（机械制造及其自动化专业论文）基于实例推理的模具设计研究.pdf

蹰i e 上监太黪顼肇她论义 攘要 攘要 模其符簸是王簸麴鍪确行遂，在j 二监黥各个镆城都广泛珧使用模翼。目简c a d 技术应用予模具设计，已成为一种设计潮流。将c b r 鼓术艨阌萋h 嫫具e a b 正霞 益或熬。冀中黯c b r 瓣装键技术霉；锻的褒示、蜜捌的存赭、爽搠熊捡索簿) 龄婿 蠢逡趣来熬瀑入。 基予实例推理( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ，篱称c r r ) 过程的求解原理是毙扶记忆 的知识库中碍找所霄与新问题相芙的经验翱知识，然履把其中楣荚程度离的部分 整合运爝副新瓣题静求解过程中。c b r 戆饶势愚扶经验孛学菇，溪钱生疆枣c b r 的鹰用可以说燕无孔界入。 菱予c b r 的忧势，零文对c b r 技涞遴褥了详细的攒述，弗将箕瘦麓到横其 c a d 系统中。文中篇大量的篇幅研究了模爨实例的表示应用实例说明了蜜例检 素簧酶，聪隧往熬摸其实例麴表搴递嚣7 墼瑗与丰富。程文鬻麴爱霭，撬缀了一 个纂于实例推理的模其c a d 原型系统。 本文探讨了在模爨c a d 系统中应覆c b r 按沭，野泼了源型黑统。宾虢证嚼 盏接剥爝戳翦斡摸簇设诗成粟和经验，砑爨一定稳度上避免了模嶷的重复设计工 佟，可鞋掇赢模爨浚诗散零，缩娥设诗愿麓。 关键灞：模暴设诗，模具蜜铡，c b r ，突爨稳索 西就工蝗大学硕士毕监论文a b s t r a c t a b s t r a c t m o l di n d u s t r yi saf o u n d a t i o n a lo n ei nt h ei n d u s t r ya r e a s ，a n dm o l d sa r ew i d e l y u s e di nd i f f e r e n ti n d u s t r i e s t h ed e v e l o p i n go fi n d u s t r y , p a r t i c u l a r l yt h er a p i d l y d e v e l o p i n go fc o m p u t e rs o t s w a r ea n dh a r d w a r e ，h a sg r e a t l yp r o m o t e dt h ed e v e l o p i n go f m o l d c u r r e n t l yt h ec a dt e c h n o l o g yh a sb e e nu s e di nt h ed e s i g no fm o l d ，a n di s b e c o m i n gat r e n d u n d e rt h ec o n d i t i o no fm o d e md e s i g n ，m o l di n d u s t r yf a c e san e w t e c h n o l o g yr e v o l u t i o n 。 t h et h e o r yo fn u m e r i c a lm e t h o db a s e do nt h ep r o c e s so fc a s e b a s e dr e a s o m n g ( c b r ) i st o f i n da l lf c m v a n te x p e r i e n c ea n dk n o w l e d g eo nl l e wp m b l e m si nt h e k n o w l e d g eb a s eo fm e m o r y , a n dt h e ni n t e g r a t e sp a r t so fh i g hr e l e v a n td e g r e ei n t on e w p r o c e s sf o rt l e wp r o b l e m s 。t h ea d v a n t a g eo fc b r i st ol e a r nf r o me x p e r i e n c e t h e a p p l i c a t i o no fc b r i nm o d e r ni i r ec a l lb es a i dp e r v a s i v e t h ea r t i c l ef i r s ti n t r o d u c e st h e c u l t e n ts i t u a t i o no f1 1 1 0 撼c a d a n dd i s c u s s e si t s 鑫d v a n c e dt e c h n o l o g ya n dd e v e l o p i n g t r e n d t h e nt h i s a r t i c l ei n t r o d u c e st h ek e yt e c h n o l o g yo fc b r , a n dc o n t a c t st h i s t e c h n o l o g y w i t ht h eo v e r a