基于UG/OPEN、C#的箱盖模具快速设计系统研究

彭泽军

（中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，绵阳 621900）

0 引言

在传统的包装容器箱盖模具设计方法中，设计时需要查找的资料较多，需要根据箱盖的结构进行模具零部件设计，需要考虑的条件、参数也较多，需要熟悉拉深模具设计的相关知识，对设计人员的设计水平依赖性较大。采用传统的分析、计算方法进行设计，设计的效率较低，设计过程经常重复[1]，设计的模具因设计人员的不同存在较大差异，标准不统一。为了提高设计效率和统一设计标准，以UG/OPEN、C#为开发工具，构建箱盖模具快速设计系统对提高设计效率、统一设计标准、实现快速智能设计具有重要意义[2]。

1 快速设计系统设计的基本思路

表达式在UG中进行参数化设计时起着重要的作用，通过改变三维模型的尺寸，达到模型发生相应变化，模型尺寸的变化实质是约束模型的尺寸表达式发生了改变，通过UG表达式编辑器可以查看。利用UG/Open API编程可通过创建表达式、改变表达式达到参数化设计的目的。

本文主要通过预先建立表达式文件，通过设计程序改变表达式值，达到更新模型实现快速设计。其基本思路是以UG/Open API编程技术[3]为基础，以C#为开发工具，开发可在UG中访问的DLL函数，DLL函数在UG启动时自动加载，形成箱盖拉深模具的快速设计系统模块。

基于UG/Open API编程参数化设计的基本过程是：首先对模型进行参数化处理，建立模型表达式文件，然后创建参数化的图形模板，再通过设计程序处理模型表达式的参数值，更新模型即可达到参数化设计的目的。通常情况下，参数化设计程序运行时，先从模型表达式文件提取模型的参数，再更新参数值，然后更新模型。其运行基本流程如图1所示。

图1 参数化设计程序运行基本流程

2 基于UG/OPEN的箱盖模具快速设计系统开发

2.1 UG/Open API 开发模式简介

UG/Open API程序可分为外部程序模式和内部程序模式。外部UG/Open API程序的运行与UG的环境无关，在操作系统下单独运行，它是作为操作系统的一个进程存在，但不能与UG图形界面进行交互，运行结果不能在UG图形界面中显示，所以应用很少。内部UG/Open API程序的运行与UG的环境有关，只能在UG中运行。它是编译、连接后得到的dll文件，程序代码小，连接速度快。运行UG内部的API程序通过动态链接成为UG的一部分，并可与用户进行交互，实现与UG的无缝集成。因此，本文采用内部API程序开发箱盖模具快速设计dll程序文件。

2.2 用户菜单开发

图2 箱盖模具快速设计菜单界面

在UG中使用UG/Open MenuScript工具创建用户菜单，该工具的功能是为开发人员创建和编辑下拉菜单和工具栏，通过它用户可以方便地用菜单脚本文件编辑UG菜单来支持自己的应用开发程序[4]。图2所示为开发的箱盖模具快速设计系统菜单。

2.3 用户对话框开发

箱盖模具快速设计系统用户对话框主要用于用户输入箱盖的尺寸参数，图3所示为箱盖快速设计系统的用户对话框界面。由图3所示，用户对话框主要由箱盖结构示意图、箱盖类型下拉列表、箱盖参数输入框、设计模具存放路径、模具总图名、执行按钮六部分组成。用户对话框开发可以采用UG/Open UIStyle工具[4]，进入对话框设计界面，可进行可见即所得的对话框界面制作。

图3 箱盖模具快速设计对话框界面

图4 对话框的回调函数

在对话框设计时，需要定义按钮及对话框的回调函数用于执行相关操作，这里定义了4个回调函数，如图4所示，即构造回调函数Construction、析构回调函数Destruction、确定按钮回调函数ParaDesign、浏览按钮回调函数liulan_cb。在保存时，将对话框设计代码保存为c#文件，这里保存为lid2.cs，lid2.cs中包含了上述四个回调函数的定义。

2.4 系统总体框架构建

在开发参数化设计dll文件时，利用UG/OPEN二次开发的向导模板即可建立二次开发程序框架，在项目目录下生成program.cs文件，为程序主要代码文件。程序框架中包含一个main(string[]args)的入口函数，在UG中调用快速设计系统时，首先是从这个函数开始执行的。将lid2.cs复制到项目目录，在项目中添加lid2.cs，将对话框文件加入到项目中。参数化设计主要通过lid2.cs中的ParaDesign()函数实现。图5为快速设计程序执行过程示意图。

