【正文】 結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊／CAM系統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊的結(jié)構(gòu)圖。該模塊分為三個子模塊，即系統(tǒng)初始化模塊、模具總裝及零件設(shè)計模塊、圖樣生成模塊。初始化模塊根據(jù)產(chǎn)品的工藝設(shè)計信息和用戶要求。對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，顯示系統(tǒng)的用戶菜單。模具總裝及零件設(shè)計模塊是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊的主要部分，它又分為基本結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作部件設(shè)計、桿件與板塊的拼合、板件與編輯等八個子模塊?；窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計子模塊可根據(jù)用戶要求，完成模具標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的選擇或非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。工作部件設(shè)計子模塊，以交互方式進(jìn)行凹模、凸模和凸凹模的設(shè)計，最后得到記錄這些零件信息的零件描述表。板件設(shè)計與編輯子模塊完成板件的設(shè)計、插入和刪除。桿件‘j板什的拼合子模塊可實現(xiàn)桿件與板件的拼合，自動處理內(nèi)孔參數(shù)，處理拼合結(jié)果。其它子模塊分別完成模架、卸料裝置、緊固裝置和輔助裝置的設(shè)計。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊中的圖樣生成子模塊根據(jù)總裝及零件設(shè)計子模塊產(chǎn)生的總裝圖、零件圖和零件描述表畫剖面線，在總裝圖卜添加指引線、明細(xì)表和標(biāo)題欄，產(chǎn)生繪圖文件，以便在繪圖機(jī)上繪出圖樣。 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊的結(jié)構(gòu)圖2．模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法。 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本過程目前，在模具CAD系統(tǒng)中，模具結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計基本方法有兩種：一是人機(jī)交互式二維圖形作圖法。這種方法效率低，且需配備大規(guī)模的子圖形庫及基本圖形運算程序庫，對于復(fù)雜的零件和結(jié)構(gòu)更顯得繁瑣，影響CAD系統(tǒng)的效果。但采用這種方法對模具設(shè)計分析程序的編制要求較低，對各種模具結(jié)構(gòu)的通用性強(qiáng)，并能充分發(fā)揮設(shè)計者主觀能動性。二是程序自動處理法。這種方法效率高，對操作者的技術(shù)要求較低，但對模具結(jié)構(gòu)設(shè)計分析程序要求很高，編程工作量大而復(fù)雜，以致CAD系統(tǒng)開發(fā)過程的周期較長。但采用這種方法，不能包羅所有可能的結(jié)構(gòu)形式，存在著一定的局限性。為了克服以上兩種方法的缺點，發(fā)揮各自的長處，可以采用程序自動設(shè)計為主，人機(jī)交互二維圖形處理為輔，加強(qiáng)系統(tǒng)的圖形編輯功能，對自動設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行一定的人工干預(yù)和實時修改。 