基于SolidWorks的冲压模的自动装配

1 引言　　随着机械工业的发展，冲压模具应用的范围越来越广，如何提高冲压模具加工的质量和速度成为一个关键问题。实现冲压模具的自动设计是解决这一问题的主要途径之一，而对冲压模具进行自动装配是自动设计中的一个重要环节。对零部件进行自动装配，可以大大提高冲压模的设计效率和质量。针对冲压模而言，其装配结构关系已经确定，实现装配的自动化也就是要实现参数化装配设计。
　　SolidWorks是一套基于Windows的以参数化和特征建模的技术为几何造型基础CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统，它提供了几百个API函数，为使用VB/VC等高级语言对SolidWorks进行二次开发提供了便利。采用VB对SolidWorks进行冲压模自动装配的二次开发，使零部件的装配实现了参数化、自动化，大大方便了模具设计工程师对模具的设计和修改。
　　2 冲压模的装配设计方法
　　装配体的零部件可以包括独立的零件，也可以是其他的装配体。装配体的设计方法主要有3种：自下而上装配、自上而下装配和混合装配。自下而上的设计方法是指先建立零件，再将其插入到装配体，根据设计要求，将各个零件进行配合。自上而下的设计方法是指从装配体到零件的设计过程，即先产生一个装配，建立装配结构，逐步向下添加或设计新的几何体。混合装配是将以上两种装配混合运用的装配方法。根据冲压模具的特点，采用混合装配方法，先采用自下而上的装配方法将模具中的除紧固件以外的标准件和半标准件装配起来，然后采用自上而下的方法将成形零件等非标准件和紧固件装入装配体中，把也就是从前期装配起来的装配体中将这些零件与前期装配起来的装配体的相交的部分裁剪掉，从而形成模具装配体。
　　3 自动装配的设计思路
　　冲压模主要包含的零部件有：成形零件、定位零件、导向零件、固定零件、紧固零件、压料装置、卸料装置和其他辅助结构零件。这些零件中成形零件属于非标准件，导向零件和紧固零件属于完全标准件，其余的大多数零件属于半标准件。在进行装配之前，要完成非标准件的设计，其他零件要建立了相应的零件库，还要建立装配关系数据库，其中存放零件之间装配特征。数据的存储选择了Acess数据库系统。
　　零件装配关系的自动确定是实现产品装配自动化的重要环节。由于冲压模具有典型的结构，装配关系可以采用规则库的方式存储起来，通过RRR(基于规则推理)技术来获得冲压模的装配关系。
　　装配顺序是实现产品装配自动化的重点研究内容之一，合理的装配顺序可以提高模具的装配效率。在系统中采用自外向里的装配方式，将模具的下模座作为基础元件，依次加入与前面零件相连的零件，直到所有零件用完为止。零件由人工提供或通过CBR技术来进行推理获得，在装入一个零件后，从装配关系库中推理得到该零件在装配体中的装配关系，通过SolidWorks中的API函数来对零件进行定位。当定位完成后装入下一个零件。在装配过程中，引入装配层的概念，将下模座的层号设为0，与下模座相连的零件的层号设为1，依次类推，相连接的两个零件中，层号小的零件称为父零件层号大的零件称为子零件。装配过程如图所示。
　　
 
　　自动装配过程的程序流程图
　　4 自动装配中的装配特征
　　装配特征是用来描述零部件中参与装配操作区域的信息单元，主要由装配特征语义、几何元素(装配特征面集)、装配特征坐标系、配合特征、装配公差内容组成。信息单元是指装配信息的属性集合。装配特征具有以下性质：装配特征都是成对出现的;装配特征之间具有明确的运动关系和位置关系;运动关系和位置关系与特定的功能具有明确的对应关系。
　　特征间的装配关系通过特征中参与装配的几何要素来实现。不同特征在装配时，特征间的装配关系不同，限定的自由度数也不相等。常见的构成装配特征的几何特征面有：平面、圆柱面、圆孔面、凸球面、凹球面、曲面、逆曲面等;构成装配特征的装配配合类型主要有：重合、平行、垂直、相切、距离、同轴心等。
　　构成装配特征的几何特征之间存在确定的约束关系，如两特征面的法线相反，曲面方程相同，相互之间在相对运动方式上存在确定的关系等。根据装配约束关系，由装配特征向几何结构特征进行映射的操作，建立具有该装配约束关系的几何特征对，其表示方法为：特征名称<配合关系>特征名称。比如：面面匹配的装配特征planeplane进行装配特征映射，就是在该装配特征面的位置上生成一对具有相同几何特性的有向平面对，该平面对具有相反的法线方向。
　　5 参数化零件库的建立
　　参数化设计的目的就是通过尺寸驱动方式在设计或绘图状态下灵活的修改图形，提高设计效率。参数化设计通常是指软件设计者为图形设计及修改提供一个软件环境，工程技术人员在这个环境下所绘制的任意图形可以被参数化，修改图中的任一尺寸，均可实现尺寸驱动，引起相关图形的改变。
　　在SolidWorks环境下生成零件的方法是：先建立零件造型的模板文件，将零件的参数存放在一个相应的数据库中，当输入零件的关键尺寸后，通过对数据库的检索查询出所要零件的相关尺寸，利用模板文件重新建模。在实现时，利用ModelDocExtension：：SelectByID方法选择零件所要修改的尺寸，通过ModelDoc：：Parameter属性来改变选择尺寸的数值，当所有尺寸修改完成后使用ModelDoc2：：EditRebuild方法来重新建立零件。最后为了在装配时方便选择，还要在生成的零件上添加相关的装配基准。
　　对于冲压模来说，除了零件成形部位外，其他零部件的形状改变很少，通常只需要采用类比设计或改变一些关键尺寸就可以得到新的系列化设计结果。这也就为实现冲压模设计的自动化、智能化提供了前提。
　　6 基于SolidWorks的自动装配的实现
　　6.1 创建装配文档
　　在创建装配文档之前，首先是建立应用程序与SolidWorks的连接，就是建立二者之间的通信和控制关系，然后获得当前活动文档，使用Newdocument方法创建新的装配文档。在程序中，SolidWorks程序就是一个Application程序对象，可以通过VB提供的CreateObject方法创建二者之间的连接。具体的方法如下：
　　建立与SolidWorks的连接：Set swAPP=CreateObject(“SldWorks.Application)