0 引言
模具被稱為“百業之母”，由于使用模具生產零件效率高、質量穩定、成本低、節省原材料和能源、零件的一致性和互換性好、易實現自動化等優點，在汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業和日常生活用品的生產中被廣泛應用。模具制造一般包括設計、零件加工、裝配調整和試模四個流程，備料是零件加工的第一個環節，備料信息是企業在采購、預算等一系列下游生產活動中的參考數據，目前大部分模具企業備料的確定還停留在人工操作的水平上，備料信息是否準確、可靠對提高生產效率、材料利用率和降低成本皆具有比較重要的影響。本文基于NX注塑模，根據零件三維模型自動生成標準毛坯形狀，允許用戶輸入一定的備料尺寸余量，自動計算備料的體積和重量，生成相應的備料清單，同時將備料的尺寸、重量等信息輸出到外部Excel表格中，本系統有助于企業從設計信息向工藝、生產信息的轉換，在一定程度上改善企業信息化流程，最終提高模具企業的生產效率。
1 設計方案及實現
1.1 總體設計
備料信息與模具企業各部門的關系極為密切，備料的品種、規格和型號由設計部門確定，備料的使用方式由生產部門完成，備料的庫存控制與供應部門的采購計劃以及財務部門的報表賬目都息息相關。本系統主要面向設計部門，模具設計完成后，通過備料清單系統，自動生成備料的相關信息，及時準確為下游生產、采購、庫存、預算提供依據。本系統設計采用模塊化設計思想，通過定義不同的模塊，實現用戶預期相應的功能。基于NX注塑模備料清單系統主要包括以下功能模塊：零件備料信息、總成備料信息和用戶自定義材料庫，如圖1所示。
圖1 系統模塊劃分
1)零件備料信息模塊，計算單個零件的備件信息，并將計算結果以零件屬性的形式貯存在零件中。
2)總成備料信息模塊，根據總成的裝配結構提供備料清單，對于總成中每一個組件的備料信息，可通過零件備料信息模塊進行計算，并將這些信息導入到備料清單中，允許用戶手動修改備料清單，最終以Excel表格的形式輸出。
3)自定義材料數據庫，允許用戶通過該功能新建，編輯，刪除材料信息，而通過該功能定義完成的材料信息，最終會體現在以上兩模塊的計算過程中。
1.2 零件備料信息模塊
零件備料信息模塊如圖2所示。備料形狀包括長方體和圓柱體兩種形式，其中當選擇圓柱體時，還需要確認是采用內切或是外切的方式去生成圓柱形備料，系統將根據選擇的備料類型自動以最小尺寸包容零件，同時允許輸入一定的余量值來確定備料尺寸；備料材料信息是從自定義材料數據庫中讀取的，當改變材料時，材料密度會根據數據庫中的數據自動更新。系統將根據輸入的信息，自動計算出備料的尺寸、體積和重量等信息。零件備料信息模塊的流程如圖3所示。
圖2 零件備料信息模塊的界面
圖3 零件備料信息模塊流程圖
1.3 總成備料信息模塊
總成備料信息模塊如圖4所示。本模塊首先遍歷總成的裝配結構，由于注塑模的裝配體中包含了模具設計過程中的輔助部件，因此系統將過濾不應出現在備料清單中的裝配組件，將總成中需要進行備料的組件顯示出來。當用戶選中某一列時，該列的所有信息都會顯示在列表下方的窗口中，以便用戶觀察數據。當點擊“計算/編輯備料信息”，系統自動將工作部件切換到需要進行備料信息計算的當前部件，并調用“零件備料信息”模塊計算組件的備料信息，然后存入該組件的屬性中，再返回裝配環境下，更新列表。總成所有組件計算結束后，可通過“導出表格”將總成中所有備料信息輸出到外部Excel表格中。總成備料信息模塊的流程如圖5所示。
圖4 總成備料信息模塊的界面
圖5 總成備料信息模塊流程圖
1.4 自定義材料數據庫
自定義材料數據庫用于新建、編輯和刪除材料信息，模塊對話框如圖6所示。當用戶新建、編輯和刪除材料信息后，列表內的信息都會即時更新，但并未寫入到以文本文件存在的數據庫中，而只有在用戶選擇了退出該對話框的時候，才會在該對話框的析構函數中執行寫入數據庫的操作，這樣的設計是為了避免頻繁的讀寫文本文件的過程，以提高系統的運行效率。由于材料的密度是影響備料重量的關鍵參數，因此本系統增加了密度輸入內容的檢測功能，用于檢測輸入的密度是否合法。
圖6 自定義材料數據庫的界面
2 關鍵技術研究
2.1 備料形狀的確定
備料形狀是利用NX產品設計過程中產品包容體的概念，所謂產品包容體就是最小的能夠完全包容產品的長方形或者圓柱形。根據零件的三維模型，在產品包容體的基礎上，允許用戶輸入一定的備料尺寸余量，并得出最后的備料體積和重量，生成相應的備料清單。NX提供了UF_MODL_ask_bounding_box()函數計算實體的包容體體積。
2.2 裝配結構的遍歷
為了獲取總成中所有節點的信息，需要遍歷總成的整個裝配結構。常用的遍歷方法有深度優先法與廣度優先法兩種，本系統采用深度優先法，深度優先法遍歷裝配結構的基本算法如下：首先獲取裝配結構的根節點，然后獲取根節點的子部件。對每個子部件遞歸求解下一級子部件，如此循環，直到子部件為單個零件。以下是實現遍歷裝配結構功能的代碼。
2.3 判斷零件的真正實體
在NX注塑模環境下，有些零件中存在多個用于輔助建模的實體，在計算零件備料信息時，系統需要找到零件的真正實體，本系統通過使用True和False引用集來區分零件的真正實體和輔助實體。因此為了正確計算出零件的備料尺寸，首先判斷是否存在True引用集。具體實現代碼如下：
3 系統實現
本系統以NX Mold Wizard為設計軟件平臺，以NX/Open API、UIStyler、MenuScript和Visual Studio 2008作為開發工具。系統啟動后，將自動加載菜單和工具條腳本文件，將系統設計菜單和工具條顯示到NX系統界面中。模具設計完成后，通過過程向導將自動生成備料清單，并將備料清單以Excel表格輸出，如圖7所示。
圖7 Excel表格式的備料清單
4 結論
利用NX注塑模進行模具設計時，最終設計完成的成品是一個較為復雜的裝配。為了提高模具企業的設計生產效率，及時提供準確、可靠的備料信息給下游生產環節，開發了基于NX注塑模備料清單系統，通過本系統自動生成的備料清單，能夠準確的反映注塑模總成中各部件的備料信息，對企業的下游生產環節，如采購，加工等環節都有很大的參考價值。模具設計加工過程中類似的表單還很多，完全可以通過二次開發，提高CAD/CAM/CAE軟件的專業化和智能化程度，從而提高模具設計制造的效率和質量。
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本文標題：基于NX注塑模備料清單系統的研究與開發
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