【正文】 藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。 數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計(jì)師可以在更大范圍內(nèi)共享設(shè)計(jì)資料、信息、資源和展開合作，提高模具設(shè)計(jì)的總體水平。 鍛模 CAD： 針對各類鍛件及鍛造方法開發(fā)的專用系統(tǒng) 注塑模 CAD： 三維造型、流動(dòng)分析，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 西安交大是國內(nèi)最早開始進(jìn)行模具 CAD技術(shù)研究的單位之一， 83年開始持續(xù)進(jìn)行沖模 CAD系統(tǒng)的研制和應(yīng)用推廣，與 20多家企業(yè)進(jìn)行了合作，開發(fā)和應(yīng)用的沖模 CAD軟件系統(tǒng)有：沖裁模 CAD/CAM系統(tǒng) ：以冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)大型鑲拼結(jié)構(gòu)沖裁模 CAD/CAM系統(tǒng) ： 沖裁工件尺寸不受限制，可實(shí)現(xiàn)模具的非標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分別采取相應(yīng)的方法處理，取得設(shè)計(jì)對象的工藝參數(shù)。 模具設(shè)計(jì)中有些問題，如選擇設(shè)計(jì)方案，評價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果等。 6）實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)和零件的標(biāo)準(zhǔn)化，建立模具 CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)庫和標(biāo)準(zhǔn)零件庫，提高模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度。 模具 CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)幾何造型與圖形處理的途徑 1）以商品化的通用圖形軟件為支撐軟件 如利用 AUTOCAD 完成二維圖形的編輯、修改、輸出。 2）根據(jù)模具零件的特點(diǎn)，建立專用幾何造型系統(tǒng)。 CAD的模式和存在問題1）通用型 CAD系統(tǒng) ① 設(shè)計(jì)效率低 商品化軟件由于市場需要，只能提供一些通用工具，如幾何造型、繪圖、強(qiáng)度計(jì)算等，要由設(shè)計(jì)人員交互調(diào)用。③ 通用圖形軟件不支持 “ 自頂向下 ” 的設(shè)計(jì) “ 自頂向下 ” 設(shè)計(jì)：先裝配后零件，由粗略到詳細(xì)，反復(fù)細(xì)化。 實(shí)際設(shè)計(jì)中，裝配和零件同時(shí)進(jìn)行，先勾畫出粗略的裝配結(jié)構(gòu)，再逐步細(xì)化。 沖模 CAD屬專業(yè)系統(tǒng)，模具 CAD設(shè)計(jì)對象明確，有比較固定（規(guī)范）的設(shè)計(jì)理論、算法、流程和規(guī)律，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，可進(jìn)行全過程設(shè)計(jì)：接受任務(wù) — 分析計(jì)算 — 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)— 結(jié)果輸出，設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度高。4. 發(fā)展專家系統(tǒng)，建立面向?qū)ο蟮幕谥R的智能 化沖模 CAD系統(tǒng)，以便提高塑性成型工藝設(shè)計(jì)的 可靠性與模具 CAD系統(tǒng)的效率。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)：特征造型技術(shù)、特征識別技術(shù)、金屬板成形過程有限元仿真技術(shù)。結(jié)果具有合理性、先進(jìn)性。五 .模具 CAD系統(tǒng)的組成 模具 CAD系統(tǒng)由硬件和軟件二部分組成。 輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描輸入設(shè)備 輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖機(jī)、紙帶穿孔機(jī)。操作系統(tǒng)的管理包括 CPU 管理、存儲管理、文件管理、 I/O管理和作業(yè)管理。 ② 通用工程分析軟件：有限元分析，數(shù)值模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)， 成熟的計(jì)算方法等軟件包。 系統(tǒng)以冷沖模國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，可納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容 。 模具結(jié)構(gòu)庫便于擴(kuò)充，以適應(yīng)非標(biāo)結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)。 半自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工步排樣；模具采用總裝、子模和零件三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)有較高的靈活性和自動(dòng)化程度。1) 公式的程序化 ：公式是現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型，可以直接編程。 ② 用文件形式存儲數(shù)表。插值的基本思想： 設(shè)法構(gòu)造一個(gè)函數(shù) y=p(x) 作為列表函數(shù)的近似表達(dá)式，計(jì)算 p(x)得到函數(shù)值。 處理線圖時(shí)，可先將其離散成數(shù)表，再按數(shù)表程序化的方法處理 . 例：見教材 P272. 模具 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 模具 CAD是一個(gè)信息分析、處理和傳遞的過程。 非圖形數(shù)據(jù)：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和管理信息1) 用文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) 直接利用操作系統(tǒng)的文件管理功能，實(shí)現(xiàn)目錄管理、文件管理和文件傳輸。2) 數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫：是所存儲的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的集合。層次模型：以記錄類型為結(jié)點(diǎn)的樹狀結(jié)構(gòu)。 ② 數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序，程序改變不影響數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變也不會(huì)影響程序。用戶可通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不必了解數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。 工程數(shù)據(jù)庫尚不成熟。 沖模 CAD系統(tǒng)采用方法 ① ，工程數(shù)據(jù)庫包含以下內(nèi)容：對靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理 工藝數(shù)據(jù)庫：工藝設(shè)計(jì)資料 模具結(jié)構(gòu)庫：模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和裝配組合 模具零件庫：標(biāo)準(zhǔn)零件的參數(shù)庫和圖形庫對動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理 CAD系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)結(jié)果和模塊之間的信 息傳遞，針對設(shè)計(jì)對象的特點(diǎn)，建立合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型，以數(shù)據(jù)文件的形式存儲和調(diào)用。這種用 n+1維向量表示 n維向量的方法稱為齊次坐標(biāo)表示法。 齊次坐標(biāo)不存在位置向量的唯一表示，如 [15 9 3]， [30 18 6]和 [5 3 1]都表示坐標(biāo)點(diǎn)（ 5， 3）。 變換序列級聯(lián)時(shí)的順序問題。 級聯(lián)的目的： 將一個(gè)變換序列表示成一個(gè)變換。 頂點(diǎn)：邊的端點(diǎn)。 多面體的歐拉公式： F＋ V－ E = 2＋ R－ 2H2. 