（材料加工工程专业论文）基于pdm和参数化技术的ddcad系统的研究.pdf

摘要 本论文全面详细地介绍了基于p d m 和参数化技术的拉深模具c a d 系统( 简称d d c a d ) 的研究与开发工作，根据c a d 技术的最新发展 趋势，阐述了d d c a d 系统的总体结构，以及利用h u t o c a d 开发模具 c a d 系统的关键技术。该系统采用p d m 技术对d d c a d 系统中的相关 数据作了有效的管理；充分计及工艺条件对筒形件成形极限的影响， 采用计算机模拟拉深过程计算了极限拉深系数；实现了计算机辅助 筒形件和金形件的拉深工艺设计；建立了盒形件拉深时的应力分布 模型，提出了对盒形件成形极限进行预测的方法，这是成形极限分 析的新突破。对该系统的高级开发技术作了卓有成效的研究和探索， 对系统各组成部分作了全面的开发，开放式的系统以及新颖高效的 用户界面，为基于微机的c a i ) 开发开辟了一条新途径。 关键词：氓。a 。模具孙参数化设计p 矽一 a b s t r a c t ap d ma n dp a r a 1 l l e tr i ct e c l m 0 1 0 9 y b a s e dd r a w l n gd i ec a ds y s t e m ( i e ，d i ) c a d ) h asb e e n d e v e l o p e d i nt h is s t u d y ，a n d ，i n d e t a i1 ，t h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t w o r ko f d i ) c a dar e i 1 3 t r o d u c e d ，a c c o r d i n g t ot h e1 a t e s t d e v e l o p i n gt r e n do fc a d t h em a i ns t r u c t u r eo fd d c a i ) a n dt h ek e yt e c h n o i o g y o fd e v e l o p i n gd i ec a ds y s t e , mu s i n ga u t o c a da r ei n t r o d u c e d p d t dt e c h n o l o g y h asb e e nl i s e dt om a r i a g er e l a t i v ed a t ae f f e c t i v e l yi nd d c a i ) s y s t e l l l t h e e f f e c to fp r o c e s sc o n d i t i o n s0 1 3t h ef o r 【n i n g1i m i to fa x is y m m e t r i cp a r ts h asb e e nf u l l y t a k e ni 1 1 t 08 , c c o u n tt 0ce t l c u l a t et h e f o r m i n g 1 i m i t c o e f f i c i e n tw i t hc o m p u t e rs i m u l a t e dd r a w l n gp r o c e s s ：a n da 1s 0 ，c o m p u t e r a i d e dd r a w l n gp r o c e sso f t x is y m m e tr i ca n db o x t y p ep a r tsh asb e e nt e a l j z e d i nt h es t u d y ，t h es t r e s sd is t r i b u t i n gm o d e la sb o x t y p eb e i n gd r a w i n gh as b e e nc l - e a t e d ，a n dt h el n e t h o do fp r e d i c t i n gb o x t y p ef o r m i n g1 i m i th asb e e n n l e l l t i o n e d 1 h isisan e w b r e a k t h r o u g hi 1 3 f o r m i n g1 i i l l i ta n a l y s is d e v e l o p e d e v e r yp a r to ft h es y s t e m 。o o e n e ds y s t e ms tr u c t l i f ea n df r i e n d l ye l f i c i e l l t us e ri 1 1 _ t er f a c e 8 11t h e s eh a v ed e v e l o p e dan e ww a yf o rl i t i c r o c o n l p u t e r - b as e dc a ds y s t e n l k e yw o r d s ：d r a w i n g c a dd i ec a dp a r a m e t r i c d e s i g n 重庆大擘硕士学位论文 第一章概迷 第一章概述 1 1 课题背景 1 1 1c a d 一产业信忠化的助推器 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n - - c a d ) ，是指工程技术人员以计 算机为工具，运用各自的专业知识进行一项设计的建立、修改、分析或优化的 过程。