毕业论文- 基于多色集合的冲压加工工艺过程建模及系统设计

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月日PAGEI PAGE1毕业设计任务书设计题目：基于多色集合的冲压加工工艺过程建模及系统设计系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：学生：指导教师（含职称）：专业负责人：设计的主要任务及目标针对冲压加工工艺过程设计，在充分查阅资料的基础上，分析现有设计的现状，提出利用多色集合理论建立冲压加工工艺过程的模型，进行设计推理，并开发设计系统软件。设计理论结合实践，具有现实意义，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。2．设计的基本要求和内容通过阅读文献和图纸、充分查阅已有的工装设计资料，掌握冲压加工工艺的原理；熟悉多色集合理论，明确所设计题目和内容，并撰写开题报告一份。根据多色集合理论建立冲压加工工艺过程设计模型，在此基础上，对冲压工艺进行设计推理。完成中期答辩报告一份。利用编程语言（推荐使用VB）对上述过程中建立的模型进行软件实现，编制基于多色集合的冲压加工工艺过程设计原型系统。对编制的原型系统进行案例验证，以验证该模型和方法的可行性，撰写毕业论文一篇。3．主要参考文献1）VisualBasic6.0中文版编程方法详解[M]，李鸿吉著，科学出版社，2001.2）《冲压工艺及冲模设计》，严寿康，国防工业出版社，2013.3）《多色集合及其在仿真复杂对象和系统时的应用》,李宗斌,信息与控制,2001,30（3）:204-208.4．进度安排设计各阶段名称起止日期1开题阶段（开题报告一篇）2014.12.01——2015.01.162工艺设计模型建立阶段（中期答辩报告）份）2015.01.17——2015.03.153程序设计阶段2015.03.16——2015.04.304毕业论文撰写及答辩准备阶段2015.05.01——毕业答辩审核人：年月日PAGE40基于多色集合的冲压加工工艺过程建模及系统设计摘要：利用多色集合，在充分研究了冲压工艺的基础上,建立数学模型。在这个模型中分为两个部分：围道矩阵与多色图,数学模型中的多色图描述了冲压工序之间的相互作用，而数学模型中的围道矩阵，是利用析取算法，从而搜索出相对应的工艺算子，用以进行接下来的路径运算。根据所建立的模型，可以分析出所要求加工零件的加工工艺流程。最后依据所建立的该模型并利用编程软件VB开发出一款对冲压工艺流程进行规划的系统,并且用一个实际零件验证所建立的模型和算法。

