（材料加工工程专业论文）级进模cad系统中工程图纸生成的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 目前，在模具设计中一般仍需要产生二维工程图纸，作为加工、检验的主要 依据，这是一项费时费力的工作。在现有的级进模c a d 系统中，对此问题也没有 给予应有的重视，设计者用于绘图的时间往往大于模具结构设计的时间。因而，从 方便用户的观点出发，体现级进模c a d 系统优劣的一个重要标志，就是其最终能 否灵活、方便、快速地生成二维工程图纸。本文就上述问题进行了较深入的研究， 开发出实用的图纸生成系统。 本文首先介绍了本课题组实用化级进模c a d 系统的总体结构以及功能组成。 然后依次分析了图纸生成子系统的几个模块：坐标尺寸自动标注、标题栏与明细表 的自动生成等。 论文针对上述几个方面，展开了研究。通过介绍坐标尺寸的自动标注软件的实 现方法，提出了自动坐标标注的算法，包括自动选取标注点集、尺寸线自动生成以 及尺寸线防干涉等算法；同时阐述了如何采用块定义和块引用技术，实现标题栏自 动生成及实时修改的功能；提出了利用图形实体中的数据存储管理技术实现明细表 自动生成等研究思路。 应用本文所开发出的二维工程图图纸生成系统，用户可以快速、方便地进行级 进模设计，提高了级进模c a d 系统的实用性。 关键词：级进模尺寸标注标题栏 明细表 华中科技大学硕士学位论文 = ：= = = = 目= = = = = = = = = = = = 2 2 = 2 = = = = = = = = 。2 一 a b s t r a c t g e n e r a l l y ，t h e2 de n g i n e e r i n gd r a w i n g s a r er e q u i r e dt ob eg e n e r a t e df o rt h ed e s i g no f d i e s m o l d s w h i c ha r er e g a r d e da s t h em a i nb a s e so ft h e p r o c e s sa c t u a l i z i n g a n d d e t e c t i n g i to f t e nt a k e sm u c h m o r et i m ef o rt h ed e s i g n e r st od e a lw i t ht h ee n g i n e e r i n g d r a w i n g st h a nt od e s i g nt h e s t r u c t u r ei nt h ec a ds y s t e mf o rp r o g r e s s i v ed i e s s oa l l i m p o r t a n te m b o d i m e n to f ac a d s y s t e mi sh o w t og e n e r a t et h e2 dd r a w i n g se f f i c i e n t l y a n de f f e c t i v e l y i nt h i sp a p e r ，t h e s ep r o b l e m sa r ec o n s i d e r a b l yi n v e s t i g a t e dt oa c h i e v et h a t o b j e c t i v e t h ew h o l es t r u c t u r ea n dt h ef u n c t i o n so ft h eu s e f u lc a d s y s t e mf o rp r o g r e s s i v ed i e s a r ei n t r o d u c e d ，a n ds e v e r a lm o d u l e so ft h e g e n e r a t i o no ft h ed r a w i n g sa r ee x p l a i n e d ， w h i c hi n c l u d et h ea u t o m a t i cc o o r d i n a t ed i m e n s i o n i n g ，t h ea u t o m a t i cc r e a t i o no ft h et i t l e c o l u m n ，t h ec r e a t i o no f s u b s i d i a r yt a b l ea n d s oo n i nt h ec o n t e x t ，t h e a l g o r i t h m o ft h ea u t o m a t i cc o o r d i n a t e d i m e n s i o n i n g o ft h e e n g i n e e r i n gd r a w i n g si ss t a t e d ，w h i c hi n c l u d e st h ea u t o m a