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筒形件拉深工艺CAD系统研究

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发表于 2010-9-13 22:21:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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1 引言
  板料冲压是机械设计中先进的加工方法之一,在很多机器中,冲压件占有相当大的比例。冲压工艺已成为汽车、拖拉机、仪器、仪表、电子及国防工业等部门的主要工艺之一。在传统的工艺中,存在以下缺点:
  (1)查阅数据、表格需要花费较多的时间和大量的重复劳动;
  (2)对人的设计经验有极大的依赖性;
  (3)即使经验丰富的设计人员,在手工设计中,也不可能进行大量方案的详细计算、分析和比较。因此设计结果往往不能达到最佳效果。
  利用CAD技术可以有效地解决上述问题。但国内CAD技术的应用水平比较低,尚未在生产中广泛推广。由于拉深件的形状千变万化。开发一种各类拉深件都通用的CAD系统是非常困难和费时的。因此,本文选择极为常见的筒形拉深件作为研究对象,并采用结构化分析(Structured Analysis)、结构化设计(Structured Design)和结构化程序设计(Structured Programming),简称SA—SD—SP方法,进行研究与开发。 8 u6 M+ U$ V, V5 U/ s& j

) _+ q- D* S! r- B% \' K4 n2 M4 z3 g

2 拉深件CAD系统的结构化分析
  SA方法是在软件开发分析阶段所采用的控制数据流的方法。结构化分析是以现实模式为基础,建立界面清晰的物理模型。界面内的内容应明确,以便在随之进行的结构化设计中方便地建立逻辑模型。SA方法所采用的是“自顶向下、逐步细化”的方法,直到每个加工都有非常明确的含义为止。
  根据SA方法,可建立拉深件CAD系统的数据流图。该数据流图共分三层 ,有60余个加工条目。图1~图3为第0层及第一层和第二层的部分数据流图。
    第0层又称最高层。最高层建立后再进一步分解其含义不具体的部分,如图1中的“工艺设计”可分解为图2所示的数据流图,图2中“确定拉深次数”又可分解为图3所示的数据滚图。建立第一层及以下各层数据流图时,应注意两个原则:
  (1)初始输入的数据流和最终输出的数据流应与上一层一致;
  (2)各部分之间的数据流要十分明确。
  随着数据流图的建立,应编制数据流词典,对网络中各数据流的定义、加工的内容以及各个文件分别给予详细的说明。

& j* b( {1 i; d; Q8 a, d1 c* n

 

5 J9 A/ \, A; L9 q( p3 J

3 拉深件CAD系统的结构化设计
  SD方法是在SA的基础上实现的。具体步骤是:
  (1)找出主加工、逻辑输入和逻辑输出;
  (2)设计模块结构的最高层和第一层;
  (3)设计中、下层模块。
  下面以拉深件CAD系统为例,说明模块结构图的建立。
  在拉深CAD系统中,“工艺设计”为主加工,根据系统提出的“筒形拉深件CAD系统”这一主模块,将其画在与主加工“工艺设计”相对应的位置上。模块是最高层(第0层),它第一次分解出的子模块定义为第一层,第一层子模块再分解若干子模块。这样分解下去直至每个子模块的功能都十分明确为止。各子模块之间传递的数据流应与物理模型(即数据流图)中传递的数据流一致。

- @/ F$ \0 p' g

7 s6 w' X' @( J* ~* e

  图4为拉深件CAD系统模块结构图的0~2层。在模块结构图中,上层模块对下层模块有调用作用,下层模块从上层模块接收输入并将处理结果反馈到上层模块。同一层模块之间自左向右依次执行。如图4中的“工艺计算”模块可以调用“计算毛坯直径”模块,同时将“毛坯计算参数”传递给“计算毛坯直径”模块,经“计算毛坯直径”模块处理后,再将“拉深设计参数”送回到“工艺计算”模块。然后“工艺计算”模块再调用“确定拉深次数”模块,依次进行下去。
4 词典与说明
  经结构化分析建立数据流图以后,要形成数据流词典、加工说明和文件说明;经结构化设计建立模块结构图以后,要形成模块功能说明,共设计者使用。
  同日常所用的词典一样,SA—SD—SP方法所用的词典是一种工具。借助它可查出某个名称的具体含义。词典中可有三种类型的条目:数据流;文件;加工。
  下面以筒形拉深件为例,说明词典中应包括的内容。
   (1)数据流条目
  数据流条目给出某个数据的定义,它通常是列出该数据流的各组成数据项。如图1中的“零件图信息”为:
  零件图信息=直径+高度+圆角半径+材料厚度+材料牌号
  (2)文件条目
  文件条目给出某个文件的定义。同数据流一样,文件的定义也是列出其数据项。当文件是出自某手册资料中的图表时,可直接写出其出处。如图2中的“文件01”的条目是:

3 n3 T# t0 g- x5 ?4 T( @1 Q

6 T1 r) e6 D( i4 K2 n) [# X% D" b, @

7 t/ ~- N: { G' X/ x4 r' ` P* T9 s0 |8 o- |" D5 |2 G( t7 @( k& p. P- `* U9 ?. x n
( j3 k- d5 J4 w7 A- B. }$ u4 V

