（机械制造及其自动化专业论文）组合模具智能化设计系统的开发与研究.pdf

摘要 本文主要介绍了基于v i s u a lc + + 的s o l i d w o r k s 三维软件二次开发技术，实现组合模 具智能化设计，对组合冲压模具虚拟设计和自动装配进行研究和开发的方法。 智能化组合模具虚拟设计系统是一个将虚拟现实技术引入c a d 环境的软件系统， 是计算机技术在模具设计中的综合应用。它将设计师在多年工作中积累的经验和模具行 业的基本标准融合在一起，改变了传统模具设计方式。大大降低基本模具的设计难度和 减少设计师的工作量。 在开发过程中，首先确定了该软件系统的具体功能和总体目标，并在大量阅读文献 和调研的基础上做了全面的需求分析和可行性的研究，最终确定了该课题的整体方案。 通过已有数据的分析和归纳，建立数学模型并用c 语言编程做成推理机供系统逻辑推理 使用。对系统的主要功能进行分类，得到几个功能模块。系统所需的基本数据流则应用 a c t e s s 和s q ls e r v e r 建立数据库。最后应用v i s u a lc + + 编程工具完成程序的界面和代码设 计，实现一个实用的应用软件程序。 组合模具智能化设计系统软件在使用过程中表明：该系统是计算机技术在模具设计 生产中的综合应用，具有较大发展前景；该系统适应现代多种类小批量的模具设计，具 有较方便的人机交互机制，可大大简化和提升模具设计水平。 关键词：s o l i d w o r k s 二次开发组合模具a p iv i s u a lc + + 虚拟设计自动装配 a bs t r a c t 1 1 1 i sa r t i c l e m a i n l y i n t r o d u c e d t h e t e c h n o l o g yo fs o l i d w o r k s s o f t w a r es e c o n d d e v e l o p m e n tb a s e do nv i s u a lc + + a n dt h em e t h o d so ft h ei n t e l l i g e n td e s i g nf o rc o m b i n a t i o n m o u l d t h es y s t e mo fi n t e l l i g e n tv i r t u a ld e s i g nf o rc o m b i n a t i o nm o u l dt a k e st h ev i r t u a lr e a l i t y t e c h n o l o g yi n t ot h ec a ds o r w a r es y s t e m t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yi sc o m p r e h e n s i v e a p p l i c a t e d i nm o u l dd e s i g np r o d u c t i o n i tf u s e st h es t y l i s t s e x p e r i e n c ew h i c hw a s a c c u m u l a t e di nm a n yy e a r sw o r ka n dt h eb a s i cs t a n d a r do fm o u l di n d u s t r yi nt o g e t h e r i tw i l l c h a n g et h et r a d i t i o n a lm o l dd e s i g nw a y a n dg r e a t l yr e d u c et h eb a s i cd i ed e s i g nd i f f i c u l t ya n d r e d u c et h ew o r k l o a do fs t y l i s t i nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ，t h ef i r s ts t e ps h o u l dd e t e r m i n et h es p e c i f i cf u n c t i o na n dt h e g e n e r a lt a r g e to ft h es o l , r a r es y s t e m ，m a d eac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ef e a s i b i l i t ys t u d y a n dd e m a n db a s e do nt h er e a d i n go fl i t e r a t u r ea n dr e s e a r c h f i n a l l yd e t e r m i n et h eo v e r a l l p r o g r a mo ft h ei s s u e t h r o u g