关键词：多色集合，冲压工艺，加工路线图。Modeling

and

system

design

of

stamping

process

process

basedon

multi

-

color

sets

Abstract：Usingofthetheoryofmulticolorcollectionandstamping,amathematicalmodelisestablished.Thismodelisdividedintotwoparts:contourmatrixandmulticolorfigure.multicolorfiguresdepicttheinteractionofthestampingprocessinthemathematicalmodel.Thecontourmatrixmakeuseofextractionalgorithmandsearchfortheprocessoperatorinthemathematicalmodel,weusethemtodothenextwork.Accordingtotheestablishedmodel,wecananalyzetheprocess.Theprocessisaboutprocessingparts.Finally,accordingtothemodelthatisestablishedbyVBprogrammingsoftware,astampingprocessplanningsystemwasdeveloped.Atlast,usearealparttoprovethemodelandalgorithmsthatareestablished.Keywords:Multicolorset,Stampingprocess,Theroadmapprocess目录第一章绪论 11.1冲压工艺系统的研究现状 11.2本论文的研究目的及意义 21.3本设计的主要设计任务与章节安排 3第二章冲压工艺简介 42.1冲压工艺概述 42.1.1冲压工艺的特点 42.1.2冲压工序分类 42.2冲裁 42.2.1冲裁加工过程 52.2.2切断 52.2.3落料 62.2.4冲孔 62.3弯曲 62.3.1弯曲变形过程 62.4拉深 72.4.1拉深变形过程 82.5成形 92.5.1胀形 92.5.2翻边 92.5.3缩口 92.5.4扩口 102.6辅助加工 102.6.1修边 102.6.2去毛刺 102.6.3打标记 102.6.4热表处理 102.7冲压用材料 112.7.1检查材料牌号 112.7.2检查表面 112.8工艺性分析 12第三章多色集合与多色图理论 163.1多色集合理论的起源与发展 163.2多色集合理论 163.2.1多色集合的概念 163.2.2个人着色和统一着色 173.2.3个人颜色和统一颜色的关系 173.2.4多色集合的数学表达式 183.2.5多色集合中的逻辑运算 183.2.6析取多色集合与合取多色集合 193.3多色图理论 193.3.1多色图理论的来源 193.3.2多色图的概念 193.3.3多色图的运算 20第四章基于多色集合的冲压工艺建模 234.1冲压工艺的信息模型 234.1.1零件加工要求的信息模型 234.1.2冲压工序的信息模型 234.2对冲压工艺进行多色集合建模 244.2.1围道组成矩阵 244.2.2工艺算子相互作用图 27第五章系统设计 305.1工艺系统的实现步骤 305.1.1提出加工要求 315.1.2求取工艺路径 315.1.3得到工艺路线图 315.2系统算法流程图 31第六章系统实现 326.1分析给定零件提出相应加工要求 336.2用软件系统验证结果 35附：程序说明 38第七章结论与展望 39致谢 40参考文献 41太原工业学院毕业设计第一章绪论1.1冲压工艺系统的研究现状计算机辅助工艺编制（CAPP）是在计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的基础上，利用计算机进行中间计算，最终生成所要求加工零件的工艺加工过程的系统。