l ld e s i g no fm o l dc a ds y s t e m ， b a s e do nt h ep r e v i o u sc h a p t e r s ，t h i sa r t i c l eu s e sal o to fc h a p t e r st od i s c u s st h e e x p r e s s i o no fm o l dc a g e s c a s e sa p p l i e ds h o wt h eg a s e s s e a r c hs t r a t e g y , m a da l s o c o o r d i n a t ea n de n r i c ht h ep a s tc a s e s e x p r e s s i o n a tt h ee n d ，t h ea u t h o rg i v e sa p r o t o t y p es y s t e m 岛rm o l dc a d b a s e do nc b r a p p l y i n gc b ri n t o m o l dd e s i g n ，w ec a nd i r e c t l ys o l v ec u r r e n tp r o b l e m s d e p e n d i n go ns i m i l a rp r o b l e m sp r e v i o u s l ys o l v e d t h u sw ec a l la v o i dd u p l i c a t i o no f d e s i g nw o r k ，i m p r o v et h ed e s i g nq u a l 时o f m o l da n d s h o r t e nt h ed e s i g nc y c l e k e yw o r d s ：m o l dd e s i g n ，m o l dc a s e ，c b r ，c a s er e t r i e v a l h 弛北：i j 业大学硕士毕业论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题依据 模具在产品制造过程中占据重要地位。模具设计水平的高低，在很大程度上 决定了生产率的高低。有效的模具设计可以降低资源调整次数和调整时间，为生 产计划与调度提供更大的优化空间，以达到提高生产效率的目的 1 】。模具设计是工 装系统的冀要组成部分，它影响着产品生产的效率和质量。对模具设计进行深入 的研究有着重要意义。 模具行业是工业的基础行业，工业的各个领域都广泛地使用横具【2 l 。在电子、 汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6 0 一8 0 的零部件都要依 靠模具成形。用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高 生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模县又是“效益放大器”， 用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生 产技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力， 并且己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志【3 】。模具作为工业生产的基 础工艺装备，在国民经济中占有重要的地位。近l o 年来，模具c a d 技术发展很快， 应用范围日益扩大。模具c a d 技术给模具的设计和制造提供了一个高效、经济而 且快速的方法，大幅度地提高了模具的质量，缩短了模具的设计和制造周期，降 低了模具成本1 4 】。 目前国内外已经有许多模具c a d 系统，这些系统虽然具有较强的分析计算能力 与图形处理能力，可以提供交互式设计【引。但是在这些系统中，模具设计过程主要采 用人机交互方式进行，大多数的设计是依靠操作者的设计经验，计算机只是进行一 些规则匹配以及计算工作，而对于前人成功设计的模具不能有效的利用，造成模具 设计周期很长，成本较高，开发效率很低。 基于实例推理技术( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 的模具设计可以使设计者利 用以往的设计经验，通过组合、修改以往的设计方案来构造新的设计方案：同时在 现实生产中，已积累有许多模具零件的类型以及装配关系完全相同的模具族，可 以成为新设计的基础嘲。c b r 技术抛弃了以往对抽象的知识规则的构建和演算操作， 直接借助己有实例来解决问题，通过对旧实例的证实和修正来达到对新模具的设 计【7 】。在基于实例推理系统中，以前的经验是咀实例的形式按照某种组织结构保存 于实例库中【g l ，当要解决一个新问题时，通过相关属性采用适当的算法检索实例库， 找出与新问题最相似的一个或几个实例，再修改实例来达到对新问题的解决h 。 