h t h ea n a l y s i sa n di n d u c t i o no ft h ee x i s t i n gd a t a , t h e m a t h e m a t i c a lm o d e la n dt h er e a s o n i n gm a c h i n eb a s eo ncp r o g r a m m i n gl a n g u a g ei ss e tl l p a n du s e df o rt h es y s t e m sl o g i cr e a s o n i n g t h em a i nf u n c t i o n so ft h es y s t e ma r ec l a s s i f i e dt o s e v e r a lf u n c t i o nm o d u l e s a tl a s tc o m p l e t ep r o g r a mi m e r f a c ea n dc o d ed e s i g nw i t ht h e a p p l i c a t i o no fv i s u a lc + + p r o g r a m m i n gt o o l ，a n dr e a l i z eap r a c t i c a la p p l i c a t i o ns o f t w a r e p r o g r a m t h ei n t e l l i g e n td e s i g ns y s t e ms o i t w a r ef o rc o m b i n a t i o nm o u l di nu s ep r o c e s ss h o w st h a t t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yi s c o m p r e h e n s i v ea p p l i c a t e di nm o u l dd e s i g np r o d u c t i o n t h e s y s t e mh a sal a r g e rd e v e l o p m e n tp r o s p e c t 1 1 1 es y s t e ma d a p tt ot h em o d e r nv a r i e t ys m a l l b a t c hm o u l dd e s i g n i th a sac o n v e n i e n th u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nm e c h a n i s m , c a ng r e a t l y s i m p l i f i e da n da s c e n s i o no ft h ed i ed e s i g nl e v e l k e yw o r d s ：s o l i d w o r k s ，s e n c o dd e v e l o p m e n t ，c o m b i n a t i o nm o u l d ，a p i ，v is u a lc + + ， i n t e l l i g e n td e s i g n ，a u t o m a t i ca s s e m b l y 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 模具工业是国家工业发展水平和开发能力的标志，在现代工业生产中7 0 - - - 8 0 的产 品开发和研制都依赖于模具生产。随着计算机软件的发展和进步，模具c a d c a e c a m 技 术日臻成熟，其现代模具中的应用越来越广泛。根据国际生产技术协会和国家工业部 的统计，模具能够完成大多数的粗精加工。因此，模具生产水平的高低直接影响工业产 品的外观造型、使用寿命和性能等方面，同时也是衡量一个国家制造水平的重要标志之 一心1 。所以模具技术的研究是对于现代工业发展具有现实意义。 面对模具行业激烈的竞争，传统的模具设计制造技术的大批量、专用模具生产已不 能满足市场需求。对模具产品多样化，制造成本低、周期短、设计效率高等的提出新的 挑战，模具设计研发开始制扼着新产品的开发与生产。缩短模具的开发与生产周期、提 高模具设计的效率可以有效地缩短新产品的开发与生产周期。促进了组合模具的快速发 展，组合模具在模具模块化和标准化基础上，根据用户加工对象的工艺需求采用成套的 国标元件组合装配使用，制造过程完成后，再拆分成元件与组件重复使用3 。因此组合 模具设计缩短了设计周期、降低了生产成本并能达到较高的尺寸精度和几何精度，无疑 是一种很好的柔性化制造工艺装备。将组合模具设计与智能化技术相结合，可简化企业 对市场产品的频繁试制过程，优化企业经营决策。推广使用智能化组合模具，节约企业 相应的专用模具设计费、材料费、制造费等，对制造工业具有重要意义h 。 