冲压模具CAD(一）

     一）   冲压模具CAD系统的特点

    根据冷冲压模具的分类，弯曲模及大部分冲裁模可以归属到二维CAD范畴；轴对称类型的拉深模、挤压模、翻边模等可归属到二维半CAD范畴；其他模具均可归入三维CAD范畴。二维半指其加工零件的变形是空间三维形式，但该变形可以用径向和轴向两个参数进行数学描述，二维半可以简化成二维CAD进行处理。二维CAD和三维CAD存在较大的差异。

    DCAD冲裁模系统是一个可用于教学的冷冲压模具计算机辅助设计和辅助制造系统，目前主要用在冲裁模具的设计和制造。DCAD冲裁模系统以通用计算机辅助设计软件AutoCAD为基础软件，采用AutoCAD内嵌语言AutoLISP进行开发。

    由于DCAD系统采用了通用计算机辅助设计软件AutoCAD作为基础软件，因此在计算机硬件平台方面的选择余地相当大。可以运行DCAD冲裁模系统的计算机包括了大多数个人电脑和CAD工作站。美国苹果电脑公司的个人电脑以及一些专用的CAD图形工作站也是通用计算机辅助设计软件AutoCAD的运行平台，因此在这些计算机硬件平台上也可以运行DCAD冲裁模系统。同样，DCAD冲裁模系统可以采用的计算机外部设备的种类和品种也非常丰富，如各种型号的鼠标器、数字化仪、打印机硬件绘图仪等。硬件设备的灵活配置为DCAD冲裁模系统的灵活配置带来了极大的便利，工厂企业可以根据资金情况进行恰当的硬件配置，也可以分阶段添置硬件设备，或者对计算机实行升级，提高系统的综合性能。

    DCAD冲裁模系统是一个能够不断开发和完善，提高系统性能的冷冲压模具设计系统。目前DCAD冲裁模系统已经建成的部分能够完成冲裁件简单模、复合模以及连续模的大部分设计，另有少量设计可以通过人机交互方式在计算机上完成或进行修改。在系统的发展过程中，也可以派生出一些专门系统，如大规模集成电路引线框架精密级进模CAD系统、数控冲床CAM系统等。

    在工艺设计方面，冲裁模系统能够完成：计算模具刃口尺寸、计算冲压力和压力中心、计算模具间隙、选择模具典型组合、确定模具标准零件的规格和数量、进行冲裁件排样、等等。

    在冲压模具的制造和加工方面，冲裁模系统能够完成二轴数控机床加工指令的自动编制，如生成数控线切割机床的3B或４Ｂ加工指令，坐标磨床或数控铣床的ISO标准数控加工指令。

    冲裁模系统能够直接绘制出工程图样的模具标准件有：导柱、导套、卸料螺钉、橡皮、固定挡料销、承料板、导料板、模柄等。另外一些模具零件可以经过少量的人机对话方式绘制出工程图样，这样的模具零件有上模座、下模座、凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、（复合模）下垫板、（复合模）空心垫板、（复合模）凸凹模等。对于冲裁模系统没有涉及到的，形状非常特殊的零件，则xx可以用AutoCAD图形软件直接绘制出工程图样。

    在冲裁模系统中，将冲裁件零件图样输入计算机并不是一项复杂的工作，其输入方法简便，容易学习和掌握，在输入过程中可以随时纠正输入操作错误。

    冲裁模系统以AutoCAD通用图形软件作为基础软件，以AutoCAD图形软件的内嵌式语言AutoLISP作为主要的程序编制语言。除了基础软件以外，整个冲裁模系统的软件部分由程序库、数据库、图形库和副资源库构成（图4-1）。程序库是整套系统的核心部分，程序库中的程序从数据库内调用需要的数据进行计算，根据计算结果从图库中调用图形，绘制图样。

    冲裁模系统中的数据库中包含了国家标准中有关冲压模具设计的标准以及《冲压设计资料》中的一些相关数据。在系统程序运行过程中，数据库提供一切必要的数据。更换数据库中的数据可以使冲裁模系统满足具体使用单位的工厂标准或其他标准，无需改变冲裁模系统的结构框架和运行程序。

    冲压模具设计标准及设计资料中包含的数据主要以表格的形式出现，在人工设计模具时，需要大量地查找表格来获得必要的数据。在模具计算机辅助设计时，这个过程将由计算机自动完成。模具设计所使用的表格数据输入计算机后，利用LISP语言可以编写出简单实用的数据查询程序。下面四个小函数可以应付有关表格类数据查阅的问题。

(DEFUN cb (f u v / l i)                                                                         ；表格查询函数

    (SETQ   f (OPEN (FINDFILE (IF f (STRCAT f ".DAT") name)) "r")   ；打开表格数据文件

                i (s-column v (readl f) 1)                                                  ；查列

            l (s-line u (readl f) 0)                            ；查行

    )

    (CLOSE f)                                                               ；关闭文件

    (NTH i l)                                                               ；函数返回查找到的数据

)

(DEFUN s-column (v l i / c)         ；列查询函数，v为查询变量，l为表，i为起始查询列

    (SETQ c (NTH i l))                      ；从第i列开始查询

    (WHILE (IF (EQ (TYPE v) 'str) (/= v c) (> v c)) ；查询项有字符串或数之分

        (SETQ c (NTH (SETQ i (1+ i)) l))                            ；不符合查询条件时，列数增加1

        (IF (> i 20) (*ERROR* "N"))                                 ；列数超过20，退出循环，显示出错信息

    )

    i                                                                                       ；函数返回列数