一般认为c a d 的功能可归纳为四大类：建立几何模型、工程分析、运动 模拟、自动绘图。因而，一个完整的c a d 系统，应由科学计算、图形系统和工 程数据库等组成。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的 常规设计和优化设计等；图形系统包括几何( 特征) 造型、自动绘图( 二维工 程图、三维实体图) 、动态仿真等：工程数据库对设计过程中需要使用和产生的 数据、图形、文档等进行存储和管理。c a d 技术是信息产业中不可缺少的部分。 c a d 技术作为一门学科，从6 0 年代开始至今，已经经过了3 0 多年的发展。 进入八十年代以后，由于超大规模集成电路的发展，使3 2 位微机和大容量存贮 芯片投入实际应用，再加上功能强大的外围设备，如绘图仪、大型图形显示器、 激光打印机的问世，极大地推动了c a d 技术的发展。与此同时，为了适应设 计的要求，相应的软件技术如数据库技术、有限元分析、优化设计等技术也迅 速提高，出现了许多商品化的c a d 软件，如i - d e a s 、p r o e n g i n e e r 、c a d a m 等。这些商品化软件的投入使用，进一步的推动了c a d 技术的发展和普及， 使其从大中型企业向小企业发展，从用于产品设计向工程设计发展。 现在c a d 技术已经日益成熟，被广泛地应用于机械、电子、建筑、航天、 航空等领域，使工程设计的内容和方式发生了根本的变化，产生了巨大的效益。 所以c a d 技术的开发与应用已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一， 也已成为一个企业技术水平、管理水平的重要标志之一。我国原国家科委等部 门早就颁发了1 9 9 5 - - 2 0 0 0 年全国c a d 应用工程发展纲要，全国各省市把c a d 应用工作作为落实科教兴国战略和实现两个根本转变的重要工作来做，国家也 将c a d 应用工程作为技术创新工作的一项重要内容来抓。据统计，我国机械 行业实施“c a d 应用1 2 1 5 工程”及“c a d 应用1 5 5 0 工程”后，已取得了明 显的社会效益和经济效益。c a d 技术普及应用的好坏，直接关系到相关产业信 息化的进程，c a d 技术的应用，是实现企业信息化的核心。 在国内外，c a d 技术在各行各业中的应用已越来越普遍，其根本原因是c a d 技术的应用能够使企业迅速向市场推出低成本、高质量的产品，从而赢得可观 的经济效益a 另一个重要原因是科学技术发展的大势所趋，在国际间的工程招 标中，投标所提供的技术图纸一般都要求由计算机绘制，这一要求一方面反映 7 c a d 技术在世界各国的应用是相当广泛的，另一方面也促进了c a d 技术应 - _ - - - - _ _ _ l _ _ i l _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ - _ _ l - - - - - _ - - i _ _ _ 。一 用的进一步推广。在国内，对各厂矿、科研设计院所的达标定级也制定- f k l ) 立 的应用c a d 技术的要求。经过近几年的努力，机械行业骨干企业c a d 普及率 已超过4 0 。 尽管我国在c a d 技术的研究、开发和应用上取得了很大的成绩，但与发达 国家相比，在应用或开发的广度和深度上，还存在很大的差距。三十几年来， 国外工业发达国家的c a d 技术发展很快，c a d 已经发展成为一个从研究开发、 生产制造到推广应用和咨询服务完整的高技术产业。从c a d 技术的水平看，目 前二维工程绘图技术已经成熟，三维几何造型技术也日益完善。随着计算机辅 助技术和工程数据库管理技术的发展，c a d 技术已处于c 3 p ( c a d 、c a m 、 c a e & p 西m ) 集成化发展阶段。从c a d 技术应用水平看，在发达国家，c a d 己广泛应用于各个领域，向“无纸化设计”方向发展。 c a d 技术与信息技术起在经济领域星的前导地位日益凸显，宣告了知识 经济时代的到来。c a d 技术在全国各行业中的推广应用，必将有力地推动全国 产业信息化的进程。 板料成形是一个充满魅力的学科领域，它不仅具有悠久的发展历史供人们 去追溯和回味，而且留下了许多有趣的研究课题作为后来探索者们的用武之地。 板料塑性成形与其它专业学科样，计算机和计算机辅助技术的应用也越 来越广泛和深入。一方面，用计算机取代某些原来由人工完成的工作，成倍甚 至十几倍、几十倍地提高效率，并提高水平和质量；另一方面，一些人工无法 完成的工作，由于有了计算机这种高效能的工具和相应的新技术而成为可能。 