i 2 课题研究现状 近年来，随着模具技术迅速发展，组合模具等柔性的工艺设备作为衔接机械制造业 中c a d 与c a m 的重要接口，受到了国内、外研究人员的普遍重视。在2 0 世纪后半期， 欧美等国开始研究使用计算机对夹具进行独立设计。我国模具起步较晚，直到1 9 8 7 年 才把模具列入机电产品目录，经过多年的努力，在机床加工、汽车、飞机制造等工业中 得到了广泛应用。 模具技术是一门综合性强的精密基础工艺装备技术，涉及新技术、新工艺、新材 料、新设备的开发与推广应用，是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科 以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程晡1 。组合模具实现 自动设计结构因为组合模具结构本身的多样性和复杂性很难实现。至今在世界范围内仍 未形成成熟的技术，而工作者又迫切的需要这项技术。本课题若能顺利完成，将会成为 一个新的模具技术发展方向怕1 。 第一章绪论 1 3 国内研究存在的问题 组合模具的提出虽有一段时间，但只适用于国内的市场行情，所以只有国内少数模 具师具有这方面的设计经验，没有系统的资料和成套的技术。近年来，组合模具研究遇 到尴尬的问题。老的技术工人面临退休，但新的这方面的人才并不多，许多宝贵的经验 和设计思路无法流传；另一方面，组合模具方面的初学者面对各种元件，因为经验的缺 乏而不会进行组装。因此，如何把有限的资源整合和保存起来，是现在组合模具面临的 最大挑战。 1 4 本课题研究意义 组合模具相对于专用模具存在诸多的优点，但装配设计目前严重依赖经验丰富的人 员。组合模具的使用者若对模具元件的知识不熟悉，设计出得模具方案在结构的合理性 和加工精度等方面则很难满足需要。目前多数企业均采用“组合模具c a d 系统”。系统 的主要功能为提供元件库、对模具进行造型与管理模具图。现有的模具c a d 系统没有实 现依托设计工程师的行业经验，基于冲压件的信息的组合模具结构自动生成的智能化设 计。 模具设计软件若具有智能化，则能帮助模具企业培养优秀的工程师，另一方面也 可提高现有人员的设计水平。组合模具的使用人员也缩短了模具拼装和使用方法的学习 时间。企业可以通过这种系统更直观的介绍组合冲模的优点。组合模具的零部件不同于 专用模具可以重复使用。最大程度的减少模具的废弃和空问占用浪费。既节约资源又保 护环境，有助于机械业的可持续发展1 。 国内市场上尚无能实际应用的组合模具自动设计软件。本文研究内容是应用软件 系统的基础部分和理论框架部分。如果实现能够进行智能化的组合模具设计软件，则能 完善模具行业的发展方向。本课题的研究既具有学术知识方面的研究意义也具有较高的 市场价值。 1 5 课题的研究内容 组合模具设计系统是一个智能化应用软件系统。本系统结构复杂且体系庞大。结合 组合模具设计的研究情况，本文以智能化组合模具虚拟设计系统为研究对象。研究并归 纳智能化组合模具虚拟设计系统的理论基础和实现方法。为组合模具实现自动设计做好 理论和技术基础。 具体研究内容为： 1 系统界面 一个软件系统最重要的部分是他的界面，也就是人际交互界面啤1 。建立的系统界面 既要符合用户的使用习惯，也要把各个功能模块有机的结合在一起，做到美观实用。 组合模具智能化设计系统不同于以往的组合模具c a d 系统直接在c a d 软件中制作插 第一章绪论 。 件的形式，是一个独立的软件系统。系统采用s o li d w o r k s 二次开发异步模式。本界面 集合了文件管理、冲压件工艺分析、交互式设计、检索式设计、智能化设计、多孔冲裁 设计、干涉检查七个功能模块，各功能模块之间存在着各种关系，组合模具智能化设计 系统界面将其有机的结合在一起。 2 交互式设计 在组合模具设计工作一线工作多年的设计者，具有丰富的实践经验，对模具设计有 自己的设计理念和思路，并且大多经过了实践的检验，证实了其组合模具的合理性。因 此，系统提供了发挥其宝贵实践经验的平台，并通过系统管理功能，将模具的设计方案 存档保留起来，便于查询和检索。 在进行模具产品开发时，设计人员经常用到标准件。若使用标准件都需要建模的话 就会延缓设计人员的设计速度。为此系统收集了组合模具设计使用的各种元件，组建了 元件库。本元件库包括基础件、支承件、定位件、刃口件、卸压件、紧固件、其它件、 合件共八个大类口m 。每个大类下分为相应的各种元件，每个元件又分为具体的多种型 号尺寸。综合统计的元件名称共有1 1 5 个，如凸缘模柄、模柄套等。不同型号的元件共 计1 0 0 0 余个标准元件。用户可根据自己的需要选择各个元件的规格和尺寸，系统会自 动调用相应的标准件。用户就可以根据自己的思路进行装配。本模块只为用户提供基本 元件，并不提供设计思路，所以本模块适用于具有丰富设计经验的技术人员使用。 3 检索式设计 组合模具也具有一定的通用性，对相同或相似冲压件来说，也许不同的只是某一个 零部件的类型或尺寸，重复设计会浪费大量的时问并且不一定是最好的设计思路。 本功能模块保存了以往设计的设计产品和其所对应的冲压件。设计者在设计过程中 可检索以往设计的模具和对应的冲压件，选择功能相似或相近的组合模具，然后根据自 己的实际需要，替换和重新设计其中不适合的元件，以达到自己的设计要求。