这种系统的效率高于传统手工工艺设计，质量稳定，一致性高，易优化,对于目前传统的设计和制造业来说，是一次十分重大的变革。从上世纪60年代末开始,国内外学者和研究机构在对CAPP系统的研究和开发方面取得了很多成果。目前，我国CAPP发展现状主要有以下特点:由派生式向生成式发展；从传统CAPP逐步向通用化CAPP发展；从单一的CAPP向CAPP/NC与CAD/CAPP/CAM融合一体化方向发展；从开发专用性的CAPP系统发展到系统性的CAPP系统开发，使CAPP系统具有广泛适用性，提高了国内的研究水平。其实对冲压工艺的工艺流程设计需要用到大量的工人实践经验及相应的经验性的设计规则，在很大程度上其实仍然属于经验设计，如果能对其加以有效利用，能在很大程度上提高国内自动化加工水平。冲压工艺CAPP系统设计的的核心思想：按照零件具体特性分类，对其加工工艺总结，生成标准工艺库。而要生成标准的工艺，是由有经验的工艺加工师对本厂所产零件进行工序选择并排序，建立对应的加工工艺标准化库。同时要对零件族进行特征编码以便在库中利用关键字检索。标准工艺规范包括零件加工对应的工序、工装、设备和进行的加工顺序。如果要对一个给定零件进行工艺设计，需要按照其特征编码，来确定零件族，然后利用数据库首先进行检索，接下来筛选，然后修改，最终得到需要的加工工艺卡片。目前国内对CAPP系统的利用主要表现在两个方面：①对冲压零件进行描述。②冲压件工艺流程规划的生成这两个方面。采用的技术主要有特征建模，成组技术，基于实例的推理等。1.2本论文的研究目的及意义一般来说冲压工艺过程的生产经验是由设计人员在生产实践活动中获得的，其中的一部分能够通过图表、公式表现出来，但是很大一部分是没有办法用数学模型表示出来的，因为它们保存在工厂设计人员的脑袋中，具有不可传递性。所以，在生成工艺规划的问题上，往往要求工艺人员有着专业的技术水平。而CAPP技术就是为了解决这个问题，本文在具体解决这一问题时，与国内所用的常见的CAPP技术不同，本文首先利用进行数学建模，具体建模过程：通过对现有的冲压工序与常用零件的加工要求进行分析，把工序作为设计元素，而把最终加工要求作为统一颜色，建立多色集合模型。之后根据具体零件提出其他额外的加工要求，利用之前建立的多色集合数学模型，利用具有围道成分的析取矩阵的网络模型而加工的典型算法，从而得出冲压零件制造算子的组成及算子顺序，最终得到该零件的工艺路线图。总的来说，用多色集合进行数学模型建模，不仅可以将大量的生产知识，生产经验转换为电子计算机可以识别、储存并且运算的内容，即把经验储存在数据库中，然后利用软件得出加工路线，该软件的应用可以大大降低工厂对工艺人员的高要求，使得工艺人员不需要有特别强的生产经验知识，只需要对产品零件提出对应的加工要求就可以，深刻的体现了计算机辅助工艺编制的优点；而且，用该数学模型对零件进行系统仿真，所产生的性质和仿真对象的内容无关，使仿真系统具有广泛的适应性，使其可以仿真出不同的对象（产品、工艺过程、设计过程、生产系统等），故而设计出具有广泛通用性的软件系统，另一方面，由于多色集合模型的数据表示要么是0要么是1，所以用电子计算机来实现信息的存储及程序的编制过程将会变得更方便。在如今，通过大规模开发具有完善的，广泛适用性的系统工艺应用软件，不仅能够将大量的生产经验数据化、系统化，同时还可以简化加工工艺的设计过程，因此这一研究设计有着十分广阔的发展前景。同时，我们也应该意识到，冲压工艺设计无疑是一个经验性很强的设计工作，其中很大一部分生产经验还是比较不容易用数学模型来表达的，我们的任务还很艰巨，而且这一方法有待后来者进一步完善。1.3本设计的主要设计任务与章节安排本设计的设计任务分为两个阶段，具体如下：利用多色集合理论建立数学模型；利用所建的模型推导出冲压工艺路线图。具体的章节安排如下：第1章：绪论。阐述了设计背景，简单介绍了冲压工艺CAPP系统的发展现状，并且在此基础上简述了本设计的研究目的及意义，最后展示了具体的工作安排。第2章：冲压工艺简介。具体介绍了冲压工艺的特点和常用分类，例举并给出几种主要的冲压工序的具体加工过程第3章：多色集合理论及多色图理论。