t i cg e t t i n gs e t so fp o i n t s ，t h e l o c a t i n go f d i m e n s i o nl i n e sa n dt h ew a yo f p r e v e n t i n gt h ed i m e n s i o n l i n e sf r o m i n t e r f e r i n g a tt h es a r n et i m e ，h o wt or e a l i z et h ea u t o m a t i cf o t t no ft h et i t l ec o l u m na n dt h ef u n c t i o no f t h er e a l t i m em o d i f i c a t i o ni s e x p o u n d e db ym e a n so ft h et e c h n o l o g yo ft h eb l o c k d e f i n i t i o na n dt h eb l o c kr e f e r e n c e t h es t u d ym e t h o do ft h ea u t o m a t i cg e n e r a t i o no ft h e s u b s i d i a r yt a b l eb yu s i n gt h em a n a g i n go ft h ed a t ai nt h ee n t i t i e s ，a n ds o m ec o m m o n a s s i s t a n tm o d u l e sa r em e n t i o n e d t h ed r a w i n g sc a nb ec o n v e n i e n t l ye x p o r t e db yu s i n gt h ed e v e l o p e d s y s t e ms o f t w a r e a c c o r d i n g t ot h ea b o v e - m e n t i o n e dm e t h o d s ，w h i c hm a k e st h ec a d s y s t e mf o rp r o g r e s s i v e d i e sm o r e p r a c t i c a b l ea n d m o r e e f f i c i e n t l y k e y w o r d s ：p r o g r e s s i v ed i e s ，c o o r d i n a t ed i m e n s i o n i n g ，t i t l ec o l u m n ，s u b s i d i a r yt a b l e n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：j d 浩 日期：五一弘年f 月8 曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密囱。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：0 u 漕 日期：种。f 年f 月8 日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 弓i 言 当前，我国经济正处于快速发展阶段，伴随着世界经济的一体化，要求工业 产品尤其在电子、汽车等行业的产品必须进一步加快更新换代的速度。企业的竞 争力及其生产效益将集中反映在能否跟上这一发展速度、设计制造出新的产品。 作为许多工业部门生产的基础性工艺装备一一模具，其好坏将直接制约着产品的 质量和新产品的开发。 级进模由于它的高生产率，在轻工、电子、汽车等行业得到越来越广泛的应用， 但其设计、制造周期却比一般模具要长得多。因此，如何提高级遗模的设计效率， 缩短设计、制造周期，是亟需解决的问题。c a d c a m 技术正是解决这一问题的重 要手段。因此，研究和开发级进模c a d c a m 系统具有重要意义。 多工位级进模标志着冲模技术的先进水平，是当前国内外冲模c a d c a m 系 统研究的主攻方向。本课题即是在这一背景下，与武汉电菱科技股份有限公司合 作的项目。该公司广泛采用级进模生产电子产品元器件，为本项研究提供了很好的 实际应用对象“孙。 1 2 多工位级进模技术概述 冲压生产效率高、质量稳定、耗费低，特别适用于大批量生产，易于实现机械 化和自动化，因此得到广泛使用。在国民经济各个部门中，几乎都有冲压3 n z 的产 品，例如汽车、飞机、家用电器、电子、通讯等产品的零件，超过4 0 都是采用冲 压模具进行生产。 在成型一种比较复杂的冲压零件时，需要多道工序，如果采用单工步模，则每 道工序都需要副模具来完成，因此制造一个零件需要多台冲床、多副模具和几个 工人完成，其生产效率低，投资大( 设备、厂房) 能源浪费大，成本高，生产线长， 且产品质量得不到保证：另外，生产时噪音高、震动大，环境恶劣j 更严重的是在 这种环境下工作，工人容易疲劳，而发生工伤事故。