筒形件拉深工艺CAD系统研究

HEATS

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。 ' {2 B3 W9 k1 B6 o7 ]

* r; z/ ~* t8 p* C- S

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。

 

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。

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　　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：

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/ R6 U+ H/ P" G7 p 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

　　(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：

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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

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。

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) [8 \! M5 f6 J9 L" {5 R 置初值1%=0, BD=1,MC=1
K=T/D(0)X100
打开文件03
0 {4 F1 T) V5 w 当MC＞0.005时
I%+1=＞1%
: c+ F# d' X; e' ^ BD+1=＞BD
根据BD的值决定A%的值
$ P, J/ i1 x/ c" N <= 1.1	& \- J3 _2 y, C) P5 v2 L 1.1 # j8 O7 k/ m2 B% V; K B& P! v ～1.3	' A) e0 o% }' G. g) C 1.3 / i: R, b; A2 {! [. ] ～1.5	1.5 ～1.8	, X. x! e1 M* S; K! e 1.8 ～2.0	2.0 ～2.2	1 w/ f+ _5 T% k% U% _! w0 y 2.2 ～2.5	2.5 0 ^; y( q5 D: \+ r# T% B ～2.8	>2.8
A%=1	A%=2	! ?4 h/ u" d. C5 K4 }) q4 r A%=3	2 @4 e0 r4 f0 J+ w( E A%=4	* l! Q, P: r/ v; p C( L8 y A%=5	A%=6	6 D' O t4 K" k0 [ A%=7	A%=8	5 i+ }4 B; ?) D" U- b; }: d A%=9
根据K的值决定P%值
1 w* |: k: B b7 t, u$ `: i4 H0 J # H0 q* f4 a5 i! ~9 M( l1 t9 M2 [% k6 B& v/ ?. V5 F3 Z& l: V% D' S5 v. b7 _) L5 G8 W+ W# Z* K9 {3 k0 Z9 X; T/ }4 k( O( D6 h7 [; L. f# A9 x1 M. ]9 C+ u Q1 o! w$ b7 |. c7 C: s& g 8 ^5 C) h D1 I& o: a K<=0.2 0.2 5 b/ c. w" i( z/ O. s8 v4 q2 m* W 0.5 1.0 % |/ |5 Q9 I. w, g y0 V 1.5 9 C" G8 v) w- [4 l: d K* b P%=1 0 u$ {% r0 [& F3 P2 R9 z, O" g a P%=2 P%=3 / R# Q# T8 J& X8 L3 v* |$ C" A P%=4 ! j# X* r0 w# s P%=5
从文件03中读出拉深系数
& o+ E7 R; B( S& R+ b4 C# A0 `# X5 }( h 求极限拉深系数MJ1(I%)
( L2 B, f, `3 f 求极限拉深系数MS11(I%)
% l7 D. h/ v) F- \2 H2 G MC=MS1(I%)-MJ1(I%)
+ X/ `- i3 R) N9 P, { 输出MJ(I%),MS1(I%),MC
' i" k0 t1 e' c7 O d 关闭文件
THEN				% {$ V5 k. s2 _4 X9 O+ e6 R6 y I%                            ELSE
$ B) \+ p" H G$ J' e6 B MS(0)=MS1(1)
MS(1)=MS1(I%-1)
+ Z7 Q' X0 @$ r" w5 {' N B 输出首次拉深系数

3 ~* Q9 \4 c0 l

　　　　　　　　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。

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