所有与螺钉真体干涉的实体。由于-套注塑模具中实体太多，在所有实体中遍历搜索干涉的实体将会花费大量时间，而该工具在螺钉生成时已将与其干涉的实体写入属性。所以用本工具进行螺钉与被连接件开腔时能快速搜索到所干涉的实体，大大减少了开腔时间。为了使螺钉与螺钉腔体 自动关联起来 ，并且方便后续编辑和删除操作 ，在螺钉假体与被连接体作布尔减操作之前需要通过几何关联技术将两者关联起来。所谓几何关联技术是指通过 UG/WAVE (What-if Ahemative ValueEngineering)技术将-个零件的几何信息提取出来作为其他零件的基准或控制结构，以达到联动的目的 。螺钉开腔完成后，将螺钉假体面上的相关屙眭赋给螺钉腔体的面上。

3.5螺钉连接的修改3.5.1螺钉连接的删除当生成的螺钉不符合要求时，就要将其删除，包括螺钉真假体和螺钉腔体。螺钉的删除分为被连接体特征参数存在和已去参两种情况。如果被连接体特征参数存在，则可以选择要删除的螺钉组件后直接删除。因为螺钉在开腔时已采用几何关联技术将螺钉真假体和螺钉腔体关联起来。这样，删除螺钉真假体时，相应的螺钉腔体也会删除。如果被连接体特征已删除，则选择要删除的螺钉组件后，只能删除螺钉真假体，螺钉腔体则需要应用UG同步建模中的删除面功能来删除。不管被连接体特征去参与否，只要用户选择需删除的螺钉组件，螺钉设计工具就能 自动将其删除。

3.5.2螺钉连接的规格编辑螺钉的规格编辑抑被连接体特征是否去参。如果连接体没有去参，用户只需选择所需螺钉规格参数，螺钉设计工具就能驱动螺钉模型的参数表达式，从而重新生成满足要求的螺钉；否则，需要删除之前生成的螺钉真假体及螺钉腔体，然后重新生成所需螺钉并与被连接件进行开腔操作。

4应用实例现以-套中等大小的注塑模具为例，采用该螺钉设计工具和MV分别进行螺钉设计，如图5所示。图中4， 两个对称区域内各有 20个不同规格的螺钉需要设计 ，A区域采用该螺钉设计T具设计，B区域采用 MV进行设计。采用螺钉设计工具设计 4区域螺钉时，用户需要根据不同定位方式选择合适的放置平面和定位点，螺钉设计工具自动计算螺钉长度，驱动模型，批量生成同规格螺钉，并且将螺钉的各项参数赋属性给螺钉真体。然后，将螺钉假体与被连接件关联起来并进行开腔操作。采用MV设计B区域的螺钉时，用户首先选择所需螺钉参数，手工量取被连接件的厚度确定螺钉长度，然后选择定位平面和定位点生成所需螺钉。

做开腔操作时，选择螺钉组件和被连接件生成对应的腔体。-个螺钉设计完成后，重复上述操作生成另外的螺钉。采用注塑模螺钉设计工具和 MW设计同数量螺钉实用性对比，如表 3所示。通过表3可看出，同样生成 20个螺钉，本螺钉设计工具需操作步骤较 MW减少 5O%；所花时问减少 40.6%。

图5螺钉设计实例Fig.5 Example of Screw Design表3螺钉设计工具和 MW 实用性对比Tab.3 Comparison Between Screw Design Tool and MW5结束语鉴于注塑模设计中大量使用螺钉标准件的事实及现有通用设计工具设计效率低的现状，采用c语言和UG二次开发技术，开发了注塑模螺钉设计工具。该设计工具有螺钉连接生成、编辑 、删除等功能，操作便捷，可大大提高注塑模的设计效率，从而缩短新产品开发周期。