因此，对于批量大的形状复杂 华中科技大学硕士学位论文 产品，应以缎进模代之。 众所周知，级进模在- n 模具上设计多个工步，板料在该模具中按其工步顺序 连续成型，从而得到最终的零件或半成品。使用这种模具，设备少、生产率高，成 本低。而且，采用自动送料的装置后，操作更为简单、安全，避免了工伤事故的发 生，大大地改善了工作环境，具有明显的社会效益。 多工位级进模作为高效、精密模具的代表，其设计与制造技术已很成熟，在欧 美、日本等一些发达国家已经设计、加工出工位达百个以上，精度达微米之高，寿 命达亿次之多的级进模。8 0 年代以来，我国将多工位级进模作为重点发展方向，初 期以引进为主，通过消化吸收，目前在该领域的技术已经有了长足的进步，某些由 我国自行设计制造的多工位精密级进模，其模具结构、制造精度、制造周期、使用 寿命等指标，与国外同类模具相比，已相当接近，而价格则仅为进口模具的1 2 1 4 ， 具有很大的竞争力。 但是，我们应该看到，近几年来，我国的高精度复杂级进模的设计与制造水平 虽然取得了很大的进展，而总体水平同国际先进国家相比，仍有很大的差距，而且 各地区之间发展不平衡，上海、江苏、广东及京津地区等经济发展较快的省市地区 发展较快，正迅速追赶并缩小与国际先进水平的差距。在其它地区，多年来模具设 计与制造技术变化不大，与国际先进水平的差距越来越大。专业技术人员缺乏，设 备落后，在冲压生产中的“三高三低”问题至今有增无减，单工序冲模多、手工送 料多、冲压事故多；生产效率低、模具寿命低、材料利用率低卜6 1 。 1 3 级迸模c a d c a m 技术的发展与应用 c a d c a m 技术在过去的几十年中发展很快，是当代最杰出的工程技术之一。 c a d c a m 技术几乎推动了一切设计领域的革命，其发展和应用水平是一个国家科 技现代化和工业现代化的一项重要标志之一。 模具作为制造零件产品的工具，其设计制造周期和成本是决定产品市场竞争力 的关键。以计算机技术为核心的模具c a d c a m 技术，是一项改造传统模具生产方 式的关键技术，它使模具设计和制造逐步从以经验、技巧、手工作业为特色的设计 2 华中科技大学硕士学位论文 和生产过程向半自动化和自动化的方向发展。模具c a d 是利用计算机作为辅助手段， 进行模具设计并绘制出模具加工时所必需的图纸。模具c a m 是利用计算机产生复杂 模具零件的加工指令并控制数控机床进行加工。经过三十多年的发展，模具c a d 系 统由开始的二维系统发展成以实体造型、基于特征设计和c a d c a m 高度集成为特 征的三维系统，并不断将人工智能技术引入这一领域，使模具c a d c a m 系统逐步 向智能化和自动化的方向迈进 6 l 。 在国外，首次将c a d c a m 技术引入级进模设计与制造领域的当属美国 d i e c o m p 公n ，该公司早在1 9 7 1 年便开发出用于简单级进模的c a d 系统p d d c 9 【1 0 】。 日本企业为了提高效率，适应家用电器和办公设备大量出口的要求，而较早就将级 进模c a d c a m 技术应用于实际生产。早在7 0 年代，h i t a c h i 、f u j i t s u 和松下电器等 公司的研究人员在模具c a d ，c 心讧系统的研究和应用上，就已经取得了一定的成果 f “6 1 。这一时期，各类系统均尝试利用基本的计算机图形设备和f o r t r a n 程序来 提高模具设计的效率，其主要特点是标准化的实施。这一时期的研究工作为级进模 c a d c a m 系统的进一步发展奠定了坚实的基础。某些概念，如标准凸模形状、模 具零件标准化、模具典型组合结构、设计过程标准化等的提出，为后来的研究工作 带来了极大的帮助。 二十世纪八十年代中期，随着c a d c a m 技术的广泛应用，触发了其新一轮发 展。绝大多数c a d c a m 系统开始提供用户定裁的编程语言，并提供高级编程语言 的接口，从而开发出更为高级的级进模c a d c a m 系统。这时期出现了许多用于 级进模设计的商用c a d c a m 软件，它们一般是从已有的通用的c a d c a m 系统二 次开发而来的，以交互操作为主，为设计人员提供了大量的计算机分析功能，主要 作为设计人员的辅助工具，以提高工作效率。 二十世纪8 0 年代末至9 0 年代，级进模技术的研究又迈上了一个新台阶。这 阶段，人工智能技术开始应用于工程设计领域。目前，a i 技术在级进模c a d c a m 系统中的应用主要在于图形识别、基于规则和框架的推理、模糊推理和基于特征的 设计等方面，绝大多数的智能模具设计系统在应用上都有严格的限制。