变位板齿轮精冲模具CAD系统开发

摘要

　　板齿轮作为一种常见的零件在航空、电子、汽车以及精密仪器等领域中的应用越来越广泛。板齿轮生产的传统工艺是落料圆坯、去毛刺、校平、叠齐成串后进行滚齿或铣齿或插齿,工艺繁琐、效率很低;如果采用精冲新工艺生产,则只需要精冲、去毛刺两道工序,生产效率可大大提高。

　　板齿轮的复杂齿廓给精冲模具设计带来难度,而且模具的凹模和齿圈压板需设计沿着齿形分布的双面压料齿圈,诸如此类的问题导致了板齿轮精冲模具的设计和制造周期长。为此,本论文为开发一套开放式板齿轮精冲模CAD系统开展研究。本文在分析和比较目前主流三维设计软件及其自带的二次开发工具的基础上,提出以UG6.0为开发平台,辅以VisualC++6.0,开发专用的面向对象的板齿轮精冲模的CAD系统。

　　论文依据精冲模工作原理和冲压模具设计标准,选定出板齿轮精冲模具的结构类型,并按照功能的不同将板齿轮精冲模划分为五个模块。本系统采用Menuscript脚本语言来编写系统的主菜单和工具条,以UG自带的Ulstyler工具开发人机交互界面,通过UG所特有的Grip语言编写相应的程序来实现各个模块的参数化建模。系统的数据库则以Microsoft Access为数据库的管理系统来建立各模块的参数库,通过使用UG/Open API函数以及MFC数据库访问技术对应用程序进行编程,调用参数化建模程序来完成实体建模。系统实现了参数在应用程序、交互界面、数据库、参数化建模程序之间的传递,体现了参数化设计的优越性。

　　系统中板齿轮齿廓的参数化建模程序,使用UG/OPENG Grip语言以及渐开线方程绘制出渐开线,然后以此渐幵线及其镜像为边界截取齿顶圆和齿根圆合并得到齿形。此方法简单明了,大大提高了建模的效率。系统中凹模和齿圈压板上压料齿圈的参数化建模程序,参照冲模设计手册,以Grip语言编写齿轮绘制程序,通过偏置和拟合齿廓曲线得到轨迹线,然后在得到的轨迹线上以压料齿圈的截面进行扫描得到圧料齿圈。用此方法对圧料齿圈建模快速、准确,效率大大提高。

　　本论文中构建了 CAD系统主体框架,具有直观的UG风格交互界面,实现了设计系统与数据库系统的可靠连接,并且编写了参数化建模的程序,本系统开放性强,操作简单明了,运行可靠、快速,适合大部分设计人员使用。

　　关键词:UG,VC++6. 0, 二次开发,变位板齿轮,精冲模CAD系统

ABSTRACT

　　Gear slice as a common part is used more and more in the field of airline, electronics, automobiles and precision instruments. The traditional production process of gear slice is divided into cutting blank circle, deburring, leveling, roll gear, milling gear or pinion gear after all fixation, the process trival and efficiency is very low. But the fine-blanking process only need fine-blanking and deburring, the production efficiency is greatly increased.

　　The design of the gear slice fine-blanking mold is difficult because of the complex tooth profile of the gear slice and the structure of the fine-blanking die.

　　We also need to design a double pressure material tooth circle along the tooth shape when it is rushing. Because of all these problems the development and production cycle is long. This paper has done a lot of research on development of a piece of open gear dies CAD system. After analyzing and comparing current main 3D design software and its own second development tools, this paper decided to use UG6.0 for development platform, and with the Visual C++6.0, to develop a special and object oriented CAD system for gear slice fine-blanking dies.

　　According to the fine-blanking die work principle and design international standard, select the piece gear fine-blanking die structure types, and divide into five modules according to the different function. The system uses Menuscript scripting language to write the main menu system and article tools, and use its own Ulstyler tool to develop a man-machine interface. Through the UG peculiar Grip language writes the corresponding program to achieve each module of parameterized modeling. The system's database criterion with Microsoft Access establish each module of the parameters of the library, through the use of UG/Open API functions and MFC database Access technology use application programming, call of parameterized modeling procedures to complete entity modeling. The system to achieve the parameters in application, interface, and database, parameterized modeling of transfer between programs, reflect the parametric design superiority.