本章节介绍了本设计建模所用的理论基础——多色集合理论与多色图理论。给出了该理论的概念，具体组成，数学模型以及算子路径的计算方法。第4章：基于多色集合的冲压工艺建模。本章结合第2章和第3章的理论，通过对一些常用的加工要求及主要的冲压工序进行分析,把冲压工艺的加工工序当作多色集合的设计元素，把具体的零件加工要求当作统一颜色，建立数学模型（建模阶段）。第5章：系统设计。具体介绍了由确定加工要求到求解冲压工艺路线图的整个过程，简述系统功能模型和主要模块，继而给出了搜索路径的算法，以及整体的算法流程图。第6章：系统实现。利用以上设计过程开发出对应的软件系统，并用一个具有代表性的零件进行检验。第二章冲压工艺简介2.1冲压工艺概述冲压工艺是建立在金属塑性变形的基础上的一种金属加工工艺。它的成型过程，是利用冲压模具和冲压设备对原料施加一定的压力，继而使原料产生塑性形变或断裂，最终得到一定形状、一定性能和一定尺寸的零件的过程。2.1.1冲压工艺的特点冲压生产是采用冲压模具与冲压设备来完成相应零件加工的过程，具有方便实现机械化、生产率高，方便实现自动化、并且操作简便的特点。如果采用更加精密复杂的模具，就能够生产出形状更加复杂的零件而其他方式生产不出来，并且零件尺寸精度十分稳定，零件重量轻，原料利用率高并且能够实现大批量生产。冲压生产工艺广泛应用在兵工、航空、以及精密仪器等许多高端或低端产业链。目前，在许多先进的工业国例如美国和日本，他们十分重视冲压产业和模具产业的发展，如今其模具产业的产值已超过机床，生产先进的机电产品越来越依靠于如今的冲压产业。2.1.2冲压工序分类冲压工艺分为两类：①分离；也被称为冲裁，是加压过程中让零件沿着一定的轮廓线和板料分离，要求其断面满足相应的质量要求，以便实现落料、冲孔以及最后修边等。②成形工序；是在要求不产生断裂的基础上产生的形变，最终获得一定形状的零件，要求要有一定尺寸精度实现弯曲、拉深、胀形、翻边等。2.2冲裁冲裁即利用冲压模具使原料产生断裂分离。具体工序由落料、切断、钻口、切口、剖切、修边等组成，需要注意的是冲裁常只用来表示落料和冲孔。此外冲裁不仅可以制作零件，又可作为毛坯，为以后的弯曲工序、拉深工序、成形工序作准备。2.2.1冲裁加工过程冲裁是以工件受力发生弹性形变开始，最终以分离终止。具体冲裁过程：（详见图2.1）。弹性形变阶段位于原料之上的凸模施压，使得板料产生弹性压缩与弯曲，内应力<屈服极限，并不能产生分离，最终在板料表面，凸模及凹模三部分的接触面产生了圆角。塑性形变阶段原料之上的凸模施压增大，内应力=屈服极限的话，产生塑剪形变，产生裂纹。断裂阶段随着继续增大压力，即力>屈服极限时，几种裂纹逐步汇集，一直到到主裂纹增长到和凸模侧面裂纹相交，材料产生分离，即断裂。图2.1冲裁加工的变形过程弹性变形阶段b）塑性变形阶段c）断裂分离阶段1—凸模2—板料3—凹模2.2.2切断切断就是沿着板料上不封闭的曲线，用冲模或者剪切工具将其切断。切断多适用于形状简单的平板零件（见附表2－1）。2.2.3落料落料就是用压力机把材料从板类母材上分离出来。落料适用于用于制造板类零件（见附表2－1）。2.2.4冲孔冲孔就是在材料上获得所需要的孔（见附表2－1）。2.3弯曲把板料管材、毛坯、棒料和型材用对应的弯曲模弯出零件所需的曲率、相应角度和形状。常分为压弯，滚弯，折弯，拉弯四种。弯曲件的加工形式如图2.2所示。图2.2弯曲件的加工形式（a）压弯；（b）滚弯；（c）折弯；（d）拉弯。2.3.1弯曲变形过程我们例举V形零件的弯曲变形的过程，分为以下阶段：①弹性弯曲②弹—塑性弯曲③塑性弯曲如图2.3显示图2.3V形件的弯曲变形过程（a）弹性弯曲（b）弹—塑性弯曲（c）塑性弯曲弹性弯曲阶段弯曲圆角半径r很大，而弯曲力矩t很小，所以板料内只有弹性形变，在这种情况下，卸料后板料会还原到开始状态。弹—塑性弯曲阶段凸模继续向下，逐渐减小，当应力逐渐达到屈服点，此时板料产生塑性形变且向中心扩大，此时板料处于弹—塑性弯曲状态，如果卸料，板料不能恢复原状，但会回弹。塑性弯曲阶段凸模下行，圆角半径与力矩的比值继续减小，应力远大于屈服点，塑性变形会延续到板料很多地方，直到三个表面接触。若此时继续增加应力，弯曲阶段会进入校正弯曲。