下面對各個設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行概略的介紹：（1）模具總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)預(yù)先確定若干種沖壓模如沖裁模的基本結(jié)構(gòu)形式和典型組合，如 下出料式落料模，倒裝式圓模板復(fù)合模，正裝式圓模板復(fù)合模，七出料式落料模，倒裝式矩形模板復(fù)合模，正裝式矩形模板模，彈性卸料縱向送料連續(xù)模，彈性卸料橫向送料連續(xù)模，彈性卸料沖孔模，固定卸料沖孔模等。詳細(xì)地規(guī)定每種結(jié)構(gòu)由哪幾個主要零件組成及其裝配次序和裝配關(guān)系。這些規(guī)范化的結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)形式存放在數(shù)據(jù)庫和圖形庫中，供選擇和調(diào)用。另外，按照一定的數(shù)據(jù)和形式，預(yù)先將各種標(biāo)準(zhǔn)模架的圖形文件貯存于圖形庫中，程序讀人工藝設(shè)計的結(jié)果，自動選定模具總體結(jié)構(gòu)，或由設(shè)計者自由選擇。根據(jù)工件的形狀、尺寸選定凹模外形規(guī)格，最后輸出典型組合索引文件及模架索引文件，由數(shù)據(jù)庫檢索出相應(yīng)規(guī)格的典型組合及模架標(biāo)準(zhǔn)。（2）模具零件設(shè)計分析 ： 沖裁模零件1)完全標(biāo)準(zhǔn)件。如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、卸料螺釘、擋料釘、導(dǎo)正銷、標(biāo)準(zhǔn)圓凸模等，這一類零件大多為軸類零件，從圖形庫中檢索出來即可用，模具零件分析設(shè)計程序的任務(wù)是輸出標(biāo)準(zhǔn)索引文件。2)半標(biāo)準(zhǔn)件。如凹模板、凸模固定板、凹凸模固定板、卸料板、各類墊板、上模座及下模座等。這類零件的外形及其固定用孔，包括螺紋孔、銷釘孔等，均已預(yù)先規(guī)定，而其內(nèi)形隨沖裁件的變化而變化。其中標(biāo)準(zhǔn)部分可直接從圖形庫中檢索得到，而非標(biāo)準(zhǔn)部分則由設(shè)計分析程序得出。這類零件大多為板類零件。模具零件的設(shè)計分析程序的任務(wù)是輸出標(biāo)準(zhǔn)件外形索引及其內(nèi)形的實體描述文件。3)非標(biāo)準(zhǔn)件。如凸模、頂件塊、凹凸模等。這類零件無標(biāo)準(zhǔn)形式．需按不同工件需要進(jìn)行設(shè)計。其一般形式都是柱體或階梯軸。這里，模具設(shè)計分析程序的任務(wù)是給出非標(biāo)準(zhǔn)件的完整的實體描述文件。如上所述，沖裁模零件的形狀不外乎是板塊、柱體和或階梯軸，其內(nèi)孔大多是直孔或階梯孔，因此可以按二維半圖形來處理，這是沖裁模CAD系統(tǒng)的一大特點。二維半物體的造型方法可以用平移拉伸法 (Translate tonal sweeping)。即由直線和圓弧組成一個多邊基面，將該平面拉伸一段距離，即可得出一個二維半物體。 二維半物體物體頂面節(jié)點的x、y坐標(biāo)與底面對應(yīng)節(jié)點的坐標(biāo)相同，只是z坐標(biāo)相差一個高度值h?？梢杂靡欢ǖ臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述標(biāo)準(zhǔn)二維半物體及階梯軸(包括圓柱及非圓柱)類物體的頂面平面圖形及該乎面對應(yīng)的高度和各個階梯之間的過渡形式。沖裁模零件與零件之問的裝配關(guān)系，不外乎以下幾種：1)板塊與板塊之間的疊合(如凹模與下模座之間)。2)實心或空心的柱體和軸類零件嵌插在板塊上(如凸模與凸模固定板之間，導(dǎo)柱與下模座之間)。3)空心的板塊或空心的軸、柱類零件內(nèi)安放另一個零件(如導(dǎo)套與導(dǎo)柱之間，上模座與打板打桿之間)。針對上述情況，我們也可以采用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來專門描述零件與零件之間的裝配關(guān)系。