这一时期出 现了基于特征的s m a r t 系统( s h e e tm e t a la d v i s i s o rm a dr u l et u t o r ) 、以a u t o c a d 华中科技大学硕士学位论文 i i , = = = = = ；= = = = # 为平台的m e t e x 系统( m e t a lf o r m i n ge x p e r ts y s t e m ) 、用于级进模模板加工的自 动化和标准化i k o o p p 系统( i n t e l l i g e n tk n o w l e d g e b a s e do b j e c t - o r i e n t e d p r o c e s s p l a n n i n g ) 等【1 7 1 【1 8 1 。 1 9 9 4 年，新加坡国立大学的b t c h e o k 等人开发出一套基于知识的专家系统 ( k b e s ) ，已用于冲裁级进模的自动设计。该系统以二叉树结构对板金件进行三维 表达，通过知识推理对凸模形：沃进行识别与分解m i 。1 9 9 5 年英国利物浦大学的 h s i s m a i l 等人又开发出一套支持冲裁级进模设计的智能c a d c a m 原形系统，系统 使用面向对象的专家系统工具k a p p c 作为开发平台。用户可通过系统菜单输入零件 类型、工步数、卸料方式、导正装置和安装信息等进行概念设计，然后在详细设计 阶段自动生成凹模板、凸模与凸模固定板、卸料板、上下模座、导柱、导套等零件f 2 0 1 。 由于我国计算机技术发展较晚，二十世纪八十年代初才开始模具c a d c a _ m 技 术的研究，且主要集中在一些高等院校。目前，其研究成果正逐渐转化为商品化的 软件。 在二十世纪九十年代初西安交通大学开发出家电零件冲裁弯曲级进模 c a d c a m 系统j j m o l d 2 1 】；浙江大学于开发出适用于二维冲裁件的智能化级进模 c a d c a m 系统“，该系统适用于二维冲裁件的级进模设计。冲压产品形状采用 a u t o c a d 软件输入，然后再自动识别出零件形状，并进行产品的工艺性审核。 上海交通大学也一直致力于冲压模c a d c a m 系统的研究工作，开发出类似于 西安交通大学所开发出的级进模c a d c a m 系统。目前，该学校的一个主攻方向是 知识工程( k n o w l e d g e b a s e d e n g i n e e r i n g ) 在模具领域中的应用，通过总结模具设计 领域专家的知识，在智能化数据库中存贮各种级进模的典型结构、标准零件库、设 计经验和方法以及操作步骤，并能向用户开放，这是一项长期、艰巨的任务，也是 模具c a d c a e c a m 技术发展的必然。 华南理工大学在深入分柝电子元件产品特点的基础上，开发出一套针对电子零 件的专用c a d 系统。该系统建立在a u t o c a d 平台的基础上，通过人机交互，可以 较自动的完成级进模装配图设计与零件标注等功能【创。 我校从二十世纪八十年代以来对冲压成型c a d i c a e c a m 技术进行了长期而深 4 华中科技大学硕士学位论文 入的研究，于1 9 8 9 年在a u t o c a d 平台上进行二次开发，完成冲裁级进模c a d c a m 系统h c c d ，1 9 9 1 年完成成型级进模c a d c a m 系统【2 3 】。1 9 9 3 年以后，先后与镇江 接插件总厂、武汉无线电器材厂、新加坡g i n t i c 研究所合作开发了一套基于三维 特征构型的级进模c a d 系统【2 4 1 【2 引。该系统采用基于特征的三维造型技术进行板金件 构型以及条料排样，并应用自上而下的装配理论进行模具结构装配设计，且建立了 基于参数化的模具标准件库。该系统的主要问题是不能进行复杂冲压件产品构型， 限制了其使用范围。同时从2 0 0 0 年开始，又与美国u g 公司合作，开发出基于u g 平台的级进模c a d c a m 系统。该系统的成功研制开创了模具c a d c a m 研究领域 内崭新的篇章。目前，该系统正在不断的完善与升级【26 1 。 1 4 级进模c a d c a m 系统存在的问题及发展方向 从目前级进模c a d c a m 系统的研究及应用状况来看，主要存在以下几个方 面的共同问题： ( 1 ) 冲压产品的构型还受到限制【2 7 】【2 8 。方面，现有的编码法、面素拼合和特 征造型等图形输入法还不能解决几何形状复杂的板金零件的构型问题，因而不能进 行复杂冲压件的工艺设计和模具设计；另一方面，现有的产品表达方法不利于后续 的毛坯展开、条料排样和结构设计等模块的信息提取。以上两方面的因素影响了级 进模c a d 系统的推广应用。 ( 2 ) 系统未能将交互设计和自动设计有机结合起来，有的过于强调自动化设计， 过分强调计算机的作用而忽略了人的主体作用，使得系统的实用性降低；有的则为 了提高设计的灵活性，采用大量的交互设计，人工干预太多，因而系统的设计效率 低且设计结果的一致性难以保i i e 2 ”。 ( 3 ) 现有系统中，模具结构设计还停留在将设计好的零件进行“拼装”的阶段， 设计过程的装配协调、功能保证等总体性问题需由设计者处理，从而可能导致设计 结果无法保证模具的功能要求，设计结果不一致等问题，而且使设计修改的次数增 多，设计工作量加大。 ( 4 ) 设计信息不完整，因为设计结果不仅是形状，而且还有诸如材料及尺寸公 华中科技大学硕士学位论文 差要求等。