　　In the system of gear tooth profile of parameterized modeling process, using UG/OPENG Grip language, and draw the involutes equation, and then mirror this involutes equation, and get tooth shape after intercept the boundary of involutes tooth top round and dedendum circle. This method is simple and clear, greatly improving the modeling efficiency. System concave die and tooth  circle on a material tooth circle linking piece of parameterized modeling procedures, refer to die design manual to Grip language program, through the bias, fitting tooth profile get track line, and then to pressure the section along the tooth material circle get track line scan to get the material tooth circle. Using this method to get the material tooth circle modeling is fast and accurate and highly efficient.

　　This thesis constructed the CAD system of main frame, with intuitive UG style interface, realize the reliable connection of design system and database system, and compile the program of parameterized modeling, the system is strong open, and the operation is simple, reliable operation, fast, and suitable for most designers.

　　KEY WORDS: ug, vc++6.0, the secondary development, modified gear slice,fine-blanking die CAD system

　　在现代化的工业生产中,生产厂家一般采用模具加工的技术来生产零部件,通过模具来生产零部件想对于机械加工有很多的优点,例如生产成本低、产品质量好、生产效率高等,因此模具生产的方式越来越广泛的被应用在各个领域中。

　　一般情况下,要想提高工业产品的水平,就必须要提高通过模具生产的零部件等的水平,也就是说必须要提高模具的水平,在航空航天等高、精、尖领域中尤其需要高水平的模具技术,只有具备了高水平的模具技术,才能生产出质量较高的零部件,从而提髙这些行业整体的发展水平。模具作为一种重要的生产装备在现代化工业生产中发挥着不可替代的作用,而模具技术也就成为了每个国家进行现代化建设的重要推进力,由此可见今后各国必须要重点发展这一基础工业。总的来说,一个国家模具制造水平的高低在当今已成为衡量其制造业水平甚至工业水平的重要标志⑴。我国作为一个发展中的工业大国,在制造业水平、工业水平上还需要不断提高,这就需要我们不断提高模具制造的水平。

　　模具的分类形式有许多种,有按照结构分类的,也有按照功能分类的。目前,工业生产中使用到的模具按照使用的功能不同大致可以分为冲压模具、压铸模具、注塑模具等几大类。冲压模具是冲压工艺中用到的一种模具,冲压工艺是一种先进的加工技术,相比较于传统的机械加工工艺,这种技术具有效率高、操作简便、少屑或无屑生产等特点,非常适合于零部件的机械化和自动化生产。一般情况下,通过冲压工艺来生产的零部件都能够达到很高的尺寸公差和尺寸精度并且具备良好的互换性,这些冲压得到的零部件不需要再进行进一步的机械加工,可以直接应用到各个行业中去。以汽车制造业为例,汽车中约有60%?75%的零部件是采用冲压工艺进行加工的[2]。考虑到冲压技术在工业生产中的重要性,为了加快我国的工业化水平提高,我们必须加快冲压技术的进步和推广。

　　精密冲裁简称精冲,这种方法在进行冲压工艺时必须要用到带有V型齿圈的齿圈压板,所以又被称为齿圈压板冲裁。精冲技术是以普通冲裁为基础,通过一些特殊水平的提高而发展起来的一种先进的精密加工工艺[3]。精冲技术作为冲压新技术正在蓬勃发展采用精冲技术在一次冲压行程中得到的冲裁件,其冲切面在整个料厚上没有裂纹和撕裂,能够获得变形小、精度高、断面光洁度高的高质量冲压零件。此外,还能够达到最严格的尺寸精度和平直度公差[5]。精冲工艺生产具有生产效率高,材料利用率高,自动化程度高,工人劳动强度低等优点。总的来说,精冲技术不但能够节约能源和降低消耗,而且还能减少在工业生产的过程中,恶劣的工作环境对工人健康产生的种种不利,不但对企业的发展有很好的推动作用,更对国家和人民有利,我们应该大力的推广和普及精冲技术在现代化的工业生产中的应用,使其能够推进我国的国民经济发展和工业化。