既可以省 去大量的工作时间也可以比较获得最好的设计产品。 设计经验不丰富的使用者也可以检索以往其他工作者的产品，熟悉对应冲压件的模 具设计思路。 4 智能化设计 本功能模块是组合冲模智能化设计系统的核心模块，旨在实现高度智能化。 模架、刃口部件、定位结构等在设计组装时都具有一定的规律性。本系统首先通过 对组合模具元件的造型工作，掌握了组合模具的元件特点，同时建立了模具元件库；然 后对组合模具在s o l i d w o r k s 环境中进行虚拟装配，总结了组合的模具规律。通过查阅 大量图纸，分析组合模具形式的选择和结构的设计方法。最后根据图纸总结组合模具的 选件规律。组合冲模智能化设计系统经过如上系统的基础工作后，在一线工作者丰富设 计经验的基础上用计算机语言做成推理机岫1 。根据用户输入的基本信息及关键尺寸，推 理判断各种必需元件的选择和装配关系，并在c a d 系统中自动拼装成完整的组合模具， 直接满足用户的需求口1 。 本功能模块主要适合标准化的模具设计和不具备丰富设计经验用户者使用。 j 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 组合模具智能化设计系统的功能为实现组合冲模的智能化设计，最终得到较为适用 的加工冲压件的模具。本章介绍了相关的组合冲模的设计知识、组合冲模智能化设计系 统需要的技术体系和实现功能需求的功能框架。内容包括组合模具设计知识、组合模具 智能化设计系统的开发技术、组合模具智能化设计系统的功能结构。 2 1 组合模具设计的基础知识 组合冲模是由成系列的标准化元件根据加工对象的工艺要求随时组装而成的一种 冲压模具d 1 。 2 1 1 组合冲模的使用范围及技术参数 组合冲模可以满足一般的冲压件需求，包括：冲裁、剪切、弯曲、翻边、复合模和 级进模具等乜1 。组合模具的主要技术参数如表2 - 1 所示。 表2 - 1 组合模具的主要技术参数 冲压吨位( t ) 3 5 1 6 0 材料厚度( m m ) o 5 8 闭合高度( m m ) 2 0 8 3 6 0 精度等级( i t ) 1 0 1 4 2 1 2 组合冲模的标准元件 组合冲模使用的标准元件八个大类下分为相应的各种元件，每个元件又分为具体的 多种型号尺寸。综合统计的元件名称共有1 1 5 个，如凸缘模柄、模柄套等。不同型号的 元件共计1 0 0 0 余个标准元件。具体的元件分类情况如表2 - 2 所示。 第一二章组合模具智能化设计系统的理论基础 表2 - 2 组合冲模的标准元件 序号图号 名称 序号图号名称 111 l旋入式模柄 94 2 7 定向圆形凹模 211 3 凸缘模柄 1 04 4 1直线切断凸模 31 1 6打击式模柄 1 l 4 4 6直线切断凹模 41 1 7模柄套1 24 5 1圆角切断凸模 51 2 1方形上基础板1 34 5 4半圆切断凸模 61 2 2长方形上基础板1 44 5 6圆角切断凹模 71 2 4简式方形上基础板 刃 1 54 5 7半圆切断凹模 基 81 2 5简式长方形上基础板口1 64 5 9半圆切断凹模拼块 础 91 2 7打击式方形上基础板件1 74 6 l压u 形弯凸模 件 1 01 2 8打击式长方形上基础板1 84 6 2压弯翻边凸模 1 11 2 9打击式圆形上基础板1 94 6 3压直角弯凸模 1 21 3 1方形下基础板2 04 6 4压6 0 度弯凸模 1 31 3 2长方形下基础版2 14 6 6压u 形弯凹模 1 41 3 7中圆孔下基础板2 24 6 7压直角弯凹模 1 51 5 4方形下垫板2 34 6 8压6 0 度弯凹模 1 61 5 5长方形下垫板卸15 1 l方形底板 支 12 1 1方形凸模固定板压25 1 2长方形底板 承件 2 2 1 2长方形凸模固定板件35 2 l方形卸料橡皮 32 1 4角形凸模固定板45 2 2长方形卸料橡皮 42 1 7 中孔凸模固定板 55 2 4中孔卸料橡皮 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 。5 2 1 8 圆盘凸模固定板 65 3 l方形卸料橡皮挚板 62 3 2长方形凹模固定板75 3 2长方形卸料橡皮挚板 72 3 7中孔凹模固定板85 3 4中孔卸料橡皮挚板 82 5 2长方形垫板95 4 2长方形卸料板座 92 5 4侧出料下垫板1 05 4 4中孔卸料板座 1 02 6 1方形支承1 15 4 6 方形卸料板 1 12 6 2长方形支承1 25 4 7 长方形卸料板 1 22 6 3 紧固支承 1 35 4 9 卸料圈 1 3 2 6 4 反侧方支承 1 45 5 4 中孔固定卸料板座 1 42 6 5反侧长方形支承1 55 6 3 漏料环 1 5 2 6 6反侧t 形支承1 65 7 2 长方形顶料板 1 62 6 8侧装长方形支承 1 7 5 7 6顶料杆 l3 1 2面装式中孔导柱座16 1 2槽用长方头螺栓 定23 1 3角装式导套座 紧 26 1 3圆柱头内六角螺栓 位33 1 8角装式导套座附加板固36 1 4卸料螺栓 件43 2 8通用导柱件46 1 