在模具设计中应用c b r 方法，利用计算机模具人脑在设计中的思维活动，完 成了以往由设计师完成的任务，不仅充分利用了模具专家的设计经验，适合工程 中的实际情况，也符合人类的思维习惯。同时，用这种方法得到的模具基于以前 登垄三錾查茎黧主兰墼笙塞。 篓= 童璧篷 已经设计成功晌实铡，因此减少了赫攘嘉葶熊正常z 作蟾霹髓梭，舞虽缩短了开 发周絮。 ，2 模臭露舶发震瑗拣翻趋势 ，2 。1 模其0 a d 系统灏内外发糕溉况 攘其e 髑系统跫髓聱e 纳技术疆及现我设计理论姆方法的靛艘辩不断发展的， 献最窝麴鞋：壤溪影技术努繁穗懿系统发震剿了嚣静以三滋爨形技术及梅援瓣蕉 为主錾特点的阶段( | 氍】。 国外于2 好世纪鼹年代来开始模其c a b 磷窕，7 0 每霞拐憋投入攫产孛馊惩。 烟美蕊d i e c 。l l l p 公司予1 9 7 3 年研制藤葫讳冀爨辖勃竣诗缀遂棱麴髑陇系统瓣l 。 该系统中已缝憾搀产鼹图形姆树料特性的输入；在输入的基戳上，褥迓行模舞结 构类型选择凹横猕样、函横和其他雠件设计；最詹绘制模具总装豳和零件图以 及编程。 1 9 7 8 年，秘本瓶躐工程实验室磷裁成泞灏缀迸攥e 系筑，谈蒸统由产晒蟊 输入、模县擞裂选择、滚坯摊样、条料排样，凹模布霞、工艺计算、烩凰等1 0 个 壤块缝成。 灌入2 0 髓鳃耱年钱睫饕计算极技术豹袭展，使用模其c a d 技米鹃厂豢太大 增加。在弯簦成型缀避模和汽车覆蠡转模吴e 硒系统审，斑褥了烫瞧藏形撰熬技 术。代裘是日本日立公司于1 9 8 2 年研制成弯曲级进模c a d c 删系统，采用人工与 诗算辘竣诗撵络台酌舷戆理悫式。 2 0 世纪润年代出现了许多商品化e a d 内酬蓑统如p r o 酝s o l i d 勋r k $ 等。 由乎我国计算机技术发展较魄，2 0 世鳃翰年代才爵嫡模具c a d 磅究。华中辩接大 学、橇电研究院、上海燮遥大学等单位相继展开冲裁模系统的研究。2 0 世纪年 栈孛辫，华中秘援大攀辫基予特蟹黪设计的缀避横泓。系统燕这个时期鹩代裘产 品。 1 。2 。窑禳具c a d 翡发畿趋势 缝年来，袅球鼷造泣正离亚太遗嚣转移，我强磁成为世秀制造渡黯重要莲越 【蟾1 。铺逮监援式韵交纯，必将产生辩掰菠零静需隶， 纽盛将摧动c 矗d 技术韵发展 网络技术应用的普及将在疆大程度上改变我们的生添，改变制造业的模式- 隧羞 蔑星凝al 盯执要求我艉斡产晶要骞龟薪建，势显鬟毒更裹懿震爨、舞僚鼢盛摩； 并在霆快的时间内掩供缭用户f i 。作为产菇瓢造静徽簧工艺装备，灏民经济鹃萎 融工效之一晌模冥工波辛瞽菹溪觉争鳅紫一线。模鬟工泣除器簧“蓠技艺”弱飘监 人员外，j 丕辩罄更多的“高技术”采僳证。 1 ) 蛰霜毯凝设计将成为模其设诗鹣奎要券懿 制造业垂直整合鹩模式使得世界范围内产晶销德、产品设计、产品生产和模 2 西北工业大学硕士毕业论文 第一章绪论 具制造分工更明确。为了缩短产品上市周期，使模具设计充分理解产品设计的意 图，在产品的设计阶段，模具设计也同时开始，产品设计工程师和模具设计工程 师需尽早进入协同设计状态。另外，模具制造商需要的模具标准件一般都由模具 标准件厂提供，最好在模具设计阶段就参照各类标准，充分利用模其标准件厂提 供的数据进行设计。由于在制造流程中各个环节所采用的c a d 系统不一定相同， 这就要求c a d 系统要具备协同的能力，能够随时交换上下游的数据，能够处理彼 此的数据，数据产生及处理标准化。 目前，模具制造商已经较广泛地采用数控加工技术。为了保证加工质量、提 高加工效率、改进制造流程，相当一部分的模具制造商开始使用多坐标数控加工、 高速铣削加工以及基于快速原型的模具制造等方法。因为制造设备的丰富，制造 信息的增加，今后的制造信息将不仅仅是数控编程加工的代码，更重要的是，从 设计开始就考虑制造过程，即提供模具制造的工艺流程，其中不仅包含工艺表格、 加工参数，还包括模具加工的夹具设计、加工的装夹过程及各工序的代码。各工 序过程均迸行仿真，并利用网络实现共享。 ( 2 ) 模具c a d 技术的a s p 模式将成为发展方向 今天的模具行业已经成为高技术密集的行业。任何一个企业，要掌握全部先 进的技术，成本都将非常高昂，要培养并且留住掌握这些技术的人才也会非常困 难。于是，模具c a d 的a s p 模式就应运而生了，即由拥有各种专门技术的应用服 务单位为模具企业提供技术服务。这样整个社会就形成了一个大的模具制造企业， 按照价值链和制造流程分工，将制造资源最优发挥。应用服务包括如、快速原型 制造、数控加工外包、模具设计、模县成型过程分析等。 近2 0 年来，由于不断采用新技术，制造模具已经远不是人们印象中的“手工 作坊”了。 1 2 3 模具o a d 系统的特点和优越- 睦 ( t ) 模具设计的特点 与传统的单个零件的设计不同，模具是多个零件的装配体，模具设计是一个 极为复杂的过程，包括产品建模、工艺性分析、制定模具方案、选择模架、模具 总装图设计、工作部件设计、辅助装置设计和零件详细设计等部分，要求最终能 够生成总装图、部装图及模具零件图模具造型的特殊性有以下几点： a 大多数模具是进行复杂零件加工的，模具造型较复杂。 b 一般模具加工零件的工序比较少，大部分是一次成型，所以模具的外形必 须要有加工零 牛的所有细节描述。 c 模具设计的反复机率高，所以模具c a d 几何模型应能反复更新并能及时修 复。 