文件号:01
文件名:无凸缘零件修边余量
出处:《冲压设计资料》,王孝培主编,P156,表4-4

! B j4 I6 a T3 ~* w4 a1 D

  (3)加工说明
  加工说明的任务是精确地描述一个加工要“做什么”,它包括加工的开始条件、激发条件、加工逻辑、优先等级、执行频率、出错处理等内容,其中最基本的是加工逻辑。应特别指出的是,加工逻辑只是表达加工要“做什么”,而不是用程序语言来描述“怎样做”。加工说明的表达应该既精确又严格,能被非专业人员看懂和理解。图4中的“确定修边余量”这一加工的说明如下:

* X7 r% v$ W- V7 f+ E

1 ]7 U' S; t2 H5 O

- L! N% ~8 r+ P# s* U0 j# G4 k# ^+ o! i; h$ e$ M5 Q# u& J( ^( a: m n: i: w- a- X# j' N
: _$ t1 g3 r$ H) p! o0 L' \

加工名:确定修边余量
加工编号:
2.1
开始条件:零件
直径
d、高度h
激发条件:得到需要切边的命令
加工逻辑:1计算工作相对
高度
h/d
2.从文件01中查出修边余量δ
3.将δ值加于原工件高度,成为工件高度计算尺寸

9 Q9 l% V- t- R) w* o

5 拉深件CAD系统的结构化程序设计
  SP方法的任务是,在逻辑模型的基础上,针对每个模块用选定的程序设计语言编写一段可独
立调用的子程序。结构化程序设计的结果是:模块流程图;语法正确的源程序;源程序说明书。一般说来,经过结构化分析与结构化设计之后,编写程度不会有太大的困难,因为每一模块的功能和执行过程已经十分具体化了。
  在结构化程序设计中,使用了结构化流程图(又称N—S图),这是一种容易看懂的流程图,它是实现结构化编程的一种重要手段,这种流程图不同于普通的流程图,它没有指向线和箭头,所以看流程图时不需沿着流程线方向上下左右来回跟踪寻找。看结构流程图就如同看一页书一样,由上而下看下来即可,这种方法能够使程序设计者思路清楚,有条不紊地一步一步深入进行工作,用较短的时间设计出正确的程序,并容易验证程序的正确性,便于维护。图5是对应于图3中2.3.1的结构化流程图,根据它就可以写出相应的程序。

/ f o R. R6 X! [, Q* q$ H% V# O

$ E5 f9 G. }" Y4 s9 [

& O, l, I8 x: b R# X! C- a! f, e1 e9 o ^ q8 S3 {4 j: h/ |$ B" \1 `9 v6 {6 R0 k' W( O a7 s K: ^; }/ o# ]( b+ f) B7 n$ T& Z+ H& ^ W& B7 K% B- E; \& Z3 Q) h# `/ u5 J: D3 X& a( n7 K: _! t9 I1 c8 m) R' I: Z" I* a Y- S; u! r) K- `5 g% m, ~/ k* ~2 ^( c5 D( }# G1 {2 \- v' x4 U* M2 X) p# S- ~7 O( U9 B: s: V, N# G+ C9 X# r0 x8 X/ ]+ [( ^, L1 Z3 y9 d9 w* x; W; b/ u: _/ P- Z- K8 a2 s, X" N, a3 w+ \. g& }) c! e5 d/ Q0 k1 }& z! l# @1 ?( Z( ?4 g! o: b% V9 R7 E" t: r3 b( U, n3 ^- F$ x5 H2 e" v+ n1 h. c( A7 Q5 }: d9 t# h) O9 P% Y! ?1 m7 t m- v; A, `) F. I I3 I1 {; A5 F1 y/ J& X! e2 ?5 |( v) ]/ q. w# n. b: |; t% [$ Y* R& B4 K$ ?1 k" g: z3 n4 [. }, q2 @( r$ Z) {3 r' R, h& J: d/ m% A( u8 n9 a+ F1 [, e8 F+ S5 T# u. ?6 {8 m# A/ y$ E8 U- c& Q, n+ @; H5 f W5 h9 D+ g% m+ b5 R- s9 L. d+ R0 _! o: J9 U% q3 z+ y" H/ ~; V0 N; @% ^' o/ c; L( T7 f) |! N1 }! a; h0 `1 w1 ^( k1 x2 q# N' j' H5 B9 K0 _* h) O. ^, R0 o" h5 F8 ]0 m, g# T' N0 |) q2 B: X; i" F4 F) @1 G8 K& y1 Q. ~9 d( W4 O$ t. h3 W' `2 e$ n9 W$ U) E5 U# W) s0 m8 v+ f& M2 [. y6 A/ u. T$ D f; f( @3 Y- X3 \) h5 x& B2 V S s, O0 C& O+ v3 L9 A s8 v& y# Q6 q- W% I4 ?! d4 L. d( \& S; k" p+ N5 u% ]2 Z4 C/ j& d. S- x" i% A B7 _* e2 I5 K/ X. ?7 M6 p% k2 N! x$ A9 `! p0 u) ^* a) j6 S) `" r6 p, H/ B" m# S5 `6 N2 w9 c% r! r+ s7 @& q+ l5 r- [9 j; J8 a- Y' y7 j6 _3 s. p: I4 [9 e: {! G* v0 A; z: r) a; t7 H$ _& i' ~5 q4 c" t- l% O( Z. d: j0 E; J0 B9 g7 n
$ b, X h2 y' C) Q0 \ T