5双头螺栓 53 3 2面装式中孔导柱座56 1 6 定位螺栓 63 3 6 侧装式中孔导柱座 66 1 8 起重螺栓 73 4 1纵向可调定位板 76 2 1 六角螺母 83 4 5u 形定位板86 2 2 带肩六角螺母 93 5 1 圆形定位销 96 2 4 圆螺母 1 0 3 5 2 圆形挡料销 1 06 2 6 长方螺母 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 1 l3 5 4 圆形导正销 l l6 2 7 t 形螺母 1 23 5 6环形定位销1 26 2 8可调定位螺钉 1 33 5 7锥形定位销1 36 3 1 切边平挚圈 1 43 6 1 平键 1 46 4 2 挡板 1 53 6 2长圆孔平键l7 3 l 压簧 1 63 6 3t 形键27 4 1 手柄 其 1 73 6 4 过渡键 37 4 2 拨杆 它 1 83 6 5偏心键47 5 1圆螺母扳手 件 14 1 1方形凸模57 5 2扳手手柄 o 24 1 3方孔凸模拼块67 7 1 对中轴 34 1 4 方孔凸模拼块中部 18 2 1 c 形冲裁模 刃 44 1 5方孔凸模拼块中部28 3 l固定定位销 口 54 1 6方形凹模38 3 2活动定位销 件 厶 口 64 1 8方形凹模拼块48 3 5角度定位尺 件 74 2 3带台圆形凸模58 5 1压弯弹顶合件 84 2 4双面圆形凸模 2 1 3 组合冲模的基本结构 以加工小链板片的组合模具为例来说明组合模具的基本结构。如图2 1 和图2 2 所 示。图2 - i 为小链板片。图2 - 2 为加工小链板片所使用的组合冲模。 8 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 图2 - 1 小链板片 2 2 组合模具设计的专家经验 图2 - 2 组合冲模 本课题研究内容为组合模具智能化设计系统，智能化的设计系统不仅仅具有专业的 理论知识，还应包含严谨的专家理论系统即专家经验。本系统所用到专家经验包括模具 结构的选择、元件的选择、模具结构的拼装步骤等。 2 2 1 模具结构的选择经验 1 模架结构形式 组合冲模中的模架形式有五种，分别是：对角式双导柱模架、对称式双导柱模架、 直角式双导柱模架、一侧式双导柱模架和四导柱模架。五种模架形式结构如图2 3 所示。 对角式双导柱模架的基本结构与特征 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 图2 3 对角式模架 对角式双导柱模架的特点是两个导柱分别装在模具两个对边的两角处。导柱以模具 中心线对称分布，所以模具在运行过程中运动平稳。由于导柱分布在模具的两边，送料 方式只能选择单向送料。导柱对称分布的特点可有效防止模具出现歪斜的情况。对角式 双导柱模架常用在外形尺寸大于1 0 0 m m 的冲压件加工中。 对称式双导柱模架的基本结构与特征 图2 4 对称式模架 对称式双导柱模架的特点是两个导柱分布在模具两边对称的位置。对称分布的导柱 安装方式可有效保证导向的准确性但只能实现单向送料。由于下模板采用的是中圆孔下 基础板，因此该种模具常用于单向送料的冲孔下出料模具和由单个毛坯冲制的叫精密的 冲压件【2 】。 直角式双导柱模架的基本结构与特征 图2 - 5 直角式模架 直角式双导柱模架的特点是导柱安装在模具相邻的两边。直角式分布的导柱为操作 空间留下了方便的送料方式。直角式模架可以实现横向和纵向两个方向送料但平稳性较 慕囊攀 学 镕蕊濑徽曦 一。糯，蠢横舞蕊 没三埭蛳一黛 蠢玉鬻 纛舡漉萋詈； 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 差，元件磨损厉害。 一侧式双导柱模架的基本结构和特征 图2 - 6 一侧式模架 一侧式双导柱模架的导柱安装在模具的一侧。模具三个方向不受限制，可以方便地 送料和冲压操作。一侧式导双导柱模架的整体结构不对称，运行过程中元件磨损严重， 受力不均匀。所以只有小尺寸的冲压工作可以使用这种结构形式的模具。 四导柱模架的基本结构与特征 图2 - 7 四导柱模架 四导柱模架的导柱安在模架的四角。四导柱模架是冲模模架结构形式中导向性和刚 性最好的。四导柱模架结构用于冲压大尺寸的冲压件。四导柱模架结构因结构的平稳性 可以实现滑动平稳和实现较高的冲压精度。四导柱模架的送料方式多为纵向送料。 2 刃口部件结构形式 组合冲模的刃口部件根据卸料形式的不同，分为两种：弹性卸料刃口部件和刚性卸 料刃口部件。 弹性卸料刃口部件基本结构与特征 夔。黪， #警矿嫩_； 】i#哆舟w械 霉 强暴。麓黼震镰 一簇一 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 一一j ，一j 。jj 三二毒j 善i j 。_ 一、。拿二。：= ：= j = 二二一，警篡 一、 、。一黾一一t 0 ， 一、? j 一 ， 、。、卜j 。一 “。 7 ： r 、 1 、7 ，l 。j 、“纛、一。_ i o ，。 、；r 。+ ，_ - i 。法、0 # # 7 一幺i “、 ：两。