)

(defun s-line (u b i / c)                       ；行查询函数，u为查询变量，b为表，i为列数

    (SETQ c (NTH i b))                              ；表b中第i个数据

    (WHILE (IF (EQ (TYPE u) 'str) (/= u c) (> u c)) ；查询项有字符串或数之分

        (SETQ c (NTH i (SETQ b (readl f))))                 ；不符合查询条件时，查找下一行

    )

    b                                                                                       ；函数返回符合查询要求的行（表的形式）

)

(DEFUN readl (f)                                                        ；读记录函数

    (READ (STRCAT "(" (READ-LINE f) ")"))           ；函数以表的形式返回读取的一行数据

)

例如，确定凹模尺寸的数据存放在数据文件中B2-40.DAT中，其内容如下

0       0.8      1.5        3         5          8       12

75   (26  20)  (30  22)  (34  25)  (40  28)  (47  30)  (55  35)

150  (32  22)  (36  25)  (40  28)  (46  32)  (55  35)  (65  40)

200  (38  25)  (42  28)  (46  32)  (52  36)  (60  40)  (75  45)

1000 (44  28)  (48  30)  (52  35)  (60  40)  (68  45)  (85  50)

其中{dy}行数据表示冲裁件板料的厚度，{dy}列数据表示冲裁件的长度，根据板料厚度和冲裁件长度可以查找到一个含有两个数据的表，表中前面的数据表示冲裁型腔至凹模边缘的最小距离，表中后面的数据表示凹模的厚度。我们调用查表函数（CB “B2-40” 180 2）查找数据，函数返回的数据为(46  32)，说明冲裁型腔至凹模边缘的最小距离为46，凹模厚度为32。

    冲裁模系统中的图形库由一系列图形构成，其中包含一些标准模具零件哑图和基本图元。利用哑图输出工程图样非常方便，而且图样中的图形布置恰当，无需作任何改动即可迅速由绘图仪绘出图样，或者存入磁盘归档。利用哑图输出工程图样的缺点是，图形与标注尺寸不成一定比例，因此冲裁模系统中只对一些简单的零件（如圆凸模、顶杆等）采用哑图方法。对于这些简单零件，图形与尺寸的不成比例并不会构成工程图样理解方面的误解。对于模板类零件，采用哑图方案则不够理想，在读图时可能会引起误解。对此，冲裁模系统采用了图元镶拼方法，产生出标注尺寸与图线xx一致的图形。这种方法的优点是图样直观，比例准确，能够避免产生设计和加工中可能出现的误解。但是为这种设计编写程序的开发工作量较大，在输出模板零件图样以前还需要作少量的准备工作，以便使图样布置得恰当合理。

    冲裁模系统中的副资源库由各类磁盘文件组成，它们可以提供各项支援工作。如冲裁模系统专用的字形文件、各种专用符号，菜单类文件提供各类菜单功能和数字化仪菜单图形，另外还有一些文本文件能提供冲裁模系统软件的使用说明，等等。

    冲裁模系统是一个灵活的CAD/CAM系统，它的程序库由六个功能模块组成。六个功能模块是：输入模块（i）、工艺性判别模块(ii)、排样模块(iii)、CAM模块(iv)、模具设计模块(v)和绘图模块(vi)。各个功能模块中都使用大量LISP函数来实现系统的各项功能，程序库中各模块之间的关系如图4-2所示。图4-2中，{dy}个模块主要解决冲裁件尺寸输入问题，该模块输出根据计算得到的冲裁模刃口尺寸以及模具的冲裁间隙，然后通过AutoCAD输入冲裁模刃口图形，随后第二、第三、第四和第五个模块处于并行的地位。一般按其排列顺序依次运行模块，但是如果冲裁件比较简单时，往往无需进行冲裁件工艺性判别，那么就可以跳过工艺性判别模块（ii)，直接运行后面的模块；如果冲裁件为规则形状，不需要在计算机上进行排样，那么就可以跳过排样模块(iii)；如果模具不需要采用计算机辅助制造（CAM）技术，那么就可以跳过CAM模块(iv)，直接进行模具设计（模块v）工作。{zh1}通过绘图模块(vi)绘制出模具图样。

在冲裁模系统的六个功能模块中，排样模块（iii）和CAM模块（iv）具有相对独立性，它们既可以融合于整个系统中为系统增添功能，也可以作为具备单一功能的软件包进行冲裁零件的排样或者完成计算机辅助制造工作。这样的安排有利于工厂企业逐步接受CAD/CAM技术，也有利于工厂中的各个部门迅速掌握冲裁模系统。

冲裁模系统中的程序均采用模块结构组成，这样可以避免修改程序中的某一部分而影响到系统中的其他部分。甚至还可以通过更换模块和添加模块的方法来扩展系统的功能。例如，通过在系统中添加一个模具报价模块，可以使系统具备模具报价功能，从而使模具制造者能够在模具市场竞争中处于有利地位。CAM模块的更换可以使系统针对不同型号的数控机床，编制出不同类型的结构指令。