沖裁模裝配圖的主體可以看成是若干按一定次序排列的模板的集合，而各模板上的內(nèi)孔(圖形內(nèi)環(huán))中又分別相應(yīng)插入一些零件，這些零件中的空心件內(nèi)還可以再安放其它零件。所有這些零件都是無序的，但他們分別以一定的板類零件或空心零件作為安裝的工藝基準(zhǔn)，構(gòu)成了一定的定位關(guān)系。屏幕顯示零件拼裝過程a)剖切下模座 b)裝入零件 c)消隱處理 利用CAD技術(shù)可以很迅速地產(chǎn)生一套設(shè)計優(yōu)良的模具圖，對于制造形狀復(fù)雜、精度要求較高的模具，單靠經(jīng)驗和手工修磨，往往很難達(dá)到滿意的效果。解決此問題的根本途徑是將CAD與CAM有機(jī)地結(jié)合起來()，提高模具設(shè)計與制造水平，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。在沖裁模CAD/CAM一體化系統(tǒng)中，不僅要進(jìn)行設(shè)計計算，而且還要考慮數(shù)控加工編程及加工工藝性問題。沖裁模中凸模、凹模、固定板和卸料板等基本上都是二維半零件，一般采用數(shù)控線切割加工，所以對于沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)，CAM主要考慮工作零件的線切割自動編程及其工藝問題。. CAM 過程1．?dāng)?shù)控線切割編程的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備沖裁模零件數(shù)控線切割加工編程的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要包括：各切割輪廓的幾何信息(交切點坐標(biāo)、圓心坐標(biāo)、線型)、拓?fù)潢P(guān)系、鉬絲所處位置與被切割輪廓的位置關(guān)系、鋁絲中心運動軌跡與切割軌跡之間的偏移量及輔助程序所需的信息等。模、凹模、卸料板、凸模固定板等零件的輪廓尺寸都是在基準(zhǔn)件的基礎(chǔ)上加間隙值得到的。對于具有間隙補(bǔ)償功能的線切割機(jī)床，只需編制加工基準(zhǔn)件的程序，再利用間隙補(bǔ)償便可加工相關(guān)零件，不僅可減少編程工作量，而且能滿足凸模和凹模等的間隙值以及間隙均勻的要求。這里的主要問題是確定各切割零件與基準(zhǔn)件的間隙。但對于不具有間隙補(bǔ)償功能的機(jī)床，則須編制各切割零件程序。線切割系統(tǒng)利用沖裁件圖形輸入模塊建立的沖裁件幾何模型，. CAM過程件實行等距縮放，為各模塊程序編制提供幾何信息與拓?fù)潢P(guān)系。系統(tǒng)根據(jù)沖裁件模型和建立的數(shù)據(jù)庫，自動進(jìn)行檢索，確定間隙值、線切割鉬絲直徑、放電間隙以及線切割鉬絲所在位置，實現(xiàn)等距縮放，完成各零件節(jié)點計算，生成零件圖形的幾何模型，供數(shù)控線切割編程調(diào)用。(2)偏移量與間隙值的確定 經(jīng)過等距縮放得到各模塊零件的輪廓信息，必須確定是“縮”還是“放”及縮／放多少兩個問題?？s／放是通過縮／放值的符號決定的，正值表示放大，負(fù)值表示收縮?？s／放值△由偏移量(鉬絲半徑與單邊放電間隙之和)和零件配合單邊間隙c確定，即△===f+c。f與c的符號由基準(zhǔn)件和被加工件決定，例如，落料模的凹模為基準(zhǔn)件，加工凸模時鉬絲軌跡應(yīng)在凸模輪廓以外，因此，f值為正，而凸凹模間隙c應(yīng)取負(fù)值，基準(zhǔn)件(凹模)輪廓生成凸模輪廓的縮／放值為f與c的代數(shù)和。2．?dāng)?shù)控線切割編程的工藝處理在CAM階段，工藝審核需解決CAD中尚未涉及的加工工藝性問題。二維沖裁模線切割加工的工藝審核應(yīng)解決定位、裝夾、穿絲孔位置及起始割點的確定等工藝問題。(1)裝夾位置及切割路線的確定裝夾位置及裝夾的好壞，直接影響加工質(zhì)量，應(yīng)保證定位合理、裝夾穩(wěn)定可靠。對于裝夾位置、起割點及切割路線應(yīng)綜合考慮，保證在整個切割過程中都有較好的剛性。切割路線的走向和起點若選擇不當(dāng)，會嚴(yán)重影響工件的加工精度。