幾何造型在模具 CAD系統(tǒng)中的作用 1) 輸入形體（用一組數(shù)據(jù)表示形體） 2) 形體的編輯、修改、顯示和輸出 3) 幾何模型的數(shù)據(jù)管理 工藝設(shè)計(jì)要以工件幾何形狀和工藝特征為依據(jù)； 模具結(jié)構(gòu)特別是工作零件設(shè)計(jì)，有賴于產(chǎn)品零件的形狀 支持模具裝配和零件圖的生成與繪制。 優(yōu)點(diǎn)：模型簡單、存儲量小、顯示速度快、易修改。通過有向棱邊構(gòu)成形體表面，用面的集合來表達(dá)相應(yīng)的形體。 難以保證形體描述的有效性和一致性。優(yōu)點(diǎn)：可以完整全面地描述形體，具有完備的信息。 從工程角度，對形體的各個(gè)組成部分及其特征進(jìn)行定義，特征造型是形狀和功能的組合。 形狀特征：具有一定工程意義的形狀 精度特征：尺寸公差、表面精度等 工藝特征：加工方法、工藝要求等 材料特征：材料 類 型、材料性能 特征造型方法： ① 人工輔助特征標(biāo)識：先建立幾何模型，然后交互檢取幾何要素，將特征信息作為屬性添加到特征模型中。用抽象的幾何實(shí)體來代表實(shí)際的形體。2）空間點(diǎn)列表示 將形體所在空間分割成具有固定形狀（如立方體），彼此相連的一系列單元，每個(gè)單元用其形心坐標(biāo)（ x,y,z） 表示。特點(diǎn)：理論上可以描述任何物體，實(shí)際上存在困難，而 且表示不唯一。 常用方式：（見 P55/圖 511） 平移掃描： 運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線， 描述 旋轉(zhuǎn)掃描： 運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓或 圓弧，描述軸對稱 形體。 存儲量大，模型不夠緊湊。三類幾何信息之間可以互相轉(zhuǎn)化（圖 516）。 基本要求：能描述形體幾何信息與拓樸信息； 便于對形體進(jìn)行增刪和修改操作； 快速運(yùn)算、處理，占用較少的內(nèi)存空間。① 線性表結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)順序排列，每個(gè)結(jié)點(diǎn)只與前一個(gè)和后一個(gè)結(jié)點(diǎn)相聯(lián)系，結(jié)點(diǎn)之間只存在線性（一維）位置關(guān)系。 數(shù)據(jù)域：存放結(jié)點(diǎn)的值 指針域：存放與該結(jié)點(diǎn)有聯(lián)系的結(jié)點(diǎn)的存儲單元地址① 順序存儲：存儲單元在存儲器中連續(xù)分配，依此存放，無指針域。用單鏈來指示它們之間的連接關(guān)系。每條邊都有指針，指向左右兩個(gè)鄰面和構(gòu)成鄰面的四條鄰邊。 6. 二維平面圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2D圖形由一個(gè)外環(huán)和若干內(nèi)環(huán)組成，環(huán)內(nèi)各邊順序相連。1 系統(tǒng)分析 對現(xiàn)行工作流程進(jìn)行調(diào)查，收集分析有關(guān)資料，了解用戶需求，在此基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的總目標(biāo)、功能、性能和接口，建立系統(tǒng)的總體邏輯模型。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法： “ 自頂向下 ” 的分解，即將系統(tǒng)逐級分解成模塊和子模塊。 模塊名稱、輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換過程等。一個(gè)系統(tǒng)可分為若干個(gè)功能模塊，用作業(yè)控制語句或程序內(nèi)部的過程調(diào)用語句將這些模塊連接起來。 把模塊功能分解成一組子功能，這一組子功能可以通過執(zhí)行若干個(gè)程序步來完成。測試過程 ： 單元測試：對?？熘饌€(gè)測試（模塊接口、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，執(zhí)行路徑） 整體測試：將模塊逐個(gè)裝配在一起進(jìn)行測試，考察是否能組裝 成一個(gè)符合要求的系統(tǒng)。“ IDEF0” 方法 ： 功能分析方法的一種，建立模具 CAD/CAM系統(tǒng)的功能模型。② 建立系統(tǒng)的 A0圖： A0圖是模型真正的頂層圖， 表示系統(tǒng)的功能模塊組成， 以及各功能模塊間的關(guān)系③ 對 A0 圖中各功能模塊進(jìn)一 步分解，得到 A A A3 … 圖。 沖壓工藝設(shè)計(jì) ：工藝性判斷、刃口計(jì)算、毛坯排樣、 選擇模具類型 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ：模面設(shè)計(jì)、凸模固定、裝配與零件設(shè)計(jì) 裝配圖、零件圖生成 ：自動(dòng)完成模具零件的幾何造型； 選擇視圖，生成裝配和零件工程圖紙。