　　从精冲技术的发展史来看,瑞士是最早使用到该技术的国家。精冲技术最初是为了用来制造高端精密仪表的零部件。德国人F. Schiess在1923年首次对精冲技术的专利进行了申请,但是在这之后的很多年中精冲技术并没有取得很大的突破,其主要用途仍然是钟表零部件的制造。自从1952年之后,精冲技术被公诸于世,瑞士的Schmid公司第一个设计和制造了世界上的第一台精冲机,为了能够满足特殊的精冲需求,在1956年该公司又生产制造出了专门用于精冲的压力机。此后,精冲技术在西方进入推广发展时期⑹。在精冲理论的研究方面,A.Guidi在1962年曾提出并发表了第一篇关于精冲理论的文章。从二十世纪六十年代开始,办公机械和家电等行业逐步开始使用精冲工艺。从二十世纪七八十年代开始,摩托车、汽车、航空、军工器械等复杂加工行业也幵始引入精冲工艺来进行生产,并且一些行业开始对厚板料和立体成型件进行精冲加工[7]。由于汽车中的大部分零件都适合进行精冲生产,所以汽车工业领域是精冲工艺发展最快的一个领域,在汽车企业中,使用精冲工艺进行汽车零部件的生产能够大大提高效率、降低成本,同时增加企业的效益,这使得企业能够迅速的占领市场[8]。

　　1965年,我国也开始逐步对精冲工艺进行研究。二十世纪六十年代,国内的一些企业和研究所就开始了对精冲工艺的试验,并于1965年10月成功的实现了对齿轮还、凸轮、拨杆等用于仪器仪表的零部件的精冲生产,取得了重大的成果。二十世纪七十年代,精冲行业中作为全球顶尖级的Feintool公司不断开发国际市场,该公司在进入中国市场后,与我国在精冲行业的各个方面都有了深入的交流,从精冲的理论研究到先进的精冲技术等方面都有很多的合作,国内工作人员还的翻译了 Feintool公司的《实用精冲手册》。二十世纪七十年代,我国成功研制出了吨位在25T、100T的精冲机。从此之后,我国的精冲设备得到了飞速的发展,国内不少的精冲设备都已经达到了较高的水平。

　　在精冲设备飞速发展的同时,我国对于精冲技术理论的研究也有了很大的发展。国内不少企业和研究所对精冲技术的理论研究都有较高的学术价值,也得到了国际上同行们的认可。在精冲技术的理论研究飞速发展的同时,用于精冲的辅助设计软件也得到了很大的提高,其中上海交通大学就与Feintool公司合作开发了用于精冲的软件?]。上海交通大学和华中科技大学在研究精冲的零部件、设备、材料以及润滑剂等方面也取得了可喜的成果,科研成果被广泛应用于实际生产中?。华南理工大学则针对铜等有色金属的精冲工艺进行了研究,他们不仅就压边圈形状和尺寸对精冲零部件质量的影响方面进行了研究,而且就压边力及反顶力对精冲件质量的影响等这几个方面也做了深入的研究,同时还深入的研究了精冲的机理,对精冲机理有了全新的认识,最后他们提出了将整个精冲区域划分成几个部分的新见解。与此同时,国内许多院校借助于有限元分析软件,对精冲机理和过程进行数字化的模拟和分析,通过模拟和分析精冲过程中出现的问题,来改善精冲过程,并将这些对精冲过程的改善运用于实际生产中,也取得了很好的成果['2]。

　　就目前的国际形势而言,日本、欧洲和北美等地区的精冲技术相对发达,这些地区对精冲技术的研究已达到了一定的水平。随后,各国对精冲材料的研发和精冲设备的升级换代愈加重视,现在国际上用于进行精冲的材料多数出自这些国家和地区。就目前国际上的精冲材料而言,除了西欧的高强度微合金细晶钢UQ38、UQ550和日本的SCr2Z、SCNM21合金钢被广泛认可外,尚未开发出较好的精冲材料。精冲材料的开发在我国尚属空白,这在一定程度上影响了精冲技术在我国的推广和普及。目前,国内尚未生产出专用于精冲的钢种,我国的精冲用材料部分来源于进口,部分则由低碳钢采用热处理的方法得到。为了进一步改善材料的性能,目前国外的一些科研机构还专门对贝氏体钢和超级贝氏体钢的精冲工艺做了深入的研究["]。在精冲设备方面,则以超高速、超精密、超自动化为发展方向不断进步,现己经取得了很大的成就,例如Feintool公司生产的精冲机最大吨位已经超过4000吨,可以对板厚超过了 30mm的材料进行精冲,而在设备的自动化方面,实现了精冲设备的单机自动、导轨滑动和卷料自动。日本KYORI公司研制出了能够以3000次/分的速度进行精冲电子零件的超高速精密冲床[14]。总体上来讲,现今精冲技术正向着大、厚、硬、精的方向发展['5]。