2.4拉深拉深（也称作拉伸）是利用拉深模具将毛坯冲压成一定形状，一定尺寸的开口空心的薄壁零件。该工艺制作出带凸缘的，阶梯形、球形、锥形、圆筒形、盒形等许多不规则形状的薄壁零件，还可与多种成形工艺组合最终制成形状极其复杂的零件。2.4.1拉深变形过程图2.4圆筒件拉深变形过程a）原始状态b）弯曲、胀形c）拉深d）拉深结束图2.4显示了圆筒形件的拉深变形过程一般情况下的拉深都是由弯曲、再到胀形最后到拉深的过程。凸模施压，原料开始发生弯曲，在接触处首先发生变形。继而凸模继续下降，板料的法兰件在应力作用下沿直壁拉伸，逐渐形成零件的筒部。2.5成形在进行冲压加工的过程中，除去之前介绍的工序外，还要进行局部处理，最终使毛坯的形状和尺寸发生改变的工序，比如翻边、扩口、胀形、缩口等工序，我们统称为成形工序。2.5.1胀形胀形即通过模具，向板料施加压力，减薄板料厚度并且使板料的表面积增大，得到所要求的零件。2.5.2翻边利用模具，在毛坯的平面或曲面部分的边缘上沿一定曲线形成竖直直边的成型方法我们称为翻边，按其变形性质可以把翻边分为伸长型翻边和压缩型翻边。极限翻边系数的影响因素有：（1）材料的塑性（2）材料的延伸率δ（3）应变硬化指数和各向异性系数，该数值越大，系数越小，越容易翻边。2.5.3缩口通过缩口模具使筒形件或管形件敞口处直径缩小底冲压成形方法叫做缩口。冲压缩口是筒形件或管形件缩口的一种主要工艺方法（见附表2－2）。2.5.4扩口扩口与缩口工序相反，是将空心件或管状件开口处向外扩大。（见附表2－2）。2.6辅助加工制作的零件在初步成形后，参照具体标准，对零件进行余量切割、去毛刺、边缘修整、热表处理和标记，使得最终制成的零件完全符合所要求的制作标准。2.6.1修边修整零件边缘和切割零件上的多余毛料。2.6.2去毛刺毛刺的产生：由于制作零件是要对其原料进行铣切、剪裁、冲裁等许多工艺处理，致使其边缘部分会产生毛刺。在生产中我们常用：滚筒去毛刺、砂带去毛刺和振动去毛刺等方法；或者用刮刀、锉刀；也可以用具有硬质合金的刮刀和纱布等常规打磨工具来清除毛刺。2.6.3打标记打标记是对标记部位进行手工标记以表明该零件的编号及其他信息，这种处理极大的方便了最后的装配。在批量生产时可用气动式或机械式打印装置进行标记。2.6.4热表处理1.热处理通过对处于固体状态的金属作温度处理来稳定金属性能并改善材料性能分为以下几种类别：正火将金属材料加热到临界点并保持一段时间，然后气冷。退火将金属材料加热到ac3点温度以上二十到四十摄氏度，随炉冷却。淬火提高材料机械强度，便于进行压力加工。回火对经过淬火的材料加热到ac1所对应温度下一定温度并且保持一段时间，冷却。2.表面处理对零件表面进行电镀，喷漆，化学氧化等处理，能减少腐蚀的产生，延长零件的使用寿命。2.7冲压用材料使用不同材质的冲压材料，会直接影响冲压零件的加工质量、冲压工艺过程的设计、产品的使用寿命和成本。板材、型材、管材是三种常用的板金零件材料。2.7.1检查材料牌号针对设计和制造板金产品时选材和制定工艺规程的需要，将有关板金材料进行了编号。不同产品由于不同的使用性能，对材料的机械性能、物理性能等都提出了各种要求。因此在开始加工之前要对备用材料的牌号进行检查，看其是否符合所需的性能要求[1]。2.7.2检查表面材料的表面应具有以下特点：材料表面光洁表面光洁度影响零件外观，而且还会是零件产生缺陷。材料表面平整表面不平，不仅会影响定位精度，还可能破坏冲头。材料表面无锈表面有锈，不仅损伤冲压模具，而且还影响材料的冲压性能。2.8工艺性分析冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性。在一般情况下，对冲压件工艺影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料省、工序少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求[2]。附表：表2—1分离工序表2—2成形工序第三章多色集合与多色图理论3.1多色集合理论的起源与发展1978年，俄罗斯某教授在传统集合仿真的基础上，扩大其集合表达范围，使传统的集合能够表现出更多的元素性质，最终在2000年左右形生了系统化的多色集合的体系。