模具被称为“百业之母”，由于使用模具生产零件效率高、质量稳定、成本低、节省原材料和能源、零件的一致性和互换性好、易实现自动化等优点，在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。模具制造一般包括设计、零件加工、装配调整和试模四个流程，备料是零件加工的第一个环节，备料信息是企业在采购、预算等一系列下游生产活动中的参考数据，目前大部分模具企业备料的确定还停留在人工操作的水平上，备料信息是否准确、可靠对提高生产效率、材料利用率和降低成本皆具有比较重要的影响。本文基于NX注塑模，根据零件三维模型自动生成标准毛坯形状，允许用户输入一定的备料尺寸余量，自动计算备料的体积和重量，生成相应的备料清单，同时将备料的尺寸、重量等信息输出到外部Excel表格中，本系统有助于企业从设计信息向工艺、生产信息的转换，在一定程度上改善企业信息化流程，最终提高模具企业的生产效率。
1 设计方案及实现
1.1 总体设计
备料信息与模具企业各部门的关系极为密切，备料的品种、规格和型号由设计部门确定，备料的使用方式由生产部门完成，备料的库存控制与供应部门的采购计划以及财务部门的报表账目都息息相关。本系统主要面向设计部门，模具设计完成后，通过备料清单系统，自动生成备料的相关信息，及时准确为下游生产、采购、库存、预算提供依据。本系统设计采用模块化设计思想，通过定义不同的模块，实现用户预期相应的功能。基于NX注塑模备料清单系统主要包括以下功能模块：零件备料信息、总成备料信息和用户自定义材料库，如图1所示。
图1 系统模块划分
2)总成备料信息模块，根据总成的装配结构提供备料清单，对于总成中每一个组件的备料信息，可通过零件备料信息模块进行计算，并将这些信息导入到备料清单中，允许用户手动修改备料清单，最终以Excel表格的形式输出。
3)自定义材料数据库，允许用户通过该功能新建，编辑，删除材料信息，而通过该功能定义完成的材料信息，最终会体现在以上两模块的计算过程中。
1.2 零件备料信息模块
备料形状包括长方体和圆柱体两种形式，其中当选择圆柱体时，还需要确认是采用内切或是外切的方式去生成圆柱形备料，系统将根据选择的备料类型自动以最小尺寸包容零件，同时允许输入一定的余量值来确定备料尺寸；备料材料信息是从自定义材料数据库中读取的，当改变材料时，材料密度会根据数据库中的数据自动更新。系统将根据输入的信息，自动计算出备料的尺寸、体积和重量等信息。零件备料信息模块的流程如图2所示。
图2 零件备料信息模块流程图
本模块首先遍历总成的装配结构，由于注塑模的装配体中包含了模具设计过程中的辅助部件，因此系统将过滤不应出现在备料清单中的装配组件，将总成中需要进行备料的组件显示出来。当用户选中某一列时，该列的所有信息都会显示在列表下方的窗口中，以便用户观察数据。当点击“计算/编辑备料信息”，系统自动将工作部件切换到需要进行备料信息计算的当前部件，并调用“零件备料信息”模块计算组件的备料信息，然后存入该组件的属性中，再返回装配环境下，更新列表。总成所有组件计算结束后，可通过“导出表格”将总成中所有备料信息输出到外部Excel表格中。总成备料信息模块的流程如图3所示。
图3 总成备料信息模块流程图
自定义材料数据库用于新建、编辑和删除材料信息。当用户新建、编辑和删除材料信息后，列表内的信息都会即时更新，但并未写入到以文本文件存在的数据库中，而只有在用户选择了退出该对话框的时候，才会在该对话框的析构函数中执行写入数据库的操作，这样的设计是为了避免频繁的读写文本文件的过程，以提高系统的运行效率。由于材料的密度是影响备料重量的关键参数，因此本系统增加了密度输入内容的检测功能，用于检测输入的密度是否合法。
2 关键技术研究
2.1 备料形状的确定
备料形状是利用NX产品设计过程中产品包容体的概念，所谓产品包容体就是最小的能够完全包容产品的长方形或者圆柱形。根据零件的三维模型，在产品包容体的基础上，允许用户输入一定的备料尺寸余量，并得出最后的备料体积和重量，生成相应的备料清单。NX提供了UF_MODL_ask_bounding_box()函数计算实体的包容体体积。
2.2 装配结构的遍历
为了获取总成中所有节点的信息，需要遍历总成的整个装配结构。常用的遍历方法有深度优先法与广度优先法两种，本系统采用深度优先法，深度优先法遍历装配结构的基本算法如下：首先获取装配结构的根节点，然后获取根节点的子部件。对每个子部件递归求解下一级子部件，如此循环，直到子部件为单个零件。以下是实现遍历装配结构功能的代码。
在NX注塑模环境下，有些零件中存在多个用于辅助建模的实体，在计算零件备料信息时，系统需要找到零件的真正实体，本系统通过使用True和False引用集来区分零件的真正实体和辅助实体。因此为了正确计算出零件的备料尺寸，首先判断是否存在True引用集。具体实现代码如下：
本系统以NX Mold Wizard为设计软件平台，以NX/Open API、UIStyler、Menuscript和Visual Studio 2008作为开发工具。系统启动后，将自动加载菜单和工具条脚本文件，将系统设计菜单和工具条显示到NX系统界面中。模具设计完成后，通过过程向导将自动生成备料清单，并将备料清单以Excel表格输出，如图4所示。
图4 Excel表格式的备料清单
利用NX注塑模进行模具设计时，最终设计完成的成品是一个较为复杂的装配。为了提高模具企业的设计生产效率，及时提供准确、可靠的备料信息给下游生产环节，开发了基于NX注塑模备料清单系统，通过本系统自动生成的备料清单，能够准确的反映注塑模总成中各部件的备料信息，对企业的下游生产环节，如采购，加工等环节都有很大的参考价值。模具设计加工过程中类似的表单还很多，完全可以通过二次开发，提高CAD/CAM/CAE软件的专业化和智能化程度，从而提高模具设计制造的效率和质量。