　　变位板齿轮精冲模具CAD系统开发：

片齿轮设计对话框

齿圈压板设计对话框

齿形顶板设计对话框

齿形顶板

凹模设计对话框

凸凹模设计对话框

凸凹模

上模座设计对话框

目录

　　第一章 绪论
　　　　1.1 在现代工业中应用的模具
　　　　1.2 精冲技术简介
　　　　1.3 精冲技术发展的历史
　　　　1.4 精冲模具及其CAD系统开发的概况
　　　　1.5 国内板齿轮精冲的现状
　　　　1.6 课题研究内容及其意义
　　第二章系统开发平台与开发工具
　　　　2.1 主流三维软件介绍
　　　　　　2.1.1 UG
　　　　　　2.1.2 SolidWorks
　　　　　　2.1.3 Pro/Engineer
　　　　2.2 选择系统开发的平台
　　　　2.3 UG 二次开发方法介绍
　　　　　　2.3.1 UG/OpenAPI 函数简介
　　　　　　2.3.2 UG/Open Grip 简介
　　　　　　2.3.3 UG/Open MenuScript 菜单设计
　　　　　　2.3.4 UG对话框设计
　　　　　　2.3.5 对话框应用程序框架的创建
　　　　　　2.3.6 使用MFC向导创建应用程序
　　第二章 数据库技术简介
　　　　3.1 数据库简介
　　　　3.2 数据库管理系统及管理软件简介
　　　　3.3 VC++6. 0的数据库访问技术
　　　　3.4 MFC在UG/Open API中的应用开发
　　　　　　3.4.1 ODBC数据库接口访问技术简介
　　　　　　3.4.2 MFC ODBC开发数据库系统的方法
　　　　3.5 数据库系统的开发
　　　　　　3.5.1 用Access建立齿轮数据库
　　　　　　3.5.2 注册系统数据源
　　　　　　3.5.3 用MFC实现两层C/S结构数据库的访问
　　　　　　3.5.4 用UG/Open API实现对两层C/S结构数据库的调用
　　　　　　3.5.5 编译、连接
　　第四章 板齿轮精冲模具CAD系统的总体开发设计
　　　　4.1 精冲工艺简介
　　　　　　4.1.1 精冲原理
　　　　　　4.1.2 精冲工艺的特点
　　　　　　4.1.3 精冲工艺的过程
　　　　4.2 精冲模具简介
　　　　4.3 变位板齿轮精冲模CAD系统的设计要求
　　　　4.4 变位板齿轮秸冲模CAD系统的设计原则
　　第五章 系统的欠键技术和实现过程
　　　　5.1 选扦几体的模具类型
　　　　5.2 设计V嘈齿阍形式
　　　　5.3 齿形凸模要求
　　　　5.4 系统的开发过程
　　　　　　5.4.1 系统菜单和对话框
　　　　　　5.4.2 用VC++6.0软件建立秆序的框架
　　　　　　5.4.3 用UG/Open Grip来开发参数化设计的程序
　　　　　　5.4.4 数据库的访问和连接
　　第六章 变位板齿轮精冲模CAD系统的实例运行
　　　　6.1 变位板齿轮的设计
　　　　6.2 齿圈压板的设计
　　　　6.3 齿形顶板的设计
　　　　6.4 凹模的设计
　　　　6.5 凸凹模的设计
　　　　6.6 冲孔凸模的设计
　　　　6.7 上模座和下模座的设计
　　　　6.8 导柱和导套的设计
　　　　6.9 顶板和顶杆、同定板以及上下垫块的设计
　　第七章 结论
　　参考文献

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