人们有充分的理由相信，计算机辅助技术将为板料塑性成形领域各种课题的进 步深入研究开辟更加广阔的前景。 如果把国内外“c a ”技术在相关专业的c a d 作比较，就会发现一个很 明显的基本事实，在金属加工领域内，板料成形方面“c a ”技术的发展比切削 加工方面无论是在深度还是广度上存在着显而易见的差距。这种明显的差距产 生的重要原因之一，就是板料塑性成形问题在客观上比较复杂，加之技术发展 历史等原因，在发展程度上形成了明显的差距。尽管困难客观存在，但发展前 景仍然是乐观的。其主要原因有以下三个方面：其一，理论上是可行的。已经 完成的许多研究工作业已证明了这种可行性。其二，“c a ”技术的总体水平正 在迅速提高。计算机硬件性能( 速度、容量、精度等) 的迅速提高，系统软件 和相关的应用软件的水平也在迅速提高。这将为“c a ”技术在板料成形领域的 发展提供良好的基础和直接或间接的促进。最后，技术进步的需要在增长。随 着世界市场竞争的加剧，各国和各行业都在发展“c a ”技术，提高自身的水平 和效益，板料成形领域不可能置身世外，这种需要将是一种强大的动力。 由于板料成形是一个存在着多种难以定量把握的影响因素的多变量系统， 因此，如何利用“c a ”技术，努力提高板料成形方面的理论研究和工业生产的 2 _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ l _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - l _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ 。一 。一。 实际水平，是迫切需要研究的课题，也是科学技术进步的必然趋势。 1 1 3 啊内外现状遣 国外在模具设计和制造中应用c a d c a m 技术较早，并且收到了显著的效 益。如：原联邦德国1 9 8 1 年新制塑料模具的2 5 采用了c a d c a m 。美国的 d i e c o m p 公司1 9 7 1 年推出的p d d c 级进模c a d c a m 系统，可使模具设计( 包 括输出数控纸带) 的时间由几个月缩短为一天。英国s a l f o r d 大学的模具c a d 系统的工作效率为人工设计模具的十倍。日本旭光公司建成的p e n t a z 系统也 使模具设计时间缩短了十分之九，设计力量只需原来的五分之一。模具 c a d c a m 系统在德国、澳大利亚、韩国等也得到了大量应用。目前国外冷冲 模c a d c a m 系统的研究，一般由各公司投入一定力量研制自己的c a d c a m 系统，这是因为冷冲模种类繁多，各行业所用冷冲模差异较大，通用的软件很 难开发，所以出售冷冲模设计软件的公司不多。 国内模具c a d c a m 的研究于8 0 年代开始。华中理工大学、北京机电研 究院、上海交通大学、浙江大学、西安交通大学、天津大学、华东工程学院、 桂林电器科学研究所等都是丌展此项工作比较早的单位。但是与国外相比，起 步晚，差距将近2 0 年，软件水平差距更大，主要表现在： 1 研究范围窄限于二维图形技术，有限元分析、塑料流动分析、冷却分 析等方面的研究更晚，且一些数学模型尚在研究中。一般是落料、复合、 级进等c a d 系统的研究开发。 2 应用性差各学校及研究院所开发的冷冲模c a d c a m 系统往往按照 国标来搞，且只满足于研究而各工厂采用的标准、设计、制造习惯不 尽相同。所以很难直接应用于生产。 国内已开发出冷冲模c a d 程序的有上海交通大学、华中理工大学、西安交 通大学、天津大学及北京机电研究院等。据调研，这些单位研制的软件水平基 本相同，且都以冲裁模具和塑料模具为主，而拉深模具c a d 的研究还不是很成 熟，配置硬件基本上都为微机系列。 从目前国内外的形势看，我国的模具c a d 技术应该从以下几个方面进行发 展： 1 模具c a d 系统应面向产品的整个生命周期，应用并行工程技术，以 t e a m w o r k 作为工作方式，帮助产品开发人员在设计的一开始就考虑产 品从概念形成到产品报废处理的所有因素，在模具的设计阶段就同时 完成工艺设计、仿真制造、仿真运行、质量控制、生产调度等工作； 2 充分发挥模具c a d 技术的优势，缩短产品开发时间，强调产品设计的 一次成功率，以适应现代市场快速变化的特点； 3 模具c a d 系统应具有模块性、可移植性。能满足并行设计的要求，可 以很容易地分解为些模块，通过计算机网络，分散并行地进行产品 的设计。而且用户可根据自己的需要随时增添或重组各个模块中的子 3 模块。 4 模具c a d 系统信息的集成性和继承性。要求能方便地获取各种历史数 据以及当前设计数据，充分利用产品信息的交换，以实现借用设计， 缩短产品的生产周期。 5 产品模型的可转换性。通过二维和三维产品模型阃的相互转换来满足 不同的需要，充分利用二维模型易于处理而三维模型直观易理解的特 点，发挥二者的作用。 6 模具c a d 系统与产品信息标准化相结合。将实用的产品信息基因库( 数 据库、知识库，如典型零件信息、标准的零件功能特征等) 融入模具 c a d 系统中，使模具c a d 系统在辅助设计的过程中发挥更大的作用。 