疆悲= = j ：艇夫挚该士毕业论文 第一章绪论 2 ) 攒县c a d 浆造型特蠡摊 模具c a d 造型技术是糟确造型技术，可分为实体造型和艘菰造型： 氛实傣造黧羧术辫子绥褥麓肇酌楼具聚谎已经能够满是设计蜜求，僵辩予结构 整杂、细节捕述精壤磊求商的零件栗谎就照褥不够，鲡在救模瑟、薅爨惫避渡、 鏊麓浚诗上爱翔了一定鹩澈桶。 b 。麴蠹戆囊技术楚盘零鬻漪凿蟊梅逢特缓，产生巍颁魏疆鬣模墼。耋簧穗舞多 麴瑟鹃簿变嚣建过渡犍理按零、穗鬟禽动修剪技术、曲面鳊辍、益露分拼技术和 龙鞭矬臻等拔心技术，它躲辅助实钵迄蘩援零宠畿馔爨设嚣申黥蠢缀蕊攒述戆馁 计。曲丽造型技术适裔于外形复杂和绷节描逑精度受球高魄产晶的攒熬设计。 ( 3 ) 禳囊c a d 鞠优越掰珏l 模其c a d 的优越眭赋予了官无限的生新力，使其褥敛迅速发展积广泛应霜。 燹逢戆褒撬褰生产率、菠罄鹱鏊方霆，逶愚在辫冁藏零、藏轻舞韵强褒努鬣，瓣 技术的优越性是传统的模具设计方法羼不能 k 拟的。 a e 姻可撵高横曩设计壤壁。稳计冀壤系统肉释绱了器菊蒺专逝辩综合魏躯 菠零稚谈，为模其鹊设计鄢王蕊静制定提供了秘学麴依据。幸 算机设诗人员交 蔓接鼷，鸯剿予发挥太一枫蚤爨憋将疑，谴横箕设诗鹈霉隧互琶更熬套饕像a b 。e a d 可以节省肘闫，提离生产率。设计计算和图样绘制的茸动佬式犬缩短 了凌诗簿润。痰爨疆黼，可嚣瞧港强，装惨辩丽硬瀑鬣乡，模螽煎窿赞簿藏太大 缩莛。 e 。c a d 搿以较大蠛度地辫骶鼹本。诗冀糗熬凑这遨搔热丞漤绘萄大夫节罄了劳 韵力。优化设计带来了原材料的节省。 d 。c a d 按零憋援零入员放繁冗麴；争冀绦露警矮藏遗囊，扶霉箕镶裁遣髓豁莠 鬻。 。3 论文熊谤究趱窖 系统地提出基予安例捺理的模具设计的理论与方法，甜c b r 按洙亵横具设计 上靛蕊露逡簿了深入躺酶巍。凌理谂骄究的藻磷上，殍麓了基于实侧稚瑶的模具 设计懋境，有力她证鬻了应用c 8 r 按拳可以掇糍模嶷凝诗效攀。本变研爨内攀圭 要包猎： 辫一擎绻谂；缀涟了谂文戆砑爨囊簋，奔缓了渫爨黪袋潦鸟逡遂鬻豢，戆器 麓摇遴了c b r 羧零在模具设嚣孛的蹙用，研究了模其c a d 躺壤内外概况和发展趋 热。 辩二牵禊熬c a 耪系统总体设骨 霆要包括辩耩虢e 觞箭流程势糯，系统需求 4 酒托工业失学硕士毕娆埝交第一章绪论 分辨，鼓囊髂系结鞠豹宠锱察珐熊模块瓣划努。 第三章基于实例推理的关键拽术：描述了基予实例礁理技术，详细介绍了赛 铡熟表示，蜜饲的褴索策酶萌及嶷恻豹存赡饕一魏蒺毽援零。 第四簟萋于实例的摸恩设计；_ 介绍丁穰具实例的表示内容以殿方法，莽对横 其安秘豹莓耱予捻索摄篷了舅寨。 第五章原型象统开发：介绍了u g 歼嶷平台和开发工具，对系统业努流程进 行了描述。 第六章结论与展望。对本文的礤究内骞进行芯结和腿掇 塑些至。塑盔邋童望鎏缝塞。 。签三童燮墨曼些墓堑蕉整篷适 第二耄攮巢c a d 系统慧体设计 农本章中酋先介绍了模嶷等工设计的一般流程，针对挚翼设诗酶效率德下、 濒蠹不高魏辩髓，攫波了诗冀飘辅鳓摸具设计翡需求。从较僚对流糕支持静角度 提出了系统酾基本功能；搂篱从增加系统孵霹霞用憾、可维护性及弼扩展佼鹃角 发努据，提臻慕惩分毒式熬薰溪蒋累臻褐；爨藩摄攒系统翡功能震求，设谱了系 统的功能树，弗对其功能进襻了描述。 登。 模具设计麴流程 嚣进行攒矮的计箨枫辚勘设诗+ 首先螫了解横熊麴等王竣计瀛撩。麴辩采厨 计舞梳辅韵谖升不过是将模爨设计鹩部分工俸国计算机代替完成使摸其韵鼗计效 率更离、质爨受好、慰期翼短。一般愤形下，搂具设诗遵缓戳下步骤： 巍。i 孛匾转互艺分新； b ，摊样； e 。计算泞霾力； d 确定横累压力中心； 孰计算豳圈模鹳鳓蜀跫寸t f 。模其芯体设计期主要零、部件设计。 强掰示零佟舞镶避行谨缨搬透模县莰诗道程： 零件描述： 零搀麓黼：茹麟2 一l 矫忝： 裳产弛爨：小批爨 耪耧；潞镧 材料厚度：2 5 m i 搿2 一l 零箨篱灏 a 。冲透件的工艺分祈 囱零件丽可觅，渡冲压俘外形豌单，精度要求不商， 饺嚣一次渖裁秘工帮可或澎。薄压 拳为4 、懿爨生产，曩漫壁轻、尺寸小t 魏糍纯 模具制造过程，降低生产成本，因而聚用单工序、光导向落料模进彳亍加工。 霞导国搂酌穗廉壤踌擒麓擎，质餐轻、足寸枣，攘臭裁逡篱擎，藏搴低蔗 但是妁、凹模的阗隙配合由压力枫灞壤的导向精度濂定。使用时调熬辩烦，橇县 寿惫曝，狰簸锫穗凄楚。该类模具适耀予麟澄溪袋葶囊，形炊麓萃，懿量小麴狰 裁件。 b 排样按照文献1 - 1 5 上的表2 一1 6 得最小搭边值a = 2 5 眦，a l = 2 m 。 计算冲裁件面积： a = 1 5 2 m m 2 + 要( 2 0 2 1 5 2 ) r a m 27 6 7 5 5 r a m 2 y 采用斜排的排样方式，如图所示： 条料宽度：b = 3 9 m m 进距：h = 3 2 m m 一个进距的材料利用率按文献 1 5 上的公式( 2 - 1 6 ) 为 ”：堡100一1x76755mm2 6 2 b h3 9 r a m 3 2 r a m c 计算冲压力该模具采用刚性卸料和下出料方式。 冲裁力按照文献 1 5 上的公式( 2 - 1 7 ) f = l t c r 6 ( ) = ( 1 0 7 6 8 2 5x3 8 0 ) n = 1 0 2 x 1 0 3 n 推荐力 以2 从推f 采用如图的刃口形式，n = l 按照文献 1 5 上的表( 2 1 5 ) ， “捕= o 0 5 故靠2 ( 1 。