，7 、l l 图2 - 8 弹性卸料刃口部件 弹性卸料刃口部件如图2 8 所示。弹性卸料刃口部件包含两部分：刃口部件和卸料 结构。刃口部件由凸模、凸模固定板、凹模、凹模固定板组成。卸料结构包括中孔卸料 橡皮、中孔卸料板座、卸料圈等组成。组合冲模工作时，卸料主要靠卸料橡皮的弹性来 实现。 刚性卸料刃口部件基本结构与特征 图2 9 刚性卸料刃口部件 刚性卸料刃口部件如图2 - 9 所示。刚性卸料刃口部件包括凸模、凹模、凸模固定板、 凹模固定板和中孔固定卸料板等元件。组合冲模工作时，卸料主要靠固定卸料板对板料 的压靠定位来实现。 3 板料定位结构形式 冲模的定位装置零件是用来保证材料的进料正确及在冲模中保持j 下确位置的。定位 零件的种类很多，主要有导料板、导料销、侧刀、导正销和定位板等。组合冲模根据使 用的定位元件的不同，板料定位结构形式可以分为：圆形挡料销和键定位、键和角度定 位尺定位、圆形挡料销和可调定位板定位、纵向可调定位板和组合夹具定位结构等。 圆形挡料销和键定位结构 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 图2 1 0 圆形挡料销和键定位结构 圆形挡料销和键定位结构的两个支承分布在冲模整体的两端，所以只适用于加工 板料为条料且模架形式为对角式、对称式、- n 式和四导柱式模具结构。 键和角度定位尺定位结构 图2 11 键和角度定位尺定位结构 键和角度定位尺定位结构的两个支承分布在冲模整体的两端，一端靠键定位，另一 端靠角度定位尺定位，所以只适用于加工斜角板料为块料且模架形式为对角式、对称式、 直角式、一侧式和四导柱式模具结构。 圆形挡料销和可调定位板定位结构 图2 1 2 圆形挡料销和可调定位板定位结构 圆形挡料销和可调定位板定位结构的支承分布在冲模整体相邻的两边，两边都靠键 定位，所以只适用于加工板料为直角块料且模架形式为对角式、对称式、直角式、侧 式和四导柱式模具结构。 纵向可调定位板和组合夹具定位结构 第二二章组合模具智能化设计系统的理论基础 图2 1 3 纵向可调定位板和组合夹具定位结构 圆形挡料销和可调定位板定位结构的支承分布在冲模整体相邻的两边，两边都可调 定位板定位，所以只适用于加工板料为直角块料且模架形式为对角式、对称式、直角式、 一侧式和四导柱式模具结构。 2 2 2 模具元件的选择经验 在组合冲模设计过程中，模具元件的选择是设计工作中的重点。模具元件选择的正 确与否是决定设计出的模具是否能达到设计要求的关键因素之一。在模具设计过程中， 确定了模具的结构形式后，通常的设计步骤为根据冲压件的工艺信息选择合适的刃口部 件，然后根据刃口部件和模具结构形式选择模架元件，最后根据卸料结构形式选择卸料 结构元件。通过查阅模具设计手册和组合模具标准元件图册，本文总结了单圆孔组合冲 模的选件经验。 1 刃口部件的选择。 单圆孔组合冲模中刃口部件的选择主要根据圆孔直径和卸料形式来进行择。圆孔直 径决定工作部件。卸料形式决定是否选用卸料橡皮。表2 3 为单圆孔组合冲模常用的选 件表。 表2 3 单圆孔组合冲模刃口部件选件表 圆孔 卸料橡 凹模 凹模固 直径凸模凸模固定板卸料板座卸料圈 皮定板 ( 蛐) 1 2 z c1 2 z c1 2 z c 2 3 7 v 1 6 4 2 3 v 1 2 z c 2 1 7 v 1 6 x 1 21 2 z c 5 5 4 v 4 0 x 1 51 2 z c 5 4 9 v d 4 2 7 v 6 0 x 1 5 0 x l 8 0 x 1 6 o x 6 0 】【2 50 x 9 0 x 2 0 x 4 0 x 2 1 6 0 x 3 60 0 x 3 0 1 2 z c1 2 z c1 2 z c 2 3 7 v 2 04 2 3 v 1 2 z c 2 1 7 v 2 0 x 1 21 2 z c 5 5 4 v 4 0 x 1 51 2 z c 5 4 9 v d 4 2 7 v6 0 x 1 5 呶1 8 0 】【2 0 o x 6 0 ) 【2 5 ( i x 9 0 x 2 0 x 4 0 x 2 l 6 0 x 30 0 x 3 0 1 2 z c 1 2 z c12 z c 2 3 7 v 2 54 2 3 v 1 2 z c 2 1 7 v 2 5 x 1 212 z c 5 5 4 v 6 0 x l81 2 z c 5 4 9 v d 4 2 7 v6 0 x l5 0 x l 8 0 x 2 5 o x 6 0 ) 【2 50 x 1 5 0 】【2 0 x 6 0 x 1 5 6 0 x 3 6o o x 3 0 1 2 z c 1 2 z c 2 1 7 v 3 0 x 1 21 2 z c 5 5 4 、，6 0 x 1 81 2 z c 5 4 9 v d 1 2 z c1 2 z c 2 3 7 v 3 04 2 3 v4 2 7 v6 0 x 15 0 x l 8 仍【3 0 o x 6 0 x 2 5o x l 5 0 x 2 0 x 6 0 x 1 5 6 0 x 3 60 0 x 3 0 1 2 z c12 z c 5 2 4 v1 2 z c1 2 z c 2 3 7 v 4 2 3 v 1 