基于模块化的冲压模具CAD系统开发

1 2 基于模块化的冲压模具功能零部件的规划 模块化设计是指在对一定范围内的不同功能或相
同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基 础上, 划分并设计出一系列功能模块, 通过模块的选择 和组合可以构成不同的产品, 以满足市场不同需求的 设计方法。
由于冲压工件的品种、样式繁多, 导致冲压模具的 类型多种多样。将满足用户要求的不同结构形式的冲 压模具归类为一个产品族。基于模块化的冲压模具设 计的实现需按照功能和结构规律对冲压模具产品族进 行规划。规划的过程: 首先进行功能规划, 然后进行功 能模块规划。功能规划是将产品的功能由上向下进行 分解, 确定组成产品总体功能的各个层次的子功能, 并 建立产品的功能模型。基于这样的思想, 冲压模具的 功能分解如图 1所示。
辅助设计工具提供工程设计人员常使用的设计工 具, 如电子设计手册、CAD 工具及设计计 算辅助工具 等, 以提高设计效率。
图 5为冲压模具的设计界面, 界面左部分显示产品 的结构组成, 系统可以显示两种视图: 装配结构视图及 模块结构视图, 方便设计中浏览、查阅。 ( 下转第 19页 )
2008年第 4期
作者简介: 郑清春 ( 1971 ) , 男, 天津理工大学副教授, 工学博士, 主要研究方向为模块化设计, 产品快速设计, ( E - m ail) zhengq ingchun@ v ip. 163. com 。
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2008年第 4期
设计与研究
( 1) 工艺类零部件 工艺类零部件: 包括工作部件、定位部件、卸料和 顶出部件等。每个部件又由不同的零件组成。
图 1 冲压模具的功能分解
产品族的一个功能或功能元用相应的零部件结构 实现。功能模块规划是将产品、零部件实例按功能进 行归类、划分。即基于功能 - 结构映射将满足同一功 能的产品、零部件实例进行规划。基于模块化的冲压 模具的产品族规划如图 2所示。
图 2 基于模块化的冲压模具产品族规划
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设计与研究
( 2) 模块化产品方案设计。通过对设计任务书中 设计要求的分析和研究, 明确冲压模具应具有的功能, 确定产品的功能参数, 以模块为单位提出冲压模具的 功能设计方案及结构方案。因此, 方案设计阶段又可 细分为功能设计阶段及结构方案设计阶段。
1) 功能设计。其主要任务是根据用户的需求, 定 义冲压模具的基本功能集及各功能之间的关系、主要 技术参数、主要约束关系等。
块化设计方法出发, 分析了冲压模具的结构和设计特点, 论述了基于模块化的冲压模具功能零部件的规
划、基于模块化的冲压模具设计过程。最后给出了冲压模具 CAD系统的功能结构, 并对其具体功能进行
了描述。冲压模具 CAD 系统应用模块化技术可以优化模具的设计与制造, 提高模具设计的标准化水平 及快速响应能力。
根据基于模块化的产品设计过程, 基于模块化的 冲压模具 CAD 系统包括三个子系统: 设计资源管理子 系统、冲压模具设计子系统及辅助设计工具子系统。
图 3 基于模块化的冲压模具设计过程
( 1) 设计需求获取。设计人员通过人机交互界面 把设计要求、设计条件等设计原始信息输入到系统中, 建立冲压模具的设计任务。
设计与研究
8 总结
在综合国内外关于车间调度问题研究状况的基础 上, 考虑现行作业车间运作的实际情况, 对多目标作业 车间的生产调度问题进行了深入系 统的研究。首先, 建立了作业车间调度问题的多目标数学优化模型。其 次, 提出运用带精英策略的 NSGA- 求解作业车间调 度模型。然后, 提出了多目标车间作业动态调度的实
工作零件: 是指直接对坯料进行加工, 完成板料分 离或成形的零件。如: 凸模、凹模、刃口镶块等;
定位部件: 包 括导料 板、导 料销、挡料销、定 位销 ( 定位板 )、侧压板、定位侧刀等;
卸料顶出部件: 包括 压料板、卸料 板、顶 出器、顶 销、推板等。
( 2) 辅助类零部件 辅助零部件: 包括导向部件、支撑及夹持 部件、紧 固部件等。每部分组成的零件为: 导向部件: 包括导柱、导套、导板、导筒等; 支撑及夹持部件: 包括上下模座、模柄、凸凹模固 定板、垫板、限位柱 (块 ) 等; 紧固及其它部件: 包括螺钉、销钉、键、弹 簧、起重 柄、托料架等。 在这些零部件设计中, 有些零部件, 如凸 模、凹模 等, 需根据冲压成形的产品及冲压工艺进行个性化设 计; 但是大部分零部件只是根据设计需要从冲压手册 中选取、组合标准系列化零部件, 最后设计出不同形式 的冲压模具。 而模具手册中的零部件是拓扑结构相似, 结构尺 寸成系列的零部件族。因此, 构成冲压模具的零部件 在功能和结构上具有一定的相似性, 有采用模块化设 计方法的条件。
2 基于模块化的冲压模具 CAD 系统的开发
本文在模块 化设计技术的支持 下, 采用 VB 作为 开发工具, 数据库系统选用 ACCESS 作为底层数据平 台, 系统的图形建模采用 So idW orks三维参数化建模工 具, 并对 So idW orks进行二次开发, 实现冲压模具 CAD 系统的开发。
模块化系列机械产品的设计是工业发达国家近二 十年来一直采用的一种先进的机械产品设计方法, 它 将产品结构根据功能分解为若干模块, 通过模块的不 同组合得到不同品种和不同规格的产品。模具的零部 件在结构和功能上具有一定的相似性, 有采用模块化

设计方法的条件, 根据查阅文献, 有关模块化设计方法 在板金冲压模具设计中应用的文献非常有限。本文研 究 应用 模块 化 技 术、C BR 技 术 及 数 据 管 理技 术 等 相 关 的设计技术, 采用 VB 及三 维建模工具 So lidW o rks, 开 发构建了冲压模具 CAD 系统, 以支持冲压模具的设计 过程及数据管理。
组合机床与自动化加工技术
1 3 基于模块化的冲压模具设计过程
如图 3 所示, 对于基于模块化的冲压模具设计过 程一般可粗分为设计需求获取、模块化产品方案设计 阶段及基于 CBR 的产品详细设计阶段。