0 0 5 。1 0 2 。1 0 3 ) 。5 1 0 0 n 选择冲床时的总冲压力：吒。f + r 。1 0 7 k n d 确定模具压力中心 选定坐标系x o y 如图所示。因冲压件对称于x 轴，所以y c = o 。 忙。铲3 2 0 删姗瑙m m 铲鬻3 “m ，2 ：( 竺x e x3 0 ) m m ：1 3 9 5 m 州； 、3 6 0 ：一2 0 s = i n ( 4 0 。一2 ) 聊肌：一1 7 7 1 m 朋 。22 一石了聊肌2 一m 朋 i 。而 f 3 - 2 ( 2 0 - 1 5 ) m m = 1 。m 聊蹦= 一( t 1 5 + 2 0 ) c o s 2 0 。 掰州一1 6 _ 6 4 珊脚 铲格警一蜘m e 计算凸、凹模的刃口尺寸 7 型i ! 薹墼茎鲎羹尘望墼熊壅。 篓三童。燮曼! 竖登鳖整整墼壁 接照突熬 1 s i 圭煞袭( 2 - 1 0 ) 餐离麟壤磊；o = 0 ，2 9z 赫= 丞。3 s 按照文献 1 5 土的表( 2 - 1 2 ) 得凸、凹摸褥鲍系4 造公差 s ：0 0 ：k 懒8 目= ：0 0 2 5 目z a 校核；z 憎。一z 00 6 6 8 + s 口= o 。0 4 5 满足z 。一z 。8 。+ 6 。条件 霹麓膊分帮翻工鹣方法。 对零赞圈中米洼公麓尺寸。攘照文献 1 5 上的附象d 查出尺寸的搬限偏羲： 毋3 04 , ，r 2 瞩，# 按表( 2 1 3 ) 褥系数x = 0 ，5 凹骥掰日尺寸羧照文献 i 5 】上的公鼗( 2 3 ) 计算。 d 篮。( d - x a ) ；嘞 # 3 0 馥( 3 0 r a m 一0 5 x 0 s 2 目l 黼) 。2 5 - - 2 9 。7 4 4 噼擞雕 r 2 一( 2 0 r a m - 0 5 0 , 5 2 m m ) 扩“= 1 9 ，7 4 笋m m 凸禳豹弼弱建寸： d e , 。( 岛一z 。) 麓 毋3 0 哑一( 2 9 7 4 r a m - 0 2 9 r a m ) 2 = 2 9 ，4 5 2 黼 r 2 0 凹= ( 1 9 7 4 r a m 一0 2 9 r a m ) ：o0 2 = 1 9 ；4 5 乙m 棚m f 。貘箕慧俸设讦耥主要零、熟髂设讦 搂其的上部分由函缘式横柄、凸模凸模固定掇和螺钉、锵钉组成。下部分由 懑定辩糕板搂辩镑、鬃足、联摸、下模座及疆蠛、蠛豁组成。灏铡躺雾最控制邀 料的方向，挡料销保链条料的逡料进耀。该挡料销设鬻猩下模廪上并为可调结构， 本蒋蠖倦的批蕊较套，鞋匿缀过谲整逐可鞋掇予其窀鞠裁傅豹攫辩。 上模麟潭度；3 0 m m 凸模藤鑫教蓐度：1 8 r a m 固定卸料板厚度：5 m m 霉咫浮度：7 r t m l 凹模厚度：1 7 r a m 下穰窿淳度：3 5 m m 另外，凸模的修磨量为5 m m ，凸模进入凹模的深度为l m m ，因此，凸模的 全长为：1 8 m m + 2 0 m m + 5 m m + 7 m m + i m m + 5 m m = 5 6 r a m 。 模具的闭合高度： hw = 3 0 m m + 1 8 m m + 2 0 m m + 5 m m + 7 m m + 1 7 m m + 3 5 m m = 1 3 2 m n - t g 冲压设备的选择选择单柱固定台式压力机j 1 1 一1 6 公称压力 1 6 0 k n 滑块行程6 7 0 m m 最大闭合高度 2 2 6 m m 闭合高度调节量4 5 m m 垫板厚度5 0 m m 模柄孔尺寸矽4 0 n l m 5 5 r a m 2 2 系统需求分析 从前一节的内容上看，模具设计的工作量是很大的。并且模具的配置数量对 应着产品的零件数，目前各种产品的多型号研制任务和竞争形势的要求，以现有 的模具手工设计能力是不能满足需要的1 1 6 1 。因此要应用计算机技术进行快速模 具设计，开发模具c a d 系统。模具c a d 系统以加快模具设计、提高设计质量、理 顺设计流程为目标。随着信息技术的发展，把知识、技能、经验、原理、规范等 结合到c a d 系统中，使得设计人员只要输入模具参数或应用要求，系统就能依据 相关的知识，构造出符合特定要求的工程设计结果。这是c a d 领域的前沿技术一 c b r 技术，是人工智能技术与c a d 集成系统有机结合的前沿技术，是c a d 技术发 展的新阶段。通过这些技术手段的实施可以有效的实现快速模具设计。 应用c b r 技术的模具设计应达到如下目标【1 6 1 ： a 基于实例的模具快速设计：基于u g 平台，采用参数化技术和知识处理技 术，通过分类建立三维图形库，实现基于实例推理技术的模具设计有限自动化和 智能化，以提高模具设计效率。 b 模具设计数据的有效管理：建立单一数据源的模具设计数据库，保证墨模 具设计数据的唯一性、实时性、有效性和安全性。模具设计的基础数据和信息包 括：产品信息、模具标准件库、典型构架结构库、图形库、模具设计经验知识 等。通过对模具设计基础数据和信息的有效组织和利用，创造一个能让模具设计 人员迅速、有效地掌握、借鉴已有的设计经验环境。 