2 z c 2 1 7 v 5 0 x 1 51 2 z c 5 5 4 v 1 0 0 x l1 2 z c 5 4 9 、，d 5 0 o x l 2 0 x 2 58 0 x 1 8 锨2 0 x 1 0 0 ) 【2 0 6 0 x 1 5 0 x l4 2 7 v9 0 x 1 8 0 x 1 8 0 x 5 02 0 x 4 08 0 x 3 65 0 x 3 0 1 2 z c 1 2 z c 2 1 7 v 7 0 x 1 8 12 z c 5 5 4 v l5 0 x 21 2 z c 5 4 9 、，d1 2 z c 5 2 4 v1 2 z c1 2 z c 2 3 7 v 彰 爹 第二章组合模具智能化设计系统的理论基础 7 04 2 3 vo x l 8 0 x 2 54 0 x 1 8 0 x 2 0 x 1 5 0 x 2 01 0 0 x 1 8 0 x4 2 7 vl3 0 x 2 4 0 x 8 0 x 7 01 8 0 x 4 01 3 0 x 32 4 0 x 3 0 6 1 2 z cl2 z c 5 2 4 v 1 2 z c 4 2 3 v 1 2 z c 2 1 7 v 9 0 x 1 81 2 z c 5 5 4 v 1 5 0 x 2l2 z c 5 4 9 v d 4 2 7 v l2 z c 2 3 7 v 9 0o x l 8 0 x 2 54 0 x 1 8 0 x 2 0 x 1 5 0 x 2 0 1 0 0 x 1 8 0 x 1 3 0 x 3 13 0 x 2 4 0 x 8 0 x 9 01 8 0 x 4 02 4 0 x 3 0 6 1 2 z c 1 2 z c 5 2 4 v 1 2 z c 12 z c 2 3 7 v 4 2 4 v1 2 z c 2 1 8 v 1 3 0 x 212 z c 5 5 4 v l5 0 x 212 z c 5 4 9 v d4 2 7 v l8 0 x 2 4 0 x 1 3 01 5 0 x 2 l o x 1 8 0 x 31 2 0 x 1 1 0 x 2 1 0 x 4 0 4 0 x 1 8 0 x 2 0x 1 5 0 x 2 0 2 1 0 x 4 02 4 0 x 3 0 2 0 x 5 06 1 2 z c l2 z c 5 2 4 v 1 2 z c 4 2 4 v 1 2 z c 2 1 8 v 1 8 0 ) 【2 l2 z c 5 5 4 v 2 0 0 x 3l2 z c 5 4 9 v d 2 0 0 x 2 4 0 x 4 2 7 v l2 z c 2 3 7 v 1 8 01 6 0 x l4 0 x 2 4 0 x 4 0o o x 3 0 0 x 2 0 x 2 0 0 x 2 0 2 4 0 x 4 0 2 4 0 x 3 2 4 0 x 3 0 0 x 3 0 0 x 3 0 5 0 x 5 06 2 模架元件的选择 模架结构确定后，元件的种类已基本确定。根据刃口部件的选件结果和出料形式可 以确定模架结构的元件尺寸。其中刃口部件的选件结果确定模架元件尺寸，出料形式确 定下模板的种类为方形下基础班还是中圆孔下基础班。表2 4 为常用模架结构选件表。 表2 - 4 常用模架结构选件表 圆孔 出 直径 料 下模板通用导柱导套上模板 形 ( r a m ) 式 上 出 1 2 z c l 3 1 v 12 z c 3 2 8 v 3 5 xl5 01 2 z c 3 1 3 v 3 5 x l1 0 x 9 呶9 0 2 4 0 x 2 4 0 x 6 0 料 下 3 0 1 2 z c l 3 7 v 3 0 x 2 4 0 x 2 4 0 x 6 0 1 2 z c l 2 1 v 5 0 出 2 4 0 x 2 4 0 料 x 5 0 或 5 0 1 2 z c l 3 7 v 1 2 z c 3 2 8 v 3 5 x 1 5 01 2 z c 313 v 3 5 x ll o x 9 0 x 6 0 5 0 x 2 4 0 x 2 4 0 x 6 0 落 料 上 出 1 2 z c l 3 l v 1 2 乃c 3 2 8 v 3 5 x 1 7 01 2 z c 3 1 3 v 3 5 x l1 0 ) 【9 0 x 9 0 3 6 0 x 3 6 0 x 6 0 料 下 9 0 1 2 z c l 3 7 v 9 0 x 3 6 0 x 3 6 0 x 6 0 1 2 z c l 2 1 v 出 1 2 z c l 3 7 v 3 6 0 x 3 6 0 1 8 0 o p e n ( s t r 0 a l l o c s y s s t r i n g o ，m _ p c o n n e c t i o n g e t i n t e r f a c e p t r 0 ，a d o p e n s t a t i c ，a d l o c k r e a d o n l y , a d c m d t e x t ) ； 第三章组合模具自动装配技术的研究 第三章组合模具自动装配技术的研究。 在模具结构和模具元件选择确定后，余下设计工作就是模具装配工作了。