随后，多色集合传入国内，在相关机构的资助下，一些研究成果也被迅速利用到实际的生产生活中，对传统制造业，后期加工，有深刻的影响。多色集合不仅能够表现出元素的不同性质，还能够表现出集合整体的性质，也就是“着色”，避免了传统集合仿真的不足指出。此外还描述出了集合的整体性质和构成该集合的各元素的性质之间的关系。利用多色集合这种方法进行仿真，做出的模型具有高度的概括性，简化了仿真流程，提高了模型的适用性，并且由于其数据表现特点（只有0或者1），能够更加容易实现计算机识别，使其在产品设计，生产调试中会有更广泛的应用。3.2多色集合理论3.2.1多色集合的概念传统集合：(3.1)但是在传统集合中的元素并不能表现出元素的各自性质，而在多色集合中，元素的性质能够被不同的颜色表现出来，而且集合整体也能用不同的着色来表现自身性质，来表现整体和元素部分的关系。每一个元素，颜色集合对应集合(3.2)颜色集合F包含和，其中是整体的颜色，是各个元素的颜色，在多色集合中被称为着色。用多色集合进行仿真时，的颜色和的颜色表示对象或者元素的性质。并且在实际的仿真中，用“围道“这一概念来概括元素的特质即元素的颜色。3.2.2个人着色和统一着色用布尔矩阵表示（即每个元素的颜色集合称为元素的个人着色）：（3.3），当,且（3.4）其中表示逻辑变量，故可以把公式（3.4）写成（这样更方便进行计算机仿真）个人着色可以由(3.3)中第行的元素的成分确定。被称为统一颜色,而所有的统一颜色叫统一着色。3.2.3个人颜色和统一颜色的关系整体统一颜色存在的基础是各个元素的个人颜色，但有时候的存在可能取决于以外的其他颜色。所以(3.2)和(3.4)是相关的,我们可以用布尔矩阵表示个人颜色和统一颜色的关系:（3.5）其中时,个人颜色能够对统一颜色的存在产生影响。此时，统一颜色和个人颜色还可以表示为:(3.6)其中当时，通过分析（3-6）所对应的元素组成得出个人颜色与统一颜色中相同的元素的组成。（3.6）和之前的(3.3)不同，它的只包含统一的颜色。假若元素和同时存在，就被称为该统一颜色的体。用布尔矩阵表示：(3.7)表示统一颜色所有体的组合。3.2.4多色集合的数学表达式多色集合可以用以下6个成分表示：(3.8)但在实际操作中，上述表达式中的6个组成部分不需要全部表达出来。此外，我们结合数学工具，对个人颜色和统一颜色的相互联系，以及其存在的条件等做出描述。3.2.5多色集合中的逻辑运算是的有序集合，其中F是布尔矢量空间，是逻辑变量。整个空间的颜色在对具体场合的仿真中不做考虑，覆盖颜色的有限区间。(3.9)着色用布尔矢量表示：以下例举布尔矢量的计算：3.2.6析取多色集合与合取多色集合若的体，叫作析取的多色集合（）。当的体不止一个元素时，，叫作合取多色集合（）。3.3多色图理论3.3.1多色图理论的来源是普通的图论公式，由此可以看出普通图仿真并不能同时把两种元素的性质和数据描述出来。相比之下，单色图扩大了前者的功能。而在多色图中，既可以表现出节点集合的颜色，也可以表现出边的颜色。每个集合中的元素都有自己的颜色，能够表现出更多的信息。3.3.2多色图的概念多色图的组成如下：（3.10）整体的统一颜色节点多色集合：元素的个人颜色：节点集合元素与个人颜色的关系：节点颜色确定节点着色的围道的布尔矩阵多色集合的体边的多色集合：为边的着色，确定边着色的围道的布尔矩阵。PG可能的成分组成：①假如多色图边无色，则②两个元素都无色，则不存在，也就是按普通图处理。有两种情况：或者，所以可能的成分组成如下：（3.11），是的围道组成的元素。如果一个节点只能有一个颜色，那么在矩阵中的其他元素都是，可以把该种情况的多色图看作单色图。多色图存在的基础是上述矩阵中的节点可以涂上不同的颜色。3.3.3多色图的运算首先，多色图的运算必须建立一套条件及约束来反映元素和围道的关系。从多色图中分出的链、路径、子图也就是得出相应的设计对象。比较简单的基本路径表示为：对其进行着色1.析取形式下其路径的运算围道之间联系的析取或合取形式多发生在利用CAD进行设计。