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　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。

 

`: s4 M7 L+ {$ _# d3 H

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。

6 E8 L' G5 m1 q6 F+ p

　　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：

* R% w0 k v$ B- G/ S8 i2 w G2 D9 D

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

! n9 D2 F; w6 g/ `5 [6 A6 @

　　(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：

" v& i4 q' F6 c) {1 u1 S 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

D8 H- q2 m2 m/ j1 g* G- d4 v

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。

. S. M7 Z1 h9 P) X# d- ]7 d4 n5 ?" V3 v3 t& W$ _/ E; ^. A1 a0 U0 K0 k% y# k% {9 V5 x( o, g* h' z E& [& `% K1 F. x) [2 v+ S: K1 ]- f6 D* @ O3 P. g1 a+ o1 n( M1 W- N. x0 p- \; c0 h1 w* y0 e# a! u4 W4 S, @( n8 k. w. j7 [' g X3 y7 d5 Z/ _$ o: }8 _$ f' E0 B& m3 H: Q/ z. X1 U9 n' g+ x8 T! v! J6 X" \, k5 q' U! R- c6 O* f" ?4 r/ k0 ]* q/ Y, E0 H# |7 Q, K$ a8 C x) g/ J O* j! _( A! X8 ~( ?* t( l% m( X4 ~7 Q- M- U0 z$ a/ t& v' U) R+ n q# [3 ?! Y t7 W% ^% [. @$ z' R$ r1 v5 O' V6 W8 i! M( h0 x! _1 N2 l8 V3 `. [$ C* W: U: q' ?- y) I$ \# @ N; Y7 k e! G' S' p7 ~1 |- ?: i; [+ {! c. S* p$ Z; t6 H1 }* j5 }) X+ _, h8 w1 y/ U) C' U* _1 ?( I* R7 b5 k6 U% P. X$ i- Q/ |7 J% U, b V( j' l+ D

置初值1%=0, BD=1,MC=1
; m; D" b. X% q K=T/D(0)X100
* j3 k. [4 ^: H# ? 打开文件03
* p+ b- a: l: i% e8 I) [ 当MC＞0.005时
9 c& O% h+ Z3 c7 I2 ? I%+1=＞1%
BD+1=＞BD
根据BD的值决定A%的值
- d/ f9 @) m9 K, d <= 1.1	1.1 ～1.3	1.3 5 M# P6 A) {/ {: c4 I/ S7 v ～1.5	) K2 }1 s% J! k7 v1 A4 k 1.5 ; H% p3 _2 |' A1 R3 q/ f ～1.8	* c0 `6 g9 Z6 k- O 1.8 ; j' X3 B& C+ b ～2.0	5 j; d* L$ c$ @9 [9 v G 2.0 ～2.2	' Y. T& z" n) Q- C+ `& g0 ]7 |$ ` 2.2 . B$ `( ? i( `, S# D ～2.5	2.5 - T* n4 L& _" e- b- z ～2.8	1 S5 i* y. j6 `, j' E >2.8
A%=1	) y" w ]& O# o% ^/ n) ?0 H A%=2	9 R! p# j% R5 o N A%=3	A%=4	A%=5	# g& {+ s- W; g1 X A%=6	: ~' ?- I+ \, Z0 F A%=7	1 k* r6 t: @- m" u A%=8	1 i1 A) ^ G) j! A# o" u A%=9
# n: O2 R7 y/ J 根据K的值决定P%值
* n; H8 I/ b% P- P; `- O! Y ) Z- U4 `8 u J2 F. @) @6 a2 P7 @$ r) _/ C0 K6 Z- a/ g z+ ]( T/ ]- B, ^! [2 _3 x7 e; o% e$ m ) ?+ i {; ^7 X0 u0 u. Y K<=0.2 ( n" N; d+ B% ~2 e6 P" Y 0.2 2 J* \9 Y0 K- q 0.5 6 A' S- C: a+ h% Z7 o 1.0 + h) }. W* P. E) C- M5 o8 K 1.5 ' D/ S; F: e# F" t: d P%=1 P%=2 , q T. Q& I$ E [ P%=3 2 q, t2 `* m# M+ m3 o3 s p P%=4 - \9 `6 w1 [' u3 g' Q P%=5
% [ Z1 I/ o! A5 ^ 从文件03中读出拉深系数
( q I; j; m1 @! t& @ 求极限拉深系数MJ1(I%)
求极限拉深系数MS11(I%)
MC=MS1(I%)-MJ1(I%)
7 C8 e- G6 A# v" v/ H+ s 输出MJ(I%),MS1(I%),MC
( V. E( |8 |' Q' R 关闭文件
2 A& o- I% z) G6 [ THEN				I%                            ELSE
MS(0)=MS1(1)				& ?% t5 Q$ K/ e/ [5 Q9 l% Q& A
. Z, n1 m0 ~+ z) Z% I2 s1 B6 f( R MS(1)=MS1(I%-1)
9 t6 b6 z8 |! h, O6 ^ 输出首次拉深系数

　　　　　　　　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。