7 模具c a d 系统要智能化，能进行推理活动，自动查找设计中的错误， 并提出建议方案，减少人的干预，提高设计的可靠性和快速能力。 8 模具c a d 系统分析能力的加强。由于计算机硬、软件的水平得到极大 的提高，各种借助于计算机的分析和仿真软件的功能变得愈来愈强大 使得设计人员可以省去反复的实物制作和实验的工作，只需要在计算 机中建立产品的数字模型，就可以借助于有限元、边界元、虚拟制造 技术在计算机上对产品的性能进行分析和实验，预测产品的性能，为 一次成功设计打下良好的基础。 9 模具c a d 系统的网络化。为了实现异地设计和制造，未来的模具c a d 系统必须能支持网络基础的设计方式，即在不同的国家、不同地区的 不同设计者可以借助计算机网络使用不同的c a d 系统进行同一产品的 设计。 1 0 良好的宜人性。在设计过程中，尽量减少模具设计人员的操作，快捷 地提供各种设计所需的数据和方案。 1 2 课题的提出 现在，我国的模具c a d c a m 技术从过去的单纯引进到了现在自主开发的 根本性变化，表明了我国模具c a d c a m 出现了新的转机，并为进一步发展奠 定了基础。除我国自行开发的i n t e c a d 、开目c a d 等模具绘图软件外，国内开 发的具有自主版权的模具c a d c a m 软件主要有：北京航空航天大学华正模具 研究所开发的c a d c a m 集成系统c a x a ，武汉华中理工大学模具技术国家重 点实验室开发的塑料注射模c a d c a e c a m 系统h s c 2 0 ，上海交通大学模具 国家工程中心开发的冲模c a d 系统，广州中科联公司的冲模c a d c a m 系统 等正在许多企业中推广应用。这些商品化的机械c a d 软件包提供了国标零件库 以及工程数据库等模块，它们在不同程度上能够辅助设计人员的工作，减轻设 计工作量，但这些系统参数化绘图能力差，工程数据库还不够完善，从其功能 上讲，不过是一种改进了的绘图辅助工具，其实现的功能不能满足用户自动设 计，进一步减轻劳动强度的要求，更不能进行板料成形分析和模具自动设计。 4 重庆大学硕士学位论文第一章概些 从现有的模具c a d 软件包的分析可以得出，注射模具c a d 及冲裁模具c a d 在技术上已成熟，达到了商品化的程度。从现实和资料分析表明，模具c a d 系 统的开发是一个复杂和庞大的工程，雨成形模具又是难中之难。其原因是，从 功能上看，成形模具是靠凸凹模将载荷传给平板毛料使之变成具有空间形状的 零件，其实质在于，成形模具的设计要考虑材料的流动，而这种流动的规律是 很难定量把握的。为了揭示板料成形中材料的流动规律和提高板壳零件的成形 质量，人们进行了大量的研究和探索，比如：应力应变场的计算和拉深件合理 毛坯形状的确定等方面的计算机辅助。这些研究和探索虽然取得了一些有意义 的进展，但要全面而有效地解决问题则还有很长的路要走。迄今为止，还没有 见到国内比较成熟的拉深模具c a d 系统。 目前在拉深模具c a d 的研究中，如何充分利用计算杌强大的计算能力进行 拉深工艺的设计是一个颇具热门的研究课题，虽然不少同行已搞过这方面的研 究，但由于不能和已有c a d 软件充分集成而效果不太理想。 另外，如何有效地利用计算机资源进行成形极限的预测是另一个很重要的 方面。关于这方面进行理论探讨的文章不多，对于轴对称件，文献7 1 通过轴对 称件的应变分析采用成形极限图( f l d ) 并编制相应的计算机程序进行轴对称 件的成形极限预测，结果较为满意。但对于盒形件，由于其变形的复杂性，目 前在理论上还不能用解析方法给出其应力、应变分布的显函数，这给工艺分析 造成了一定的困难。因此目前对于盒形件成形极限的研究仍未达到用理论解析 方法解决工艺问题的程度，大多数是处于实验研究的水平上。哈工大的杨玉英 等通过实验的方法分析了盒形件拉深的极限相对高度、名义极限拉深系数的影 响因素，并分析了变形区内应变强度的分布。 这些研究虽然取得了一定成果，但它与板料成形中计算机辅助的其它环节缺 乏有机联系而显得比较单一。若与c a d 结台则取得更好的应用效果和更广泛的 应用范围。 另一方面，由于计算机科学技术的迅猛发展，有力地推动了c a d c a m 技 术的蓬勃发展。微机本身在设计上追求综合性能的提高，已具有较强的图形处 理能力及支持多处理机及并行处理的能力。高性能6 4 位芯片的不断推出使微机 跨上一个大台阶；微机的内存容量及硬盘容量也日益扩大，在微机系统中配置 6 4 m 的内存和安装6 4 g 硬盘已是常事：基于p c i 总线、具有4 m 显示内存的6 4 位图形加速卡和大屏幕高分辩率的彩显的使用，可大大地增强图形的显示性能。 这些为我们在微机平台上开展c a d c a m 工作提供了方便。微机与工作站的界 限也越来越变得模糊了。历史的发展已经证实，微机发展迎来了计算机发展的 又一次浪潮，使得基于微机c a d c a m 系统在国内外纷纷看好。 在当今信息对代，微机的拥有和使用已相当普及。其容量、速度和处理能 力有了很大的发展，性能价格比易于接受。配置一套用于微机的c a d c a d 系 统，在软件投资上仅占工作站软件系统的l ，8 至1 ，5 ，而硬件约占工作站的1 1 0 。 