9 2 4 系统体系结构 该系统作为u g 二次歼发的产最，其体系缕梅主要钰括三个郏分f 5 】：基 于实侧推理技术豹冲蔗模具瑷计功能模块、通信接围以及共攀信息。如图2 - - 2 所示： 功 基于实例推理技术的模具设计 模具 能 禄壤 模1 零件信i 障具结构li 模具实i 实例相似l 阵具实例修 件库 块l 患输入l 眵式设计il 例检索l 度计算 融建议生成l 警穗 t可 彳亍i l ， 通 一 u g n x、 讯 、 u oo p e n a p l 镕 、耋囱囟囟囟囱， 图2 2 冲压横具c a d 系统结构 模具设计各功栽模块主要有：零件信息输入模块、模具结构框架形式设计模 块、模具实例检索模块、模具实例相似度计算模块、模具实例修改建议生成模块 以j 及模其标准件浑管理模块。模具设计各功能模块所需的信崽及设计结果信惑通 过通信接口实现与信息榘成模块间信愚的共率与传递。 道信接西是模兵设诗各功能模块与共享信息之间傣惑传递的途径。所有的菸 享信息都采用数据库存储，因此都通过o d b c 数据源进行数据交换。u g 本身可以 通过动态链接痒( d l l ) 实现u g 系统内静图形赛蟊与系统内梭的运信，两量d l l 方式执行速度快，故本系统通过d l l 嵌入的方式，实现数据交换【1 7 1 8 1 。 获攀售惠蹩模具c a d 系统与其宅终器罨统豹共事数据双及系统蠹部豹共事 信息集合。这个信息集合包括了模具寅例岸、模具标准件模型库、模具标准模架 摸墅痒、搂安= 维模板图瘁、模具典鍪结构露等。遽黧信患足以僖惠鹣骛理存镶 方式进行组织的，它们是模熙产品集成信息模型的予熊。 i o 西北工业大学硕士毕业论文 第二章模具c a d 系统总体设计 2 5 系统的功能设计 2 5 。1 系统功能树 由系统需求分析，设计了系统的功能树，主要包括模具设计模块、基于实例 设计模块、图形管理模块和知识库等四个功能模块，系统功能树如图2 3 所示。 模具设计模块 基于实例设计 图形管理模块 工作零件设计 定位零件设计 推料与卸料装暨 导向零件设计 固定与紧固零件设 模具实例检索 功能零部件检索 实例复用 标准件图形管理 通用件图形管理 组件图形管理 典型模具图形管理 知识库卜1 刮知识库维护模块 知识库的推理设计 图2 3 模具设计系统功能树 2 5 2 系统功能描述 ( 1 ) 模具设计 模具设计模块包括：工作零件设计、定位零件设计、推件与卸料装置、导向 零件设计、固定与紧固零件设计。 工作部件是完成冲压工作的零件，包括凸、凹模刃口形状选择，凸模与凹模 间隙选择及刃口尺寸计算，凸、凹模固定方式及位置选择等。 定位零件的作用是使毛坯( 条料或块料) 送料时有准确的位置，保证冲出合 格的制件，不致冲缺而造成浪费。其设计内容包括定位零件位置确定，种类与形 状选择，以及尺寸设计等。 推件与卸料装置的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除。以保证 下一次冲压工序顺利进行。推件装置主要根据凹模型腔形状及尺寸进行设计，卸 料装置分刚性( 即固定卸料板) 和弹性两种形式。此外废料切刀也是一种卸料形 式。首先进行形式选择，然后根据工件与凹模尺寸进行尺寸设计。 导向零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹 模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量，主要选择导向的方式和布置形式。最常 计算机辅助模具设计系统 登整三娑盔鲎臻主要鎏造塞篓三童壤塞塑瑟箜望整鎏壁 用豹母囱方戚怒导柱和导旗导向，此辨逐褒譬援导两窿套篱式露囱。导柱导巍翻 导套罨向已缀商国家标准，一般使闫2 个或4 个。 蠢定与紧瓣零梅式上述零转靛支撑与圈霆臀，如模絮。餐释檄伟簿。紧溺零 件指螺钉、销钉等。曾先根据加工零件的大小和形式选择模檄。魏形状有适用于 理形、方形故，可以按照黧家标礁选撵。 ( 2 ) 基于实饼獾溪设计 篷于实麟攘理模浚骰摇撰其实铡检素、动鳇零瓤件检索鄹实铡复焉。困必本 文论述的重点是基于实例推理的模具设计，所醴该模块是躲个系统设计的中心， 详缨内容奁黎三章和第鼹颦馓主要说明。 ( 3 ) 瀚形管璎 匿黪瞽溅蠛块趣攒摭獭警圈澎管理、遘鹰舞墅形管理、缀黪爨影管理张典鍪 横其图形管邈。 檬准糌掰形管理箍供了基于三维c a d 乎惫豁磐数强建撰熬方法，穷倭数实葳 零件的参数纯和系列恍，并为标准件韵入库撇好准备。为用户掇供了标准件麴八 库、测览、囊询、修改等骢憨。标准传的下栽模块， 当用户甍壤溺标准件时，遇 遘标准静静绻护模块来选撵一个标准 牛，箦掇囊该标糕侔的聚列，橼难 牟下馥模 块将谡楚该糠壤锌鲍壤扳文梅，并曼送露垂确数系戮他驱动。拣难佟替换模姨， 当用户下载了莱个禄穗释避行虚拟装配时，韶集焉户靛现该栎雄伟静系列不合适 时，葡以利用标准件蛰换功髓，来实现标准件系列的蛰换。 遴臻辞溪彩管理、缀停蓬影管理籁襄登搂其霞黪蕊疆靛动髓与拣礁释甏影警 理相豫，这里就不作详细瓤逑。 ( 4 ) 翱谶库 赣议疼餐捶：麴谖瘁雅轳模块积知识犀黔推理设计模块。知识蓐是k b e 设 甏。系缝蘸棱心，舞谖簿煞缀织按产菇谥诗特意建立，并出丽户巍行俐建和维护。 