置初值1%=0, BD=1,MC=1

% Y5 M9 a( u1 q) l& `$ l

K=T/D(0)X100

! Q6 f, P3 p$ ?$ X( x: i) N

打开文件03

7 ^, Q0 `! N7 ?2 R

当MC>0.005时

+ ~) H) k. d( X2 ]6 R |

I%+1=>1%

$ y9 }2 s+ k n: ?

BD+1=>BD

" I6 B$ W+ v3 r. ~

根据BD的值决定A%的值

, g: `: M! X; S2 b

<= 1 c, e/ `, d, N9 }

1.1

. }) x- d7 _+ W& }" y; z

1.1 - u$ H6 e9 s9 _/ n

1.3

$ K: v9 D6 W' S# q

1.3 " O2 O+ [3 R/ n' j. I. w" O T! k

~1.5

. L9 b0 y, w8 Q- z

1.5 3 {$ b5 z5 i2 q/ a& z; `% G

~1.8

+ u( V" b5 k+ A2 J" \% |

1.8 - u' w( `4 L* c1 L, m3 C

2.0

1 J0 y0 h- h+ a e( G; |+ q+ T

2.0 2 ]2 W+ ^+ |! i( }* p4 z! O

2.2

, f) ^! k( x( @/ b* g" O

2.2 9 i# A* a) `# i6 c& [

2.5

% \6 g$ _1 i5 g7 C3 W

2.5 + E1 L5 P8 n& e- s R4 ~+ ?

2.8

: O" o& B4 @4 U+ E. R$ c

>2.8

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 A%=1

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A%=2

+ W% j7 r' f) |3 O

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3 J6 _' J5 j0 W6 ]- a \ t+ [2 q8 h

A%=4

, x! }9 g1 U' ^4 B& _. G

A%=5

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A%=6

% q. i( u- j7 q: C" N0 A

A%=7

, v+ q/ J/ i( \& \: M

A%=8

. i' d/ M! d2 N! E5 u" O7 {" J

A%=9

1 ]4 G, D ?4 I P

根据K的值决定P%值

1 v/ j3 x! k/ ^1 w4 h
2 l. M2 h* Y3 o+ ~! i8 X1 w$ f2 p( x9 W8 M0 N0 l% t- L" b7 m) e+ }/ x* N0 A- l; v9 | m( M- q. X. B# S% T) ?* H7 ~) f8 j9 C1 S7 y/ m3 Q4 r! a2 G0 l2 Y3 {) f! {" F L7 [4 l b$ x6 a8 y. h3 t3 J* c( G$ ^+ z2 ]9 A( _% F9 _1 n6 W- Z! v9 {3 Z' C' V3 r8 r- r; }- t+ w0 P _1 a3 g; ~8 A" b$ q4 e# A: ~" ~* k! g D' u7 Y% |9 I; O! g3 J
: @8 U) K! E# v' i* {/ F

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0.2

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0.5

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1.0

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1.5

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0 J) u' i) w; ]8 r% \4 [' ~

P%=2

/ `2 i, m# O+ z' Z! A

P%=3

7 `: R1 p2 z# M

P%=4

! R+ x" }2 U8 v1 _+ v. c7 L

P%=5

9 o* ]* v `& i; U, b. x

从文件03中读出拉深系数

: {) M" _& ]. J; x

求极限拉深系数MJ1(I%)

% i' ?! z9 s4 T3 o

求极限拉深系数MS11(I%)

7 |& I+ {# w& ?7 R0 t7 Y

MC=MS1(I%)-MJ1(I%)

. o }0 m. W; d6 h

输出MJ(I%),MS1(I%),MC

, P4 U1 S# D, m2 y W6 D( h

关闭文件

) _8 |$ X6 U* K5 }2 H

THEN

4 M5 @( i' }4 Q- J

I% , w8 O" r! n& E7 T r8 {

                           ELSE

1 B& A l4 N% }3 T- A7 |5 a9 i2 P

MS(0)=MS1(1)

^" b M* G9 q4 d& _: F

 

& C# U/ s- ^9 c, w! d

MS(1)=MS1(I%-1)

; L. m: D! d) {, I5 w8 k

输出首次拉深系数

1 W3 E" e# \2 [! x/ }1 G; C

        5拉深件CAD系统的结构化流程图(一部分)
6
 结论
  本文用SA-SD-SP方法指导拉深件CAD系统的开发,达到了预期的目的,收到了令人满意的效果。并应用于国家863计划项目喷浆机器人的研制与开发。

% l$ X e% r, M' P
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