因此，在微机上开展c a d c a m 应用具有十分明显的优势，尤其适合我国的具 s 重庆大学硕士学位论文第一章概查 体国情。对于那些计划在c a d c a m 应用上投资较小的企业，可以有能力开展 c a d c a m 应用，提高企业竞争力：而对于那些计划进行较多投资的企业，则 可以取得较大的应用覆盖面，提高企业的整体素质和快速反应能力。 本课题就是针对这种国际、国内c a d 技术及模具c a d 的发展和普及的大 趋势，以及目前各种商品化的c a d 软件的一些缺陷，面向模具设计，针对模具 设计的特点，不仅开发出方便实用的工具出来，更重要的是提出自己的一套思 路和方法。而且，本课题通过实际的开发实践，运用一些简单实用的原理和方 法，提出一些c a d 软件二次开发的手段。 综上所述，本课题根据c a d 技术的最新发展趋势，以微机为平台，采用参 数化技术和产品数据管理技术，对模具c a d 中较为关键和具有广阔前景的以下 内容进行研究： 在拉深模具c a d 系统中实现筒形件及盒形件的计算机辅助工艺分析和工 艺设计，包括拉深系数、拉深次数的确定，各成形工序设计及各_ 7 2 序零 件形状的确定： 模具信息管理。模具信息管理以模具库为底层支持，以模具的相关数据 作为管理对象，把定义最终模具的所有工程数据和文档联系起来，实现 模具数据的组织、控制和管理，实现产品级的借用设计： 模具结构辅助设计，包括确定模具安装形式、模架大小及类型的设计， 进行工作零件的参数化设计，建立工程数据库： 建立盒形件拉深的力学模型，并对其进行成形极限分析。 在开发c a d 系统时采用产品数据管理技术( p d m ) 和参数化技术是近年 来c a d 技术发展的主要趋势之一，将它们应用于开发模具c a d 系统有效地提 高了系统的设计效率，增强了系统的适应能力。本课题将这些技术有机地和模 具c a d 结合在一起，开辟了一条开发基于微机的c a d 的新途径，开发出符合 我国国情的实用的基于微机的拉深模具c a d 系统，为我国模具c a d 的发展、 产业信息化建设及科教兴国战略的实施做点贡献。 需要指出的是，c a d c a e c a m 的根本作用是去“改造”传统的模具技术， 而不是去“取代”传统的模具技术。两者之间要很好地结合。模具c a d 技术可 以提高设计效率，更可以提高设计质量。采用c a d 技术设计模具，可提高设计 的精度，减少尺寸误差，发现图形尺寸不符时便于查找原因，减少修模数量。 目前模具c a d 都是“辅助”设计，远非“计算机自动设计”。有人认为“计算 机辅助设计”就是“全套软技术”，因而买了软件就等于买了全套模具的专利， 这至少在目前是不可能实现的。模具c a d 技术本身是在不断发展的，即使人工 智能软件将来实现了，那时也仍然离不开人。 6 重庆大学硕士学位论文第二章系统总体结构及设计流程 第二章系统总体结构及设计流程 d d c a d ( d r a w i n gd i ec a d ) 系统由统一在w i n d o w s9 8 用户界面( 即d d c a d 系统界面) 下的模具数据管理子系统( d p d m s ) 、工艺设计及其优化子系统 ( d p d o s ) 和模具设计子系统( d d d s ) 等部分组成。系统工作界面如图2 1 、 图2 | 2 所示。 图2 1 系统工作界面之一 图2 2 系统工作界面之二 7 重庆大学硕士学位论文 第二章系统总体结构及设计流程 2 1 需求分析 传统的拉深模具设计一般从对产品零件的分析入手，根据产品的形状复杂 程度、高径比、材料厚度、塑性指标等因素，确定零件成形的难易程度，从而 制定成形方案，包括成形工序、各次拉深系数分配、设备选择、是否中间热处 理及其它特殊处理等，然后进行模具设计。在进行模具设计之前，先检索看有 无可供借用的相似模具，如果有，就寻找相关模具图，然后按需要修改直至出 图：如果没有，就选择模具结构形式，绘制装配草图，依据装配图进行刚度、 强度计算，根据计算结果修改草图，直到满意，最后绘出模具装配图，拆绘零 件图。由对现行模具设计过程的分析，得出如图2 3 所示的现行模具设计流程 图。由该设计流程可见，模具设计过程中创新设计和类比设计均很重要，而类 比设计是建立在对已有模其设计产品信息的充分管理的基础上。因此，在丌发 拉深模具c a d 系统时，不仅要考虑完成新模具的设计，也要考虑对已有模具数 据的管理，以期改变后者在目前开发的模具c a d 系统中受到的不应有的冷落状 况，提高模具c a d 系统的整体效能。 y i 寻找相关模具图 一 按要求修改i 王望圈 制件几何及工艺信 息理解与分析 冲压工艺分析及设计 吾嚣嘉蟊簇拶用的相似模具 模具设计计算 ：i ! ：一 模具结构输出 乙毫釜， 图2 3 现行模具设计流程 2 2 系统总体结构及功能简介 根据需求分析结果，将拉深模具c a d ( d d c a d ) 系统设计为由模具产品 数据管理( d p d m - - d i ep r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 和项目设计两级构成，系统 结构如图2 4 所示。