这两种类型对应着“或”运算和“与”运算，方便计算机识别处理。析取形式：（3.12）在析取形式下，之前的（3.11）变成析取矩阵。元素的围道确定集合A的围道。可以表示为：该表达式的成立条件是从上述表达式中可以看出当前的每一个节点作为新的围道添加在中，但是同时，这些围道却不在以前的节点中，这些围道是不断变化的。此时，在研究中引入布尔向量空间布尔向量可以用围道描述，此时析取形式的情况也就是（3.12）可描述为逻辑关系：（3.13）2.合取形式下路径的运算在联系的情况下其合取形式：（3.14）在该情况下，之前的（3.11）叫作合取矩阵。在此情况下引入布尔向量空间的组成即布尔向量（3.14）的逻辑关系式表示为：（3.15）第四章基于多色集合的冲压工艺建模在前面的第二章和第三章中，我们详细介绍了冲压工艺基础知识及分类简介和多色集合理论知识。在此设计中，对冲压工艺路径建立数学模型是求取加工路线图的必要环节。这一章在前文的基础上，基于多色集合，建立工艺路径和路线图的多色集合模型。4.1冲压工艺的信息模型4.1.1零件加工要求的信息模型图4.1加工要求的信息模型根据4.1的树状图可以看出，我们对零件进行了如上分类，并且把其具体加工要求进行了简要总结归纳。建立了加工要求的模型图。4.1.2冲压工序的信息模型根据冲压工艺要求模型（4.1），建立以下工序的信息模型：图4.2冲压工序的信息模型在建立数学模型的过程中，零件进行的加工工序被称为工艺算子。本文以下出现的算子我们指的都是实际过程中的的加工工序。4.2对冲压工艺进行多色集合建模在建立数学模型的时候，我们在之前充分理解了冲压工艺系统的各种特征和多色集合的建模特点，我们将实际零件加工中的每个工序当成各个元素，而把零件的加工要求作为统一颜色。并且将两个设计元素相结合，建立冲压工艺流程的数学模型。如下：=其中是围道组成矩阵算子相互作用图4.2.1围道组成矩阵a)冲压加工过程中的每道工序作为多色集合中的各个组成元素，最终组成了集合用数学表达式描述集合：代表实际零件生产过程中的具体的加工工序b)在零件的实际加工中，其加工要求作为元素组成颜色集合用数学表达式描述该颜色集合：在这个表达式中：代表零件的加工要求。对多色集合中的元素也就是具体加工工序进行着色，得到，也就是对每一个元素着色，得到对应的例如，＝在此引进布尔矢量：c)筛选出对应的元素所建立的布尔矩阵表示为：那么＝1的时候（我们找到围道矩阵图中第十三行第十八列的单元格中做出相应的标记，为“●”）这种标记表明对应的颜色集合和的颜色之间的相互作用，即工序元素与加工要求之间的对位联系，这个表达式明确的表明了生产要求和不同工序之间的相互影响。之前我们依据零件加工要求建立了对应的信息模型，该模型把加工流程分为半成品，中间零件，成品，毛坯这四个阶段。也就把围道矩阵分为上述几个部分，同时利用析取算法，因为析取算法确定的是具体加工要求所对应的工艺处理方式，所以我们能够通过析取，来确定所要求零件加工所需要的所有工序，也就是是围道的工艺算子，在这个基础上我们可以对其进行排序，得出加工路径。围道组成矩阵半成品毛坯中间零件成品零件物理机械性质材料表面毛坯类型几何性质毛刺光表面毛胚尺寸几何性质零件形状涂盖层打印检查性质铝箔防锈铝纸润滑扁刚管平无切口平有切口单曲率双倍曲率套筒筒体加厚展宽法兰盘侧板精度打印去纸●去涂油●检查材料牌号●检查表面●完成热加工●划线●●●●在扁刚上划线●切断●下料●●冲孔●清洁●检验●●加热镦粗●扩径●拉深●●冲孔●●翻边●图4.3围道组成矩阵4.2.2工艺算子相互作用图我们根据总结出的每个的相互影响图（详见4.4），在实际加工中我们能够从不同的开始构建路径加工，而这会受到不同围道的影响，这种特性大大方便了实际加工的工艺选择，而不必拘泥于陈，方便创新，提高效率。当时，本质是一个普通图所建立的一般数学模型，该图显示出了具体加工工序的必要的加工先后顺序，我们能够从这个图中分析出需要的算子，下一步通过算子得出工艺子图，为最后的路径选择铺路。在实际的围道组成矩阵中并未出现，我们可以把它看成实际加工前的准备工作。在建立该图的过程中，集合了大量的生产经验在其中，用以表达各个工序的相互影响及顺序，结合该图我们了解了许多相互影响的加工工序路线，例如：如果我们开始是，要加工到。