1. 工件圖形輸入方法沖裁件為二維形狀，其圖形輸入有多種方法，采用面素拼合和線素輸入相結(jié)合的圖形輸入方法，可以將復(fù)雜圖形快速度輸入計(jì)算機(jī)。線素輸入法 ： 線素輸入采用交互方式，靈活地輸入復(fù)雜形狀圖形。 根據(jù)沖壓件的變形特點(diǎn)對其形狀特征進(jìn)行分類，既可保證形狀特征與沖壓工藝之間的對應(yīng)關(guān)系，又不失形狀分類的一般性2. 沖壓零件的特征造型1) 沖壓零件的特點(diǎn)平板毛坯 沖壓零件（沖裁、成形、彎曲） 沖壓成形工藝2) 沖壓零件的特征造型方法 對 象：由沖裁、彎曲、拉深和局部成形等方式加工的沖 壓件。 體素拼合 體素間的連接關(guān)系圖 彎曲連接（ BR） ： 平面體素與彎曲體素連接 彎曲體素的一側(cè)面與平面 體素的某一側(cè)面重合 過渡連接（ TR） ： 平面體素與成形體素連接 成形體素端部側(cè)面的兩組 邊界分別在平面體素的兩個(gè) 相應(yīng)形面上。 手工設(shè)計(jì)時(shí)由人工對照表格數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查判斷。這些變量確定后，設(shè)計(jì)對象也被確定。它是設(shè)計(jì)變量（x1,x2,x3…) 的 函數(shù)： f(x)=f(x1,x2,…xn) 優(yōu)化問題可歸結(jié)為：在滿足一定的約束條件下，采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變量，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)。沖裁模 CAD采用優(yōu)化排樣方法，可以從沖裁件在材料上排列的所有方案中找出最優(yōu)方案。 CAD系統(tǒng)提供了九類排樣，由單、雙、多排與直、斜、對排組合而成。排 樣 的 優(yōu) 化 問題 就在于尋 找 Φ 的最佳 值 ，使目 標(biāo) 函數(shù)程序?qū)崿F(xiàn)方法： Φ 角由 0 – 180 按一定的尋優(yōu)角遞增，計(jì)算出各種傾角下的材料利用率 ?值，從而求出 材料利用率最高的排樣方案。 3）求出 ?（ Φ ） 最大時(shí)的 Φ 值，得到 B、 H值。干涉關(guān)系模型 ： 相互干涉的輪廓組成集合 A上的一個(gè)關(guān)系 ρ2 ， 若兩輪廓Ki和 kj間相互干涉，則序偶（ Ki、 kj） ∈ρ2 ， 由 ρ2 形成干涉關(guān)系矩陣： 程序自動(dòng)完成工步設(shè)計(jì)時(shí)，以矩陣 M1和 M2為參考矩陣，將間距小于允許值的輪廓放在不同工步，將有相對位置精度要求的輪廓盡量安排在同一工步。 3）標(biāo)準(zhǔn)零件庫采用的技術(shù) 參數(shù)化處理技術(shù)：描述零件的幾何形狀 數(shù) 據(jù) 庫 技 術(shù)：存儲管理標(biāo)準(zhǔn)件的系列化尺寸數(shù)據(jù)參數(shù)化處理技術(shù) （參數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)）： 采用幾何約束來描述零件，通過改變約束及約束求解， 來獲得所需的形狀。最后把原標(biāo)注的尺寸 “ 參量化 ” ，即用字符變量（如 M， H， L等）或表達(dá)式（如（ L+B） /SIN（ A） 等）取代具體尺寸值。圖形庫存儲了每一個(gè)零件的圖形，這些圖形是由尺寸驅(qū)動(dòng)的。 標(biāo)準(zhǔn)零件庫采用層次結(jié)構(gòu)。1) 模具裝配信息① 總體結(jié)構(gòu)信息 模具類型與尺寸規(guī)格，模具所含全部零件的設(shè)計(jì)信息。2) 模具裝配模型 模具結(jié)構(gòu)是模具零件按某種關(guān)系組成的集合。 B1B2B3B4B5B6B7B8B9L3L4L1L2L9L10L5L11L7L8L6L12下模 部分 上模部分裝配定位樹結(jié)構(gòu)裝配定位樹 ： 由所有板類件的定位關(guān)系組成裝配體主干。每個(gè)結(jié)點(diǎn)到根結(jié)點(diǎn)之間都存在一條定位鏈，從根結(jié)點(diǎn)出發(fā)逐層變換即可求得零件的空間定位（ X， Y， Z， α,β,γ ）。 模具典型組合按其尺寸規(guī)格實(shí)現(xiàn)系列化，沖模典型組合以凹模尺寸劃分，設(shè)計(jì)中只要指定規(guī)格參數(shù)即可調(diào)出一套模具的完整結(jié)構(gòu)，模具中所有零件的規(guī)格系列也隨之確定。開發(fā)擴(kuò)展 ，實(shí)現(xiàn)了模具圖生成的高度自動(dòng)化。系統(tǒng)采用 AUTOCAD作為圖形修改、編輯與繪制的支撐軟件。 系統(tǒng)中， CAD建立的零件幾何模型可直接由 CAM調(diào)用，轉(zhuǎn)換成NC加工指令。