例如， 所示的起始割點和路線(A—a—b—c—d—e—f—g—h—a— A)切割加工，當(dāng)?shù)诙莱绦蚯懈钔旰螅嘞碌慕饘侔迮c夾持部位僅通過一條狹長的邊相連，顯然剛性差，易變形，影響工件的質(zhì)量。若按(A—a—h—g—f—e—d—c—b—a— A)路線加工，則可減少或避免這種影響。如果將起始割點故在B點( b)，則無論選擇哪種路線和走向，其切割精度都會受到材料變形的影響。對于多輪廓的零件，應(yīng)先加工內(nèi)輪廓，最后加工外輪廓。 裝夾位置及切割方向的選取(2)起始割點的選取起始割點是指一個封閉輪廓中首先被切割的節(jié)點。對于一個封閉的輪廓，起點也就是終點。在圖形輪廓切割即將封閉時，中心材料已與本體分離，容易形成一條接縫。因此，選擇起始割點首先應(yīng)考慮選在兩線段的交叉點上(切割表面的拐角處)，或者選在精度要求不高的表面上及容易修整的表面上，一般不宜選在切點或圓滑表面上。確定起始割點有兩種方法：一種方法是由計算機(jī)進(jìn)行搜索，找出符合條件的節(jié)點作為起始割點。采用該方法計算機(jī)選中的起始割點往往是第一個符合條件的節(jié)點，有時還碰到一個封閉輪廓中沒有交叉節(jié)點的情況(如內(nèi)圓孔)，所以程序?qū)@些情況都要有周密考慮。另一種方法是通過人機(jī)交互作用確定起始割點。當(dāng)然，對于CAD/CAM一體化系統(tǒng)，人工干預(yù)越少越好，在確定起始割點位置時，還須同時考慮裝夾位置及穿絲孔位置選擇。(3)穿絲孔位置的確定 選擇穿絲孔位置時應(yīng)考慮以下兩點：1)應(yīng)有較大空間，能鉆出較大孔徑的穿絲孔。有較大孔徑的穿絲孔，主要是為了方便穿絲和保證鉬絲有足夠的調(diào)整范圍，以便保證一定的定位精度。在計算機(jī)編程中，從第一個加工輪廓的穿絲孔開始，直到整個零件切割完畢，全部編好了程序，其中包括由穿絲孔到起始割點的引進(jìn)線,由于切割終點回到穿絲孔的回退線以及一個加工輪廓到另一加工輪廓的窄乍行程。因此，各個輪廓之間的相對位置精度是由編程保證的．但若穿絲孔孔徑過小，則要求每一輪廓穿絲孔的位置精度都很高，否則就可能產(chǎn)生干涉。2)考慮劍切割效率，穿絲孔距離起始割點不宜太遠(yuǎn)。穿絲孔位置的選擇方法與起始割點的選擇方法相似。 所示的零件，假定要加工凸凹模。因計算凸凹模尺寸時已慮鉬絲直徑和放電間隙，所以，切割時鉬絲中心沿著輪廓行進(jìn)即可。兩個內(nèi)孔要切割成凹模，因其為整圓,沒有交叉節(jié)點，所以在圓內(nèi)選取某點1和2為起始割點，在圓內(nèi)分別選點A、B為穿絲孔。外輪廓選取3為起始割點c、為穿絲孔。 中虛線表示由一輪廓到另一輪廓的空車路徑。 穿絲孔位置的確定3．?dāng)?shù)控線切割自動編程編程時,首先輸入圖形信息。根據(jù)凹模的刃口尺寸信息，計算出凹模的幾何信息，然后對元素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和方向化處理，得到有向化處理和有向輪廓元素數(shù)據(jù)表。接著,程序自動選擇合理的穿絲孔位置、孔徑和起始割點。根據(jù)沖裁件的板厚，程序自動從數(shù)據(jù)文件中檢索合理的刃口間隙值，同時考慮不同的電蝕補(bǔ)償和修模拋光量，確定圖形的縮放詹，對圖彤進(jìn)行縮放計算，便求得鉬絲中心的運動軌跡。首先將穿絲孔中心與起始割段元素的起點連接起來，作為切割的第一元素，并按切割順序?qū)缀卧剡M(jìn)行重新編排。編程是按照數(shù)控線切割機(jī)床控制程序的格式要求完成的，可按照用戶選取的指令格式進(jìn)行編程。為了充分發(fā)揮自動編程的優(yōu)越性，考慮到線切割加工過程中有可能發(fā)生斷絲的情況，在程序設(shè)計時可編入一段幾何元素反向編排變換程序，這樣，可以得到與原切割方向相反，參數(shù)完全一樣的數(shù)控程序紙帶。在切割過程中，當(dāng)發(fā)生斷絲時，只要換上新絲，使用相應(yīng)的反向切割程序紙帶，就可以沿著與原切割順序相反的方向?qū)⒐ぜ^續(xù)切割完。這樣，不但提高了生產(chǎn)率,而且避免了由于二次放電加工造成的工件表面粗糙度提高和尺寸精度的降低。在沖模設(shè)計中，CAE的主要功能是協(xié)助CAD/CAM對實際沖壓件的成形性進(jìn)行分析，保證制件質(zhì)量。