冲压模具 CAD 系统开发过程中, 除了模块化设计 技术, 还包括基于特征参数化设计、自顶向下的设计、 基于实例 ( CBR ) 的设计技术等现代设计技术和方法。 相关的设计技术和方法可参阅相关文献, 在这里就不 再详述了。
1 基于模块化的冲压模具设计技术
1 1 冲压模具的结构分析及设计特点 冲模模具主要由模架、固定装置、卸料装置、定位装
置和工作部件等部分组成。根据它们的作用, 一般冲模 模具基本结构可分为工艺类零部件和辅助类零部件。
收稿日期: 2007- 10- 11; 修回日期: 2007- 11- 13 * 基金项目: 天津市高等学校科技发展基金项目 ( 2006BA 13) ; 天津市高等学校科技发展基金项目 ( 20051014)
现方案。最后的实例运行结果表明该算法
是正确的、有效的。
[参考文献 ] [ 1] 李培根, 张洁. 敏捷化智能制 造系统 的重构 与
0 前言
模具设计和制造中应用 CAD技术, 克服了传统模 具设计的开发周期过长, 开发成本居高不下, 不能很好 地适应市场要求的缺点。如何提高 冲压模具 CAD 系 统的集成化和智能化程度, 使之成为具有真正辅助设 计意义上的冲压模具 CAD系统, 需要对冲压模具 CAD 的设计方法和实现技术进行研究。
2) 模块方案设计。在功能设计的基础上, 经过功 能 - 结构映射, 提供实现功能的具体模块结构方案, 再 通过模块组合得到冲压模具的总体结构方案, 此时产 品已初具雏形, 但仍未完全实现。
( 3) 基于 CBR 的产品详细设 计。基于 CBR 的产 品详细设计就是针对具体的设计参数, 在方案设计的 基础上对组成产品的各个模块中的零部件进行详细结 构设计, 并最终组合成产品, 是产品最终的实现。由于 在产品的详细设计过程中, 可利用产品族中实现相同 或相似方案的产品 或零部件实例实 现产品的快 速定 制, 因此在详细设计中可应用 CBR 技术实现基于知识 的产品快速设计。
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图 4 冲压模具 CAD 系统的总体功能结构
设计资源管理子系统实现对冲压模具产品族的功 能、基于模块化的产品结构、功能模块及零部件实例等 产品设计资源数据的管理。
冲压模具设计子系统实现基于模块化的冲压模具 的设计过程。子系统包括四个功能模块: 项目管理、产 品结构设计及设计任务规划与管理、基于模块化的详 细设计及产品提交。设计过程为: 在开始一个新设计 时, 利用项目管理功能创建新项目, 同时输入项目的相 关属性; 然后建立产品的结构树, 系统提供包括资源库 中产品结构及功能模块的检索、编辑、浏览等功能; 产 品的结构树建立后, 如果进行某个功能模块设计, 可以 从典型的功能模块结构库中进行检索、引用, 或将引用 的结构分解为零部件, 对不能满足设计要求的零部件 结构进行新设计, 系统提供了资源库中零部件实例库 检索及引用; 设计完成后利用 产品提交 功能, 结束项 目, 并将此项目的设计结果保存到资源库中。
设计与研究
组合机床与自动化加工技术
文章编号: 1001- 2265( 2008) 04- 0012- 03
基于模块化的冲压模具 CAD 系统开发*
郑清春, 郭津津, 吕惠娟, 董黎敏
( 天津理工大学 机械工程学院, 天津 300191)
摘要: 模块化设计技术可以缩短产品的设计与制造周期, 是快速响应设计的核心。文章从冲压模具的模
关键词: 模块化设计; 冲压模具; CAD
中图分类号: TG65
文献标识码: A
D evelopm ent of D ies CAD System Based on M odu lar ZH ENG Q ing-chun, GUO Jin- jin, LU H u-i juan, DONG L -i m in ( Schoo l o fM echan ica l Eng ineering, T ian jin Institute of T echno logy, T ian jin 300191, China) Abstract: T he techno logy of the m odular design can shorten the design and m anufacturing cycle of the products, it s the core of the rapid designs. Beg inning w ith the m ethod of the dies sm odular design, the paper analyses the characteristic about the structure and design of the d ies, also d iscusses the programm ing about the function com ponent and the procedure of the dies based on the m odular design. F ina lly the article com es out the function configuration o f the system about the d ies CAD and descr ibes the idiographic funct ion about the system of dies CAD. The techno logy o f the m odu lar design about the system of the dies CAD can optim ize the design and m anufacture o f the dies, sim ultaneity im prove the standard leve l about the design o f the d ie and the capab ility o f the fleet ly response. K ey w ord s: m odular design; dies; CAD