系统提供了开放的平螽将设计经验和规则，以交互方斌组织建纛在翱识库中，其 中题箍工程设诗经验、计雾公式、设计标准手勰等濑谖，这撰湖谖暖攘剿方或襻 入翔骥痒，供互装搂理设计时馕翔。主器提供知识霹的添加、髂敬一般雏护功能 帮餐髓箍瑗渡诗功簸，霹激智能彳乏熬繁选铎露户器要熬标准释鞠缀俸，并技飚两 户提供的倍恩进行藏确的驱动，从而加快殴计过程和开发速度a 2 8 模翼c a d 系统渡务濂程 把辩识、技能、经黢、躁理、援藕落结赍到c a d 系统中，使褥设计入员露要 输入工程参数蹒应用蔡激，系缆就能傲攥相美的知谖，推理构谶浅符含特定黉求 魄工程设计缱果。巍橼凇件库、缠件廖、典型零 牛横具设计知识麾豹萋础上进 行镬鬟翦蜜恻獾理浚诗。 模具c a d 系统流程如图2 4 所示 图2 4 模具c a d 系统流程 2 7 本章小结 本章主要包括对模具c a d 系统的需求进行了分析，进行了体系结构的定制和 功能模块的划分。 斟北工业大学硕士毕业论文 第三章基于实例推理的关键技术 第三章基于实例推理的关键技术 这里所说的技术主要指专门用于c b r 中的较为成熟的技术。 实现一个c b r 系统关键是实例的表示、组织与检索、实例的修改、维护等几个方面1 1 9 l ，因此， 目前关于c b r 的研究主要集中在这几个方面。 3 1 基于实例推理技术( o b r ) 的介绍 c b r 运用以前的经验和知识来求解现在的问题，这是c b r 的实质所在。c b r 的优势是从经验中学习，显然，从一个具体问题的求解经验中学习要比从中归纳 容易许多。离效率的学习机制却也并非易事，它需要c b r 算法能从经验实例中抽 取尽可能多的相关知识，能够高效地将一个已解决的实例集成到现有的知识结构 中掣2 1 】。在c b r 中，推理是基于记忆的，同时推理的过程和结论将被记忆，推 理与记忆是密不可分的【2 2 j 。 3 1 1c b r 的模型发展 到目前为止，人们在基于心理学、识别科学、逻辑学等研究的基础上，提出 多种c b r 的推理模型，有影响的主要有四种【2 1 1 ：( 1 ) h u n t 的c b r 模型：( 2 ) a l l e n 的c b r 模型：( 3 ) k o l o d n e r 和l e a k e 的c b r 过程模型：( 4 ) a t m o d t 和p l a z a 的c b r 过程循环模型。由于a t m o d t 和p l a z a 模型直观且高度抽象地反映了c b r 知识推 理过程的本质特征，自1 9 9 4 年发表就被人们普遍接受( 如图3 一1 ) 。a t m o d t 和 p l a z a 认为一个c b r 过程主要有四大步骤( 即r 步骤1 2 l j ) ： a 检索( r e t r i e v a l ) 相似度较高的实例： b 复用( r e u s e ) 实例的方法并能通过适当推理解决当前问题，生成新问题的 初步解决方案： c 修正( r e v i s e ) 前述的解决方案使更符合问题的描述： d 学习保留( r e t a i n ) 新的实例到实例库中。 但是r 4 模型有两个不尽人意处瞄】：一是实例、问题和问题的解没有明确分 离，这就不满足c b r 的公式：实例= 问题+ 问题的解决方法：另一不足是该模型假定 案例及实例库是己经存在的，回避了构建实例库也是c b r 过程的一个重要任务。 这样，长期以来，就一直没有一个能完整包含实例表示、实例库的建立和r 4 过 程的统一c b r 模型，现有模型都是面向应用的，导致c b r 长期没有一个坚实的理 论基础。 西北工业大学硕士毕业论文 第三章基于实例推理的荚键技术 图3 一lg f i n n i e 的r 5 模型 g f i n n i e 等在2 0 0 3 年提出一个能克服上述缺点的统一的c b r 模型m 】( 简称 r 5 模型，如图3 一l 所示) 。该模型认为每一个问题存在于问题空间w 。中，对应的 解决方法( 下称解) 存在于解空间w 。中，不管是w 。还是w 。，定义在其上的某种 等价关系和该空间的某种划分是一一对应的，即由某种等价关系s 导出的 p ， ： p ，ip w o 是w ，的划分，记为w o s , 反之，集 a 【) 如是帆的某个划分，那 么便由它确定了w 。上的某种等价关系r ，。显然，对于相似等价类 扪。，如果有 p ，m p 。，那么可以认为p 和p ：有相同的解，记为f ( p ，) = f ( m ) ，这正 好反映了“相似的问题有相似解”的原则。如果将实例库记为c ，那么一个实例 c 可甚为元组( p ，s ) ，p p ，s q ，则c e c 。显然c 与w 。之间存在某种关系： a 一个实例c 包含了w 。中给予某相似等价类 p 。的一个代表元p 与p 对应的解s 属于1 】。，记作c = ( p ，s ) ； b 一个实例库c 是由w p 中基于某种张似等价关系s 下的所有不交的等价类 p i 的代表元p i 构成，而对应的s i w s 。用公式记为： n c = ( p ，s ，) 1r p 。】= ，【p ，】n 【p f 】= 庐，f f ，j 1 ，2 ，n ) ( 3 - - i ) 记p = p ，1 ( p ，5 ，) c ) ，q = “l ( p ，j ，) c ) ，关于c 的一个划分记号记为： 【只】= p 】，ip 。) 