其主要內(nèi)容包括有限元法（FEM）網(wǎng)格自動生成和沖壓成形的數(shù)值模擬。薄板成形有限元分析涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、數(shù)值方法、模具制造、計算機(jī)科學(xué)，是一門新興的交叉學(xué)科。從力學(xué)的角度，涉及大位移，大應(yīng)變、大轉(zhuǎn)動、彈塑性材料及磨擦接觸，是一個典型的強(qiáng)非線性問題，因而也成為計算力學(xué)中最富有挑戰(zhàn)性的課題之一。目前，比較有把握解決薄板成形中以下幾個方面的問題：（1）全面了解板料的變形過程，并預(yù)算所需要成形力的大小。（2）根據(jù)工作中應(yīng)力應(yīng)變分布，預(yù)測可能的破裂、起皺區(qū)域，并通過修改沖壓工藝或模具參數(shù)予以消除。（3）通過對卸載過程的分析，較準(zhǔn)確地計算工件的回彈量。（4）根據(jù)對沖壓件破裂與起皺等預(yù)測，確定出最佳的確壓邊力。（5）選擇合適的潤滑方案。（6）較好地確定坯料展開尺寸及拉深筋的布置方式與位置。（7）預(yù)測沖模的磨損。（PDM）在 20世紀(jì)的60、70年代，企業(yè)在其設(shè)計和生產(chǎn)過程中開始使用CAD、CAM等技術(shù)，新技術(shù)的應(yīng)用在促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。對于制造企業(yè)而言，雖然各單元的計算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)日益成熟，但都自成體系，彼此之間缺少有效的信息共享和利用，形成所謂的“信息孤島”。在這種情況下，許多企業(yè)已經(jīng)意識到：實現(xiàn)信息的有序管理將成為在未來的競爭中保持領(lǐng)先的關(guān)鍵因素。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management 簡稱PDM)正是在這一背景下運行而生的一項新的管理思想和技術(shù)。PDM可以定義為以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為核心，實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程、資源一體化集成管理的技術(shù)。PDM明確定位為面向制造企業(yè)，以產(chǎn)品為管理的核心，以數(shù)據(jù)、過程和資源為管理信息的三大要素。PDM進(jìn)行信息管理的兩條主線是靜態(tài)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和動態(tài)的產(chǎn)品設(shè)計流程，所有的信息組織和資源管理都是圍繞產(chǎn)品設(shè)計展開的，這也是PDM系統(tǒng)有別于其他的信息管理系統(tǒng)，如企業(yè)信息管理系統(tǒng)(MIS)、制造資源計劃(MRPⅡ)、項目管理系統(tǒng)(PM )、企業(yè)資源計劃(ERP )的關(guān)鍵所在。PDM是當(dāng)今計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。近幾年來，PDM是產(chǎn)品工業(yè)中發(fā)展最快的一種技術(shù)。PDM的應(yīng)用給企業(yè)帶來了非凡的成就。PDM技術(shù)在國外已得到廣泛的應(yīng)用，美國CIMdata公司調(diào)查的企業(yè)中，98％的企業(yè)都要實施PDM。我國也有一些企業(yè)實施了PDM。PDM技術(shù)是一項管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程的技術(shù)。其核心在于能夠使所有與項目相關(guān)的人在整個信息生命周期中自由共享與產(chǎn)品相關(guān)的異構(gòu)數(shù)據(jù)。PDM技術(shù)在九十年代得到了迅猛地發(fā)展，PDM可看作是一個