图中虚线以上为模具产品数据管理级，它不仅完成各模具 重庆大学硕主主坚论文 苎三主墨竺兰堡竺塑墨苎苎至矍 的协调管理和所有与模具有关的信息的管理，也担负设计新模具时对与模具相 关的过程的管理。虚线以下为项目设计级，是在产品数据管理级为设计新模具 设定好工作环境的情况下完成新模具的设计，并将设计结果存入模具库。 2 2 1 产晶数量蕾曩般的盘要动能 一、模具库 模具库中保存已设计好的各种模具，并建立描述模具不同方面的物理数据 和图形文件数据的指针，如模具图的图号、图名、作者、日期及文件名等，它 允许用户迅速访问模具数据，而不用考虑数据的物理位置。 二、设计新模具 它是用来定义和控制模具设计过程，在一个模具设计周期内跟踪所有设计 事务和数掘的活动，并为模具设计进程的自动管理提供必要的支持。在开始新 模具设计时为其设定代号、名称等信息建立设计环境，并设定其设计文件统一 存储的位置，为新模具的存放自动建立相应的目录，防止设计文件存放出现混 乱。 三、模具管理功能 模具管理以模具库为底层支持，以模具的相关数据作为管理对象，以产品 结构树为组织核心，把定义最终模具数据的所有工程数据和文档联系起来，实 现模具数据的组织、控制和管理，并在定目标和规则约束下向用户提供模具 有关信息，如图形信息等。 四、查看 利用它可以查看模具库中存放的各种模具的数据内容，特别是图形数据， 也可查阅与某一模具紧密相关的制件的信息。 五、修改 在授权的情况下，允许用户修改现有模具的代号、名称以及修改模具的构 成和构成件的信息及相关信息。 六、删除 在授权的情况下，允许删除指定模具的记录。 七、图形输出 完成有关标注，实现模具装配图和模具零件图的规范输出。 八、设计检索 设计检索是按模具属性，对企业已有模具信息进行分类与组织，并建立模 具与制件的紧密联系，为最大限度地利用现有设计成果、完成新模具设计提供 支持，也为维护对模具库的管理和操作提供支持。设计检索有四种方式，即按 制件图号进行一一对应检索、按图纸名称、按设计者和按材料进行查询。 九、参数化设计 参数化设计是一个通用模块，可完成制件的参数化绘图和模具标准件图库 的扩充和修改，也可对现有模具进行局部修改。 9 重庆大学硕士学住论文 第二章系统总体结构厦设计流程 圈2 4d d c a d 系统总体结构 2 2 2 项目设计氟的圭要功能 一、零件信息输入 包含定义零件的信息项( 物理属性种类) 及输入相关的信息值，如零件名 称、规格、材料、图号、批量和输入零件几何信息，如形状、大小、精度等。 二、冲压工艺性分析 主要进行外形尺寸、形状、圆角半径、尺寸精度的分析，并进行最小壁厚 判断。 三、工艺设计计算 主要完成拉深次数及拉深力计算、确定工序数及加工设备，安排工序顺序、 生成工序图等。 四、模具结构设计 、 主要是确定凹模周界、模具安装形式、模架大小及类型，完成凸、凹模设 计及模具其它零件的设计，最后将设计结果入库，设计文件存放到系统指定的 l o 2 3 系统中各子系统简介 模具数据管理子系统( d p d m s - - d i ep r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e m ) 的 功能是以模具设计过程中的相关数据作为管理对象，以产品结构树为组织核心， 对d d c a d 系统的数据信息进行统一存储和管理，把定义最终模具的所有工程 数据和文档联系起来，实现模具数据的组织、控制和管理，保证设计过程中相 关零件尺寸数据的一致性。该系统以模具库为底层支持，是整个数据管理的中 心，为工艺设计及其优化子系统提供计算所需的一切参数，并以中介数据文件 形式( d a t ) 与模具设计子系统进行数据传递。 工艺设计及其优化子系统( d p d o s d r a w i n g p r o c e s s d e s i g n a n d o p t i m i z a t i o ns y s t e m ) 是d d c a d 系统的核心部分之一。它为确定拉深工艺方案、 模具设计等提供准确的数据，是设计过程中必不可少的阶段。工艺设计及其优 化子系统又分为筒形件工艺设计及其优化和盒形件工艺设计及其优化两个大的 模块，每个大模块包括以下各子模块： 拉深零件图输入模块 坯料计算及输入模块 成形工艺分析、设计模块 冲压设备选择模块 任意轴对称拉深件应变分析模块 失稳判断模块 模具设计子系统分为模具结构设计模块、绘制图形模块及绘图工具模块三 部分。模具设计是先要进行总体初步设计，选择典型的组合型式、规格及模具 型式。然后进行模具工作零件的设计，在装配图中进行人机交互方式的调整， 设计出装配图和零件图。绘制图形模块是c a d 系统的核心模块，通过对标准件、 常用件建立图库，可减少工作量，提高工作效率。绘图工具模块提供了一些高 效适用的绘图工具。 2 4 系统配置 d d c a d 系统是一套基于微机的模具c a d 系统，系统的软硬件配置以能充 分发挥硬件的优势和提高系统的效率为原则。 2 4 1 咖l 奠硬件配置 d d c a d 系统的硬件配置要求以a u t o c a dr 1 4 的最低硬件要求为基准进行 配置，其最低配置要求为： i n t e l 4 8 6 以上的兼容微处理器，最好是p e n t i u m 以上微处理器 3 2 m 以上内存 重生! 