模具装配 工作就是将模具零部件按照一定的技术规范和空问位置关系拼装成完整的模具或模具 部分结构的过程。 组合模具设计工作中的关键之一为组合模具的装配工作。各种结构形式组合模具都 有典型的结构，装配过程也有一定的规律性。零部件之间的装配步骤和它们之间的约束 关系是装配技术研究的主要内容。 3 1 组合模具元件装配模型 本文通过大量的组合模具实例装配的研究，发现组合模具零部件在装配时，相互之 间的装配关系都是基于一种对象模型。本文研究的这种对象模型定义为组合模具元件装 配模型。 3 1 1 组合模具元件装配模型的描述 组合模具元件装配模型包括两部分：组合模具装配对象和组合模具元件之间的装配 关系。组合模具装配对象是指组合模具所用到的组合模具元件、部件和子装配体。组合 模具元件之间的装配关系是指元件之间装配时所用到的约束关系。所以组合模具装配工 作的重点是组合模具装配对象和元件之间的装配关系的确定。 在模具装配中，各对象之间的装配关系结构为：装配对象、对象装配的几何特征和 这些几何特征之间的约束关系。组合模具的模具元件装配关系模型如图3 一l 所示。 图3 1 装配关系模型图 装配对象是指模具装配过程中用到的零件、部件或其它模具体等。装配对象的特征 是指装配过程中各零部件的装配元素，包括：平面、点、轴、直线、曲线等。组合模具 装配过程中用到的装配特征主要有平面、柱面、边线、轴线等。总结如图3 2 所示。 第三章组合模具自动装配技术的研究 图3 - 2 组合模具装配特征图 装配关系是指装配过程中各装配特征之间的约束关系，包括重合、平行、同心、垂 直、相切、距离、角度、对称等。组合模具装配过程中用到的装配关系主要有面重合、 面平行、面与面之间的距离、轴与孔同轴心、孔与孔同轴心、轴与轴同轴心等。总结如 图3 - 3 所示。 图3 - 3 组合冲模装配关系图 组合模具装配过程中各装配特征不是胡乱的堆积，而是各特征之间按照规则有序的 排列。以组合模具装配过程中用到的面特征为例，关系模型如图3 4 所示。装配特征之 间的关系为装配关系即几何约束。 图3 - 4 装配关系模型图 图3 4 中a f 为装配体面特征( a s s e m b l yf a c e ) ；a f l 、a f 2 、a f 3 为装配体特征面1 、 第三章组合模具自动装配技术的研究 2 、3 ；p 1 2 、p 2 3 、p 1 3 为他们之间的装配关系。 3 1 2 组合模具元件的装配特征 组合冲模智能化设计系统的图形环境是基于s o l i d w o r k s 装配体环境开发的。组合冲 模的基础元件都为在s o l i d w o r k s 零件环境下造型生成。因此组合模具元件的装配特征即 为s o l i d w o r k s 环境中的参考几何体。 组合模具装配过程中使用到的装配特征有：平面、柱面、基准面、边线、轴线、参 考点等。它们在s o l i d w o r k s 都对应着具体的集合特征。正确地在组合模具元件上标注这 些几何特征，是组合冲模能否顺利实现自动装配的关键。下面介绍组合冲模智能化设计 系统中模具元件装配特征的标注方法。 ( 1 ) 面特征 组合冲模元件在装配时用到大量的面特征进行装配。同种类的零件在装配过程中使 用的面也相同，但由于零件的造型步骤原因，这些面在s o l i d w o r k s 环境中所对应的几何 特征面的名称并不尽相同。组合冲模智能化设计系统为了方便地管理元件装配过程中用 到的面特征，统一在元件零件模型中添加了参考几何体基准面来代表组合模具装配 过程中使用的面特征。 o 通过直蝴点( u 占，点和平行面( 巳) 已l 焉j 溺鳓 王反冉( 弘垂直于曲糍山 、二、r 曲面忉平面( 0 图3 - 5 添加基准面 图3 5 为s o l i d w o r k s 环境中添加基准面的界面。组合模具在装配过程中用到的面特 征仅有平面、柱面、基准面，平面和基准面都为平面，所以我们在添加进准面时，首先 选中需要进行装配的面特征，然后添加参考几何体基准面，根据实际情况设定参考 基准面和实体特征面间的距离。若装配特征为实体特征，则设置距离为零，即为参考面 与特征面重合。柱面为曲面，因为柱面在装配时装配关系大多为同轴心，所以我们用柱 面的中心轴轴线来表示这个柱面。 ( 2 ) 轴线特征 组合模具元件在装配时，需要对大量的孔和柱面进行同轴心装配。s o l i d w o r k s 装配 体环境中对孔和柱面进行同轴心配合时，使用的约束关系为轴线重合。组合冲模智能化 设计系统对模具元件中的孔特征和柱面特征采用轴线表示。 第三章组合模具自动装配技术的研究 嘞日磊 篷。羔。鎏薹釜鋈遴薹 够彩乡一够 。一 选择( 9 国蔼骥鹾臻霹鍪j 雾黟 参曩冀纂童爱 、一直线边钱f 轴( 必 移两平面( i ) 、两点f 顶点( 蜘 殇陬1 7 酏面( 9 占点和面廛准面 图3 _ 6 添加基准轴 图3 - 6 为s o l i d w o r k s 环境中添加基准轴的界面。添加轴线特征时，我们首先选择柱 面或孔面，然后添加参考几何体基准轴。即可得到所需的轴线特征。 3 1 3 组合模具元件间的装配关系 组合冲模智能化设计系统的图形环境是基于s o l i d w o r k