由于表达设计结果的信息层次较低，所以不便于智能化处理及信息共享 【2 6 】。 ( 5 ) 在模具结构的设计修改方面存在较多的问题，不支持再设计功能，且对后 续的图形输出没有充分考虑，一旦发现设计错误时，则可能需要从头开始重新设计， 或者完全通过设计人员手动修改，此时后续生成的零件图随之发生了相应的变化， 因此标注又需要花费大量的时间去修改，而且工程图生成的自动化程度不高，这样 极大地降低了系统的设计效率，影响了设计人员的使用积极性。这一点至关重要， 直接制约着模具c a d c a m 系统的广泛应用。 综上所述，开发一套具有良好柔性、稳定性并支持再设计的级进模c a d c a m 系统，提高系统的通用性和实用性是满足现代生产设计的当务之急。要开发一个实 用的级进模c a d c a m 系统，应从以下几个方面展开研究： ( 1 ) 在产品构型方面，应开展复杂件特征建模技术的研究。板金零件的产品信 息是进行模具结构设计的主要依据，它决定了模具结构形式及零部件的形状。在模 具结构设计过程中，除了要考虑板金零件的形状特点外，还需要充分考虑零件的材 料、尺寸精度等技术要求。因此，在板金零件的产品模型中必须完整地描述这些信 息。单纯几何建模方法已经不能满足上述要求 30 1 。特征建模技术则在更高的语义层 次上表达设计对象，可为下游的工艺规划和模具结构设计提供全面的信息。 ( 2 ) 在冲压工艺和模具结构设计方砸，应开展入工智能技术的研究，提高模具 结构设计中的自动化与参数化设计功能。要提高模具c a d c a m 系统的自动化程度， 降低模具c a d c a m 系统的使用难度，采用人工智能技术是一种有效的途径。但是， 将人工智能技术成功地应用到模具c a d c a m 系统中，还需要解决模具设计知识的 整理与表达、自动设计与交互设计技术的有机结合、设计与再设计等几方面的问题。 另外，应充分利用参数化设计技术为我们提供的动态设计功能，以提高模具设计的 效率。 ( 3 ) 在设计信恳管理及提高系统柔性方面，应采用工程数据库技术1 1 2 6 t 。模具设 计是非常复杂的设计活动，设计中所涉及的信息包括标准件信息、设计参数信息、 反馈信息以及各模块之间的信息继承等。只有有效地管理好这些信息，才能发挥 6 华中科技大学硕士学位论文 c a d 系统的优势。而工程数据库支持长事物处理，能高度实现信息共享，因此 应作为模具c a d c a m 系统的支撑工具。 ( 4 ) 开发二维工程图纸的快速生成系统。现有的大多数企业对二维图纸仍然 有很大的依赖性，采用o b j e c t a r x 关键技术，开发出能够支持再设计功能的快捷、 实用的工程图纸生成系统。 ( 5 ) 开展塑性成形模拟技术的研究，以优化工艺设计和模具结构设计，提高 设计的可靠性。应用有限元等数值计算方法，对金属成形过程如弯曲、拉伸和局部 成形进行分析，计算成形过程中的应力应变分布及其变化情况，以确定工艺参数， 如最小弯曲半径、回弹角、变形程度与拉伸次数等，这对于模具结构的设计有重要 意义。 ( 6 ) 与网络技术紧密结合。随着网络技术的发展，级进模c a d c a m 系统将 在网络化和协同设计等方面迅速发展，实现高度的信息共享、异地同步设计和网上 虚拟制造【6 j 。 1 5 课题的目的与意义 目前国内市场上还未见有实用化、专业化的模具c a d c a m 软件。对于一些已 采用c a d c a m 技术的企业，主要是通过使用通用的商品化c a d c a m 软件，例如 a u t o c a d ，u g 、p r o e n g i n e e r i n g 等来进行模具的设计与制造。这些软件不仅价格昂 贵，而且不直接支持模具设计，给用户使用带来了困难。模具设计人员主要只是利 用这些软件的图形处理功能，他们面对的是相对低层次的操作，无法满足模具设计 中的一些特殊要求，而且要进行大量的交互式操作，给设计工作带来了很多困难， 因此设计工作量大，花费的时间长【2 6 】。另外，由于绝大多数厂家仍以二维工程图纸 作为设计、加工、检验的主要依据，工程技术人员习惯于以二维工程图纸表达设计 思想，再加上a u t o c a d 等二维图形软件在国内企业的广泛使用，因此，在今后较长 的一段时间内，国内企业对二维模具c a d 系统仍具有很大的依赖性。从实用化的角 度出发，在a u t o c a d 2 0 0 0 版本上对现有的级进模c a d 系统改进、完善，仍具有重 要的现实意义。 华中科技大学硕士学位论文 1 6 作者的主要研究工作 本课题组现有的级进模c a d c a m 系统已完成如下工作： ( 1 ) 建立了比较完备的标准件和组件库，用户可根据规范对其进行扩充，以适 应实际生产的需要。 ( 2 ) 根掘模具设计的实际需要，定义了四种基本约束类型，包括距离、同轴、 阵列和依附约束，可以定义复杂的装配结构。 ( 3 ) 由于装配关系完全建立在零件特征的基础之上，因此在装配环境下，可以 利用相关零件的特征和约束关系进行零件的详细设计。 ( 4 ) 如果当前激活的是装配，则可以对其进行有关装配的设计与操作，如零部 件之间的约束定义、移动、阵列等；如果当前激活的是零件，则可以进行零件的设 计与操作，如尺寸修改等。 根据调研，现在国内模具行业使用的大多是基于三视图的产品输入，因此本课 题组针对这一现状，拟对已有的系统进行进一步改进，形成一套实用化的级进模c a d 系统，该系统的主要流程为( 如图1 1 所示) ： 基于三视图的产品输入 零件展开交互排样 结构设计 自动工程图纸生成 图1 1 系统流程图 作者主要负责级迸模c a d 系统中的工程图纸生成的关键技术的研究。在前面功 能已完善的情况下，本系统拟达到以下要求：提供稳定、实用、精确的二维工程图 尺寸自动坐标标注模块，标题栏的自动生成模块等，同时提供完备的交互修改工 具。 华中科技大学硕士学位论文 2 级进模c a d 系统功篚与组成 2 1 一般级进模c a d 系统的总体结构 根据级进模的设计内容，级进模c a d 系统的功能模型和模块化开发的原则， 本文所描述的级进模c a d 系统，主要由冲压工艺设计、级进模结构设计、工程 图纸生成和模具标准件建库等组成，总体结构如图2 1 所示。 用户 界面 冲压工 艺设计 毛坯展开 毛坯排样 条料排样 级进模结 构设计 模架设计 零件设计 组合件设计 工程图样处理 零件图 总装图 标题栏 尺寸标注 标准件库的结 构及管理 标准件 典型结构 a u t o c a d 2 0 0 0 o b j e c t a r x 毛坯图 条料图 模具零件图 模具装配图 工艺 数据库 图2 1 一般级进模c a d 系统的总体结构 标准件库 典型结构库 ( 1 ) 冲压工艺设计 影响冲压成形工艺设计的因素很多，目前还难以实现自 动设计，采用基于特征的设计方法，将交互和自动处理有机地结合在一起，完成冲 压工艺设计- 该功能模块主要包括：毛坯展开、毛坯排样、条料排样等功能。 9 华中科技大学硕士学位论文 = = = = 口= = = = = = = = = = = = z = = ；= = = = = # = = = = ；= 一 ( 2 ) 级进模结构设计模具的总装结构决定了模具零件韵形状及尺寸，同时 模具零件反过来又会影响模具的总装结构。模具结构设计采用自顶向下的设计方法， 设计人员直接在装配结构中设计相关的模具零件。该功能模块主要包括模架设计、 工作件设计( 凸凹模等) 、标准件设计及辅助装置设计等功能。 ( 3 ) 工程图样处理由于工程图样使模具制造过程中不可缺少的技术文件， 为此，需提供相应的功能来快速产生符合要求的工程图样。该模块提供自动坐标 尺寸标注及交互调整、标题栏的自动生成、技术要求、总装图明细表的生成等功 能。 ( 4 ) 标准件库的结构组成及管理在级进模设计过程中，需采用大量的标准 件和典型结构。由于标准化工作目前还不完善，不同的企业有不同的企业标准，因 此，级进模系统应提供一建库工具，使用户可订制符合其企业规范的标准件和典型 结构库。该模块主要包括标准件建库、典型结构建库及实例化处理等功能 3 1 。 2 2 实用化级进模c a d 系统结构与功能组成 2 2 1 级进模c a d 系统的总体框架结构 整个级进模结构设计模块( 如图2 2 所示) 分为四个层次。第l 层为设计资 源层，由标准件库、工作件库和组件库组成，其功能是向级进模结构设计提供 标准零部件、工作件和组件模型及属性描述信息。第2 层为再设计驱动层，该 层对用户是不可见的，由参数化设计、变量装配设计、零部件描述和管理以及 关联设计等系统的支撑模块组成。第3 层是系统的功能层，由模具结构初始化、 模具结构总体设计、标准件及组件设计等功能模块组成，这些模块前端面向用 户界面，从用户界面获得用户的命令或信息，后端与系统内核进行信息交换， 将用户的设计意图转换成系统内部所能识别的信息。第4 层为用+ 户界面。其中， 再设计驱动层是实现级进模结构再设计的关键。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 广 l 片j p 界面 i l - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - _ j 尊构设汁钔始化i l 牧姐结构总体设汁0 l 工作部件畦汁i l 标准件及组件酸汁48 零件图生成 i e 再设计驱动 ( 变盈装配设汁 )( 零部件描述和管理 ) ( 二至至j ! j ! 二) 圈2 2级进模c a d 系统的总体结构框图 2 2 1 1 级进模c a d 系统功能组成 根据面向再设计的级进模结构设计流程，本模块主要提供如下子功能模块： ( 1 ) 结构设计初始化该模块读入工序排样图并进行一定的前置处理，获取结 构设计的基本信息( 包括条料厚度、宽度、步距、材料性能信息和工艺参数等) 。 同时，在该模块中应确定设计项目相关信息( 包括项目编号、项目文档路径、所属 单位或部门、设计人员信息和设计时间等) ，以便完成整个级进模结构设计过程中 的信息管理和后续的图纸生成。 ( 2 ) 模具结构总体设计在该模块中，用户依照设计要求和条料排样信息从级 进模的模架库中选出相应的模架，确定模具结构的基本方案，包括模具的安装方法、 导向方式、模具闭合位置的确定、零件的定位和导向、送料卸件等。 