兰硕主兰竺：丝查 苎三主墨丝墨竺竺竺墨苎盐堕堡 c d r o m 驱动器 6 4 0 4 8 0v o a 视频显示器 w i n d o w s 支持的显示适配器 鼠标或者其它定点设备 打印机或者绘图仪 数字化仪 2 4 2d d c a dj l 软件己置 一般的c a d 系统应该由系统软件、图形支撑软件和数据管理软件组成。 c a d 系统对系统软件的要求不仅仅是在功能上的完善，更重要的是系统的 开放性，以支撑开发商和用户进行c a d 软件的开发。目前，大多数的图形软件 和应用软件都是在w i n d o w s 环境下运行。d d c a d 系统以w i n d o w s9 8 为系统 支撑软件。 图形输出是工程设计c a d 的重要组成部分。但计算机的图形必须在图形软 件支撑下生成、输出。对图形软件的要求是图形生成算法先进、占用存储量小、 速度快、用户界面好、使用方便：还有很重要的就是标准化，使开发的应用软 件可移植性好。d d c a d 系统选择美国a u t o d e s k 公司的a u t o c a dr 1 4 作为绘 图系统支撑软件。它具有应用广泛，软件开发资料丰富，良好的二次开发能力 和开放式的系统结构以及完善的数据交换等优点。a u t o c a d 在全球占有绝大部 分的c a d 用户，是事实上的c a d 标准，我国的大部分微机c a d 系统部是以 a u t o c a d 为图形支撑软件的。 重庆大学硕士学位论文 第三章模具产品数据管理子系统 第三章模具产品数据管理子系统 目前c a d 技术处于推广阶段，它既给企业带来了效益，也存在着数据爆炸 和数据混乱的问题，设计资源、c a d 软件大多各自为政，缺少产品开发项目进 度控制和工作监控，设计标准不统一，没有统一的工作流环境，难以做到设计 面向工艺、设计面向成本，做不到产品级的借用设计。 产品数据管j 塑( p d m ) 的基本功能是将产品从设计到消亡的整个生命周期内 的数据，按照一定的数学模式加以定义、组织和管理，使产品数据在整个生命 周期内保持一致、最新、共享和安全。在模具c a d 中采用产品数据管理技术有 效地提高了系统的设计效率，增强了系统的适应能力。 模具产品数据管理子系统d p d m s 实现对模具设计过程中所有与模具相关 的信息的协调和管理。实现模具数据的组织、控制和管理，并在一定目标和规 则约束下向用户提供有关信息，如图纸信息等。 模具c a d 中所处理的信息大致分为两类：图纸信息和数据信息。本文分别 就图纸信息和数据信息作了十分有效的管理。 3 1 模具图纸信息管理 3 1 13 i 童 随着“甩图板工程”在我国企业中的全面推行，c a d 技术也得到了广泛的 应用，工程图纸的绘制已经不再在绘图板上进行，而是使用完善的c a d 软件。 通过扫描，工程旧图也可以存入计算机进行编辑和归档，因此大量的“电子图 纸”也应运而生，由于这些“电子图纸”的存放与传统的图纸截然不同，用户 对图纸文档的管理也变成了对成千上万个计算机图纸的数据文件管理，利用文 件目录结构和一定的命名规则进行图纸文档的管理已经不能满足企业的需要， 因此如何进行“电子图纸”的管理同时还要考虑控制各类人员使用图纸信息的 权限来保证图纸信息存储的安全就成了企业所关心的一个i a - j 题。计算机技术、 数据库技术和图形处理技术日新月异的发展为解决这个问题提供了良好的基 础。所以可以运用绘图软件与数据库软件的接1 = 1 技术，开发一个图纸管理系统， 使之运行在计算机的绘图环境下，这样就可以不离开绘图环境实现对图纸的管 理，从而方便地进行图纸的查询、新图纸信息保存等操作，充分利用了数据库 简捷、高效的优点进行图纸文档管理，提高了绘图效率，缩短产品的研制周期， 使企业的图纸文档得到有效的利用，更重要的是能方便地做到产品级的借用设 计。 1 3 重壅查兰堡圭兰竺堕圭 墨三主堡墨苎苎丝竺堡主墨丝 对于一张图纸来说，标题栏提供了图纸名称、代号、材料等重要信息，为 读图或归档提供了极大的方便，成为图纸中不可缺少的一部分。而对于装配图 来说，明细表将组成装配图的零件按一定顺序组织在一起，使各零件的代号、 名称等信息一目了然，通过零件序号使读图者可以在图纸上清楚地找到零件的 装配位置，弄懂零件间的装配关系。正是因为标题栏和明细表在图纸中的重要 作用，而在a u t o c a d 中用命令交互式绘制它们又过于繁琐，所以快速而准确地 绘制二者对于快速出图有很大的实际意义。目前。市场上的c a d 软件中即使有 自动生成标题栏和明细表的功能，也很少有将二者集成起来，将它们与图纸管 理结合在一起的就更少了，这样就对一个信息进行了重复地操作，没有实现对 通用信息的共享，不仅增加了绘图的时间，更浪费了信息资源。 由于装配图中的明细表主要由各零件的属性( 如名称、代号等) 组成，而 各零件的属性都在各零件图的标题栏中可以得到，所以可以在绘制零件图的标 题栏时就在程序中，把标题栏中的零件的信息保存在一个外部数据库中，在绘 制明细表时就可以在程序中从这个数据库中提取出各零件的属性，再调用 a u t o c a d 命令，将查询到的零件属性绘制在指定的位置上，从而实现明细表的 自动生成。