图5 快速设计程序执行过程

2.5 NX环境下模具零件的参数化设计方法

图6 凹模参数化尺寸示意图

2.5.1 箱盖凹模结构尺寸表达式建立

为建立箱盖到凹模的快速参数化设计模型，需要建立与箱盖尺寸D、t、r、H之间的表达关系，凹模的表达式文件是依据模具设计相关经验、知识规则，根据箱盖的结构特征，以箱盖结构参数为基础建立的凹模结构尺寸知识规则。图6所示为凹模参数化尺寸示意图。下面列出基于箱盖尺寸驱动的凹模尺寸参数部分表达式如下：

将表达式文件另存为w_j_am.exp，形成凹模表达式模板。在UG中导入表达式式参数，并应用参数化的尺寸绘制凹模图形，通过修改更新表达式参数，可以实现凹模零件的参数化设计。

2.5.2 参数化模板程序录制及应用开发

下面以无筋箱盖凹模说明参数化模板程序的开发过程。

在UG中，选【工具】→【表达式】，弹出表达式创建窗口，点从文件中导入表达式，选择w_j_am.exp，导入表达式，如图7所示。

图7 读入初始表达式

然后通过绘制草图，添加约束，生成初始凹模零件。然后【工具】→【表达式】中导入表达式文件w_j_am_n.exp更新凹模参数表达式，文件w_j_am_n.exp和w_j_am.exp表达式结构相同，只是相关参数值进行了更新。将整个模板制作的操作记录录制生成c#代码。将代码复制到总体程序框架下凹模参数化设计模块，在执行快速设计时，程序将箱盖尺寸更新到w_j_am_n.exp文件中，当代码读入w_j_am_n.exp文件中的表达式时，即实现了凹模的更新。

图8 快速设计的凹模零件

依照同样的方法完成凸模、凹模、压边圈、顶杆、顶板的参数化程序模块，编译项目，生成dll文件。将dll复制到环境变量“UGII_USER_DIR”指定目录的application子目录下，启动NX，选无筋箱盖拉伸模设计菜单，弹出箱盖参数输入对话框，按图样输入箱盖外径D、高度H、壁厚t、圆角r等参数，浏览模具存放路径，输入模具名，选确定，即可快速自动生成整套模具零件图，图8为自动生成的凹模零件。

3 快速设计系统的应用情况

为检验系统的有效性，对以往三十余套箱盖模具进行了应用模拟设计，设计时，依据箱盖结构特征，选择相应的设计模块，输入箱盖的结构参数，系统能快速生成满足实际需要模具零件模型，模型可直接用于新造模具生产。通常一个熟练的模具设计人员设计一套完整的模具图纸（装配图、工程图等）需要超过三个工作日，而一个一般工艺人员通过快速设计系统可在半个工作日内完成整套模具图纸设计，提高效率逾6倍，且设计的模具符合拉深模具的相关要求。另外，针对两种新型号的包装容器箱盖模具进行了快速设计实际应用，制作了相应的工程图，并试制生产，经箱盖冲压试验，设计的模具冲压的箱盖完全符合图样要求。因此，快速设计系统可直接用于新型号箱盖模具的设计。

4 结论

1）本文分析包装容器箱盖模具快速设计的基本思路，论述了更新图形模板的参数化设计基本流程。分析了基于UG/OPEN、C#的箱盖模具快速设计系统的详细开发过程，开发了用户菜单及用户对话框，构建了系统总体框架。

2）分析了NX环境下模具零件的参数化设计方法，论述了程序更新表达式的参数化设计方法，并成功应用于包装容器箱盖快速设计系统的开发。

3）通过模具模拟设计和新型号箱盖模具设计实际应用检验了快速设计系统的有效性、高效性、智能性，系统可直接用于新型号箱盖模具的设计。

4)基于零件结构参数的模具快速设计思想可推广到其他类似产品模具的快速设计系统开发，可减少许多不必要的重复设计工作，实现模具设计过程的标准、高效、统一。

[1]金先敏.基于UG的汽车覆盖件模具设计研究[D].武汉：武汉理工大学,2007.

[2]杨丙辉.基于参数化技术的零件快速设计系统的研究与应用[D].重庆：重庆大学,2008.

[3]汪锐.NX Open API编程技术[M].北京：电子工业出版社,2012.

[4]黄勇.UG/OPEN应用开发典型实例精解[M].北京：国防工业出版社,2010.