在这个加工要求中，我们能够一步到达，同时也可以从先加工到，最后到达。在实际的生产中，我们要根据加工要求来确定相应的路线，也就是说所对应的有没有什么特殊的加工需求或者工艺需求。2）如果我们开始是要加工到，在这个加工中，无论工序对应的工序是否有特殊的加工要求，我们都不得不先经过中间的工序，才能到达。3）如果我们从最后加工到，则会有三种路线，具体如下：如果这三条路线都符合加工要求，我们可以通过对比实际加工的效果、成本等方面择优而选。。我们能够从上述例子中总结出以下的经验方便我们做出最准确，最合理的选择：在用编程软件编写程序时我们要在其算法中选择最合理的路径，而且要避免丢失路径节点，以免做出错误的路径选择。普通图数学模型从数学的角度上形象描述出具体加工工序的必要的加工先后顺序，在数据库中包含大量的经验设计，也就是说，该模型使得加工选择变的越来越简单，提高了工作效率。图4.4算子相互作用图第五章系统设计在第四章，我们结合之前介绍的多色集合，建立了工艺路径和路线图的多色集合模型。在这一章，我们要根据之前建立的模型，结合算法对实际零件生产加工进行推理设计，得到实际的零件加工冲压工艺路线图。5.1工艺系统的实现步骤根据前几章的建模原理，建模成果，我们把冲压工艺路线生成系统分3个步骤来实现，具体如下：图5.1系统实现步骤图在这个系统中：分析给定零件图，列出加工要求；根据第一步的加工要求及前面建立的数学模型得出所需工序的组成和顺序。；得到最终的工艺路线图。以下是步骤详解：5.1.1提出加工要求在收到要加工的零件，或者零件图之后，专门的工作人员会对该零件进行分析，列出加工要求，这些加工要求会作为建模的元素。5.1.2求取工艺路径根据第一步提出的加工要求数据，按照之前建立的数学模型和围道矩阵对其进行算法分析，搜索出需要的算子，最后构建工艺路径，具体如下：1)根据建立的围道矩阵分析出符合加工要求的算子；2)根据，分离出子图；3)根据子图建立工艺路径；4)根据检验是否成立。5.1.3得到工艺路线图根据建立的工艺路径转化为零件对应的工艺路线图。5.2系统算法流程图基于上述的系统实现步骤及对应模型，我们可以写出该系统算法流程，用于系统编程。图5.2算法流程图第六章系统实现上一章我们写出了冲压工艺流程系统的算法流程图，之后我们根据该算法流程及数学模型，利用VB开发出基于该算法的软件。在本章节我们例举了一个零件来对开发出的系统进行验证，求取其工艺路线图。软件系统的开发采用了微软公司开发的VISUALBASIC语言，可以实现较好的人机界面，使用户比较清晰地理解本系统的实现过程[4]。例举的零件图如下：图6.1零件图6.1分析给定零件提出相应加工要求“半成品”阶段在实际的加工中，我们往往在加工前会选择合适的管材，其实，选择好的管材，对以后的成型是十分重要的，开始时的管材就相当于所加工零件半成品。通过对给定的零件图进行分析，我们可以发现，这是一个具有法兰盘的拉伸件零件，需要一定的强度，并且在加工的时候可能报废，所以我们在加工的时候要对选定的管材进行保护，在这里，我们根据之前建立的围道组成矩阵筛选出和二个元素，防止表面破坏和被腐蚀，而且选择适合的材料会直接影响到冲压工艺的过程，还有最后的零件质量等方面。“毛坯”阶段通过对给定零件图，我们对零件的尺寸进行了分析，在实际生产中，我们要综合考虑加工的成本，工艺复杂性，最终选定板材的横截面与零件图中的横截面尺寸即厚度是一样的。其形状如下图：图6.2原料管材选定毛坯是板材，得到元素根据截面都是两个曲率筛选出元素“中间零件”阶段在零件图中，我们可以发现，该零件是由板材拉深而成，所以我们筛选出元素；在零件图的上部分，有两个定位孔，可以把该零件的上部分看成法兰件，筛选出元素。“成品零件”阶段实际的加工中，当零件成形之后，我们通常还要对其进行最后的辅助加工，以便达到其加工要求，如下：零件表面容易受到各种因素的影响，产生腐蚀效果，所以我们要对成形后的零件进行表面处理，筛选出元素装配之前要作出标记，元素因为对零件有相应的精度要求，筛选出元素根据对四个阶段的分析，筛选出对应的元素集合如下：6.2用软件系统验证结果根据分析出的加工要