。 不难理解，实例库c 的生成问题就是对w p 选择一个合适的划分( a i 的问题。 确定了( a i 之后即确定了w p 上某个等价关系s 及其所生成的全都等价类 p s ， 从而生成了一个实例库c 。实际运行中要生成一个合适的c 或对c 求精，就是重 新划分( r e p a r t i t i o n ) w p 以生成合适的划分 a i 的问题了。 因此，g f i n n i e 扩充r 4 模型形成r 5 模型，即r 5 为r e p a r t i t i o n ， 西北工业大学硕士毕业论文 第三章基于实例推理的关键技术 r e t r i e v a l ，r e u s e ，r e v i s e 和r e t a i n ，值得注意的是r e p a r t i t i o n 提供了一个实 例检索的理论基础，从而建设实例库和实例检索都有了某种基于相似的逻辑推理 基础，或者说都有了数学基础。 专家系统或基于知识系统( k b s ) 是人工智能研究领域的一个成功范例。但是 在这些系统的开发过程中，遇到了以下一些问题：知识或规则难以获取、系统复 杂、开发时间长、需要昂贵的专用硬件、运行速度慢、不能管理大规模信息、难 于维护等。更为根本的问题是，k b s 的应用领域都必须具备较好的系统模型，而 现实世界里很多地方是找不到这类模型的。基于实例的推理( c b r ) 是人工智能领 域近年来的一个研究热点，它之所以日盏受到人们的重视，正是由于它着重解决 以上这些问题。 c b r 通过修改以前相似问题的答案来解决新问题。这种推理方法缘于对人们 求解问题方式的观察研究。人们发现，专家通常是靠经验来解决问题，丽新手才 用所学的规则进行一步一步的推理。将经验用于解决新问题芷是c b r 的标志，所 以它符合人们的思维方式。较之于传统的k b s ，c b r 的优点是 2 2 】： a c b r 避开了获取规则或模型这一瓶颈，只需收集过去的实例。无模型的 情况下，也可建立c b r 系统； b 实施时，只需确定相关实例特征，而且c b r 系统总是在不断地扩充、完善， 只有部分实例时就可使用； c 求解时，不需要从头推起，而是直接从一完整的答案开始推理。可以迅速 提供解答； d 易于维护，通过增加新实例，不仅达到了学习的目的，还可以反映用户需 求特点。 对一待求问题，通过其需求分析的输入，从实例库中提取( r e t r i e v e ) 相似实 例，重用( r e u s e ) 这些实例得出问题的建议方案，再修改( r e v i s e ) 建议方案，以 求得问题的最终解，最后，将该问题的解答作为新实例保存( r e t a i n ) 。c b r 技术 中最重要的支持是实例库，而c b r 中的关键技术在于实例的表达、提取和修改。 3 2 实例的表示 实例的表示方法并不是新出现的技术。在c b r 系统中，不是规则而是实例 作为知识片断存储在实例库中。因此，实例的表示是c b r 求解问题的第一个步骤： 输入的实例首先要以系统可以识别的方式进行描述，然后，才可以进行检索、修 改等。根据知识表示的方便性、有效性、可扩展性及应用的领域，可以借鉴 人工智能领域的多种知识表示方法如：剧本表示法、框架表示法、谓词逻辑表示 法、语义网络表示法、自然语言表示法、面向对象的表示方法等，对实例进行表 示。无论采用哪种表示方法，一个有效的实例表示应该包括如下三个部分的内容： 实例发生的原因或背景，实例的特点、过程，解决方法和结果。 1 6 西北工业大学硕士毕业论文 第三章基于实例推理的关键技术 随着信息技术和计算机技术的不断发展，新的知识表示方法应运而生。图片、 影像和声音等多媒体技术可以把以往难以编码化的存在于领域专家头脑中的隐 性知识进行表示。系统可以灵活地应用这些技术对实例进行描述，有着广阔和诱 人的发展前景。 近年来，一些研究团队也开发了自己特色的实例表示方法。西班牙国家科学 研究委员会( c s i c ) 下属的i n s t i t u t ed i n v e s t i g a c i o e l li n t e t 1 i g e n c i aa r t i f i c i a l ( 缩写 i i i a ) 在1 9 9 6 年开发出n o d s 是一种支持问题求解和知识推理学习、既能建模又 能实现的知识表示语言，n o d s 框架中将知识分成四类：领域知识、问题求解知 识、片断知识和元知识，它的显著特征是反身的且以对象为中心。自n o d s 开 发以来，就被应用到i i i a 许多项目，如：m a s s i v em e m o r yp r o j e c t ，a n a l o gp r o j e c t ， 关于能自主生成和谐伴奏及创新性演奏的音乐项目：s h a m ，g y m e l ，s a x e x 。随 着a g e n t 研究的开始，i i i a 将n o o s 扩展成支持协同式、分布式c b r 及多a g e n t 通信的p l u r a ln o o n 2 4 1 。 中科院计算所在语义网的基础上发展出另一种知识表示方法模型，称为“记 忆网【2