在a u t o c a d 中提供了与数据库的接口a s e ( a u t o c a ds q l e x t e n s i o n ) ，这样就可以把要进行管理的信息存在一个外部数据库中，在用a d s 开发a u t o c a d 应用程序时，通过调用a s i ( a u t o c a ds q li n t e r f a c e ) 函数，实 现a u t o c a d 与外部数据库的数据交换，在a u t o c a d 环境下进行数据的存取、 修改等对数据库的操作。a u t o c a d 中提供了许多数据库管理系统的驱动程序， 如d b a s e 、o r a c l e 、f o x p r o 、i n f o r m i x 等，本文所叙述数据库采用f o x p r o 的驱动程序。由于用外部数据库保存数据，所以可以建立一个模具图纸管理系 统，在a u t o c a d 下完成对数据库中数据的管理，为标题栏和明细表对数据库进 行操作有一个更好的支持。这样，就通过一个外部数据库实现了标题栏、明细 表和模具图纸管理中的信息共享，将三者有机地集成起来。其关系如图3 】所 示。由于绘制标题栏时，就把零件的信息存入了数据库，这样在绘制明细表时 就可直接调用数据库中的数据，而减少了人工的干预，节省了时间。建立一个 模具图纸管理系统，不仅对这个外部数据库进行了日常维护，而且可以快速查 询图纸属性( 如图纸名称、代号等) 并打开查询到的图形。把三者集成在a u t o c a d 下，可以方便地达到快速准确出图的目的，既提高了设计的效率，也减少了出 错率，同时保证了数据的致性。对于减少设计者工作量，提高管理的自动化 水平和数据的集成性与共享性，提高模具在产品级的借用设计，缩短产品开发 周期都具有积极的意义。 本系统在结构上分为三个子系统： 1 、模具图纸管理子系统。主要完成在绘图环境下对模具图纸信息进行管 理，它主要与外部数据库进行交互操作，完成用户提出的存取要求，并 对数据库中的数据进行安全保护，同时提供对用户及其权限进行管理的 工具。 1 4 兰生苎兰堡圭主竺堡查 苎三主坚墨苎苎苎塑兰兰兰墨丝 2 、标题栏生成子系统。这个子系统不仅可以绘出国标定义的标准标题栏， 而且还可以使用户定义自己所需的标题栏模板，并自动将填充信息绘制 在相应的位置，提高绘制标题栏的灵活性。在绘制标题栏的同时还可以 将填入标题栏中的信息自动存入外部数据库中。 3 、明细表生成子系统。这个子系统在随着序号绘制的同时，绘制出每一个 序号对应的明细表栏目，并从数据库中提取出相关信息供用户选择，然 后自动填入明细表中的对应位置。 。蕊弑6 蕴函环境一j 图3 1模具图纸信息集成管理 3 1 2 曩与外部敦舞库的毫接 在a u t o c a d 中提供了一种与数据库相连接的程序设计接口，即a u t o c a d s q l i n t e r f a c e ( a u t o c a d 结构化查询语言接口，简称a s i ) 。a s i 遵循a n s f i s o s q l 标准，允许用户建立能访 问外部数据库的a d s 应用程 序，它是专门为对不同的数据 库管理系统( d b m s ) 进行形 式化和一般性访问而设计的， 并提供了一种通过s q l 的横向 迁移机制，它使用户不必考虑 数据库管理系统专用的代码， 所编写的应用程序可按一种通 用的s q l 数据库语言来编写， 面数据库的驱动程序能与各种 特定的数据库连接起来，并且 | 数据库窿登程臣l 【 互酝 匦莓蓬在盔。i b 鎏耋毫里釜翌ll 1 l _ _ _ 一 严, i 数1 1 1 据库( 数i 据i 文i 件t i ) i m i 数据库( 数据文件) i 。a u t o c a d 一序 _ j 图3 2 a s i 体系结构 可以使用同一程序同时访问几种不同的数据库管理系统。 a s i 接口由两个等级组成，第一级是一个驱动程序，它能与数据库管理系 统通信或者直接与数据库通信。第二级是一个与驱动程序无关的函数库，这些 1 5 _ l - _ _ - - _ _ - _ - - - _ l _ _ _ _ l _ _ - _ _ - _ - - _ _ - - o o - _ _ _ - 。o o 。一一一一 函数能与任一个驱动程序通信。a s i 编程接口被设计成模块化和资源共享的， 从而具有最大的灵活性，并能最有效地利用资源。通用的a s i 软件是由两个基 本部分组成的：是a d s 应用程序支持；二是数据库驱动程序支持。a s i 的体 系结构如图3 2 所示。 本系统就是利用a s i 接口对数据库的访问能力，使用a s i 库提供的存取数 据库的函数，进行程序的编写。由于a s i 的组织机制，在程序中对数据库的操 作分为七个步骤来进行： 1 连接至指定的数据库，在程序中对数据库进行注 i | ； 2 打开一个通信句柄。在a s i 中每个s q l 语句都是通过一个通信旬柄进 行处理的。这个句柄是一种a s i 定义的数据结构，用于应用程序与数 据库驱动程序之间来回传递数据。 3 编译原始的s q l 语句，将s q l 语句压缩成一个标准的数据结构，并进 行s q l 语句的语