x 。d 时，引线向 右；当x x 唰时，则向左。 ( 4 ) 同理，将垂直点集中各点与中心点的y 坐标比较，可得出向上和向下的分向。 通过这个算法，将已有点集进行最后分类，水平方向分为左向和右向，垂直分 为上、下向。必须强调，考虑到用户的习惯，即水平和垂直方向分别只选择个， 因此在点集分类时，只分成水平和垂直方向两类。在一般情况下，则按上述四类考 华中科技大学硕士学位论文 虑。以水平点集的生成为例，对点集进行排序分类的算法如下： ( 1 ) 定义一个链表h o f i z o n a ll i s t ，用来存储水平点集。 ( 2 ) 从链表a d i m p o i n t 一1 i s t 中取一任意点，使之作为链表的第l 项，再取第2 个 点的x 坐标，与第1 个点的x 坐标进行比较。如果两点的坐标值之差小于o 0 0 1 ， 则认为是相同点放弃，否则，添加进水平点集中。 ( 3 ) 逐次将所取点的坐标值与水平点集中已经确定的所有点的坐标逐一比较， 排除掉相同点( 差值小于o 0 0 1 ) 。 ( 4 ) 对水平点集中的点进行排序。当某点的坐标值比前一点小时，则交换其位 置，利用链表的特性，逐一访问链表a d i m p o i n t _ l i s t ，最终生成无重复点的从小到大 有序的水平点集。 用同样的方法，生成四个方向的点集。定义一个生成标注线的函数，根据标注 的统一标准，设置文本高度，文本与标注线、文本与标注线端点的间隙值以及文本 标注方向等标注特性，调用这个函数，遍历四个点集，生成尺寸线。 3 4 优化标注 最终标注应是一种优化的标注，本文拟采取如下措施进行优化： ( 1 ) 在零件图中，圆心标注服从就近原则，在该圆处标注。 ( 2 ) 总体尺寸标注在统观全局的基础上能够进行局部尺寸线的干涉调整。 3 4 1 圆心标注 本文在智能化取点时，已经预先考虑到圆心标注的问题，将零件图中圆心的 标注与其它点的标注分离。通常的标注往往把圆心的标注尺寸线安排在其附近， 以利于直观地查看，而本文在最初取点时，就把属于圆、圆弧的圆心点分离出来， 过滤排序处理后，单独进行标注。智能化选点生成的结点集在过滤排序处理后， 还必须过滤掉圆心结点集中已有的点，避免重复标注。在预处理对话框中提供了 圆的自动标注和圆弧段的自动标注选项，采用人机交互让用户自己确定圆心的标 注线的引出位置，能更好在全局上避免与其它的尺寸线干涉，用户也可以根据自 华中科技大学硕士学位论文 己的习惯和审美观确定圆心标注的位置。 3 4 2 尺寸线防干涉优化算法 级进模中，模板的尺寸信息点的位置靠得很近，直接引出尺寸线时很容易产 生干涉现象。如果仅仅按上述方法进行自动标注，图面不清晰，为避免出现干涉 现象本文进行了优化。 标注尺寸线般情况向四个方向引伸，x 坐标尺寸线沿y 坐标轴方向引伸， y 坐标尺寸线沿x 坐标轴方向引伸，以此采取了上下相关的优化方法对其调整。 其算法表述如下： ( 1 ) 在从链表中逐一取点的同时，将当前标注点的坐标与上一次标注尺寸线的 点的坐标值进行比较，如果小于一个字高加文本与尺寸线的间隙值之和，则转入( 3 ) ： 否则转入( 2 ) 。 ( 2 ) 直接标注当前结点，即尺寸线与坐标轴平行，记录标注尺寸线的终结点。 ( 3 ) 摒弃当前标注尺寸线点的位置，使上一次已标注点的偏移，其坐标偏移值 为一个字高与间隙值之和，而偏移后的坐标点，作为当前标注尺寸线引出的位置。 尺寸自动标注模块最终生成的标注图如图3 5 所示。 图3 5 尺寸标注最终成形图 ” 华中科技大学硕士学位论文 = = = = ；= = = = ；= = = = = = = = 目= = $ # ；= = 一 3 5 实例图 ： m 瓣 薯篙 ，_ _ 圳 圈3 6 凹模板尺寸标注实例图 j 惑 f o 一、l m 、l、 $ 参 荔 飞 一 ( ( ( j z 一 ，：、f l1 n ， 掣”i l 心 图3 7 局部放大图 华中科技大学硕士学位论文 以一凹模板的标注为例，图3 6 为坐标尺寸自动标注模块生成实例图，图3 ，7 为其局部放大图。 一_ - 2 9 华中科技大学硕士学位论文 4 标题栏明细表的自动生成和辅助功箭模块的开发 4 1 标题栏的自动生成 一个完整的标题栏包括更改区、签字区、名称或代号区、其它区。一张完整的 工程图纸必须包括图幅、图框等生产过程的全部资料。图框：标题栏是工程图样的 重要组成部分，它提供了生产中一系列技术管理的必要资料，因此，g b t 1 4 6 8 9 - - 1 9 9 3 中规定：“每张图纸上都必须画出图框、标题栏。” 3 4 1 。设计者绘制标题栏的方法一 般是利用图块技术，使用a u t o c a d 画图( 如l i n e 、p l i n e 、a r r a y 和o f f s e t ) 等命令， 在作圈区预先绘制好图框和标题栏框，定义成一个块，再插入当前图形空间，最后 再对标题栏中的属性值，逐一手动添加。当生成的标题栏不符合要求需进行编辑时， 还需把这个标题栏图块炸开后手动调节，故编辑不便，且费时、工作量较大。而本 文开发出的标题栏自动生成模块则不同，最大的优点体现在通过交互界面，使用户 确定图幅的大小、输入标题栏的各个属性值后，即可直接生成标题栏；且当设计人 员发现标题栏的属性值不符合要求时，可以对其进行实时编辑，节省设计时间。同 时由于标题栏中的各个属性值是通过块引用的方式实现的，当需要生成b o m ( 材料 清单) 时，可遍历当前图形空间，得到每一栏的属性如材料名称、代号、材料等， 将其添加进b o m 表中。 4 1 1 匿框、标题栏的构成 为便于工程图样的绘制、使用和保管，工程图样均应画在具有一定格式和幅面的 图纸上。g b t 1 4 6 8 9 - - - 1 9 9 3 技术制图中规定了5 种幅面尺寸。它们以a 0 、a 1 、 a 2 、a 3 、a 4 为其代号，其中a 0 幅面的图纸最大，其尺寸是8 4 1 m m 1 1 8 9 m m ，宽( b ) ： 长( l 户1 ：1 4 ，a 1 幅面为a 0 幅面尺寸的半( 以长边对折裁开) ，其余都是后一号为前 一号幅面的一半。每一种幅面有其相应的图框。标准中规定标题栏的位置应位于图 纸的右下角 3 4 1 。 华中科技大学硕士学位论文 4 1 2 标题栏自动生成实现机理 带有一定图幅大小的标题栏，其图形信息是固定的，而表项部分属性值对应的 具体文本，其内容是变化的。因此在o b j e c t a r x 中定义一个简单的块和带属性的块， 属性个数为标题栏中栏目内容个数。在调用标题栏时，设置一个交互界面让设计者 选取标题栏的位置和所需图幅的大小( 如图4 1 所示) ，当图幅大小一旦被设计人员 选中后，系统设置一个消息响应标题栏属性定义对话框马上被激活( 如图4 2 所 示) ，其中的属性值( 预先定义为缺省值，设计一个新项目时，该项目的属性值在插入 标题栏时就不需要重复输入) ，可自行定义和修改。最后调用i n s e r t 命令插入后，系 统将自动调用实现设计好的存储图块，自动生成带有相关图幅大小的标题栏。 图4 1 图幅选定框 华中科技大学硕士学位论文 图4 2 标题栏属性对话棰 具体程序实现主要包括两部分： ( 1 ) 块的定义在a u t o c a d 系统中用户定义的图块分为块和属性块两种。直接 用b l o c k 命令定义的块，通常仅含图形信息，是不带属性的简单图块。所谓的属 性是从属于块的非图形信息，也是块的组成部分之一。属性块必须先用a t t d e f 定 义属性，然后用b l o c k 命令将其定义为图块中的一部分。在a u t o c a d 数据库中， 一个图块实际上是存储在块表记录里的实体集合，每个图块从一个a c d b b l o c k e n d 对 象开始，紧接着是一个或多个a c d b b l o c k e n t i t y 对象，最后以a c d b b l o c k e n d 对象结束。 按其所属关系的层次结构分为三层：第一层为块表，属于数据库管理的根对象；第二层 为块表记录，属于块表管理的对象；第三层为组成块表的实体对象i 嚣于块表记录管理 的基本对象。因而，在a u t o c a d 数据库中，定义图块的第一个过程是向块表中加入一 条新的块表记录，然后将组成图块的实体对象写入该块表记录中。简单块的具体定义 步骤如下： 1 ) 刨建新的a c d b b l o c k t a b l e r e c o r d 对象，并调用该类成员函数s e t n a m e 0 命名块 华中科技大学硕士学位论文 表记录，设嚣图块名为t i t l e b l o c k 。 2 ) 利用g e t b l o c k t a b l e 0 函 以写的方式获得指向当前图形的块表指针，并将创建 的新的块表记录写入当前图形的块表中，并获得块表记录的标识符。 3 ) 生成组成图块的实体对象，定义三维坐标数组对象，根据交互选择确定图幅 大小和图框四个顶点以及标题栏的位置，来设置数组的逻辑长度。 4 ) 将生成的图框以及标题栏的固定实体信息写入名为t i t l e b l o c k 的块表记录中。 5 ) 最后依次关闭块表汜录，关闭实体对象。 相对于简单块来说，由于属性块是由构成图块的实体和附加信息( 属性) 组成， 属性块的定义包括块和属性的定义。因此除了上述的不带属性的简单图块定义以外， 属性块的定义还需要通过调用a c d b a t t r i b u t e d e f i n i t i o n 属性类的有关成员函数来实 现。具体添加的过程如下： 1 ) 创建a c d b a t t r i b u t e d e f r u i t i o n 属性类对象的实例，得到其指针。 2 ) 调用其成员函数设置属性特征值，包括属性文字的插入点、高度、旋转角度 和字高、属性提示以及缺省值，同时还设置属性的标签名。 3 ) 调用块表记录类的成员函数a p p e n d a c d b e n t i t y 0 将图块的实体及块属性定义 写入命名的块表记录中。 4 ) 最后关闭属性对象、块表和块表记录。 ( 2 ) 块的引用图块定义好后，函待处理的是如何将定义好的标题栏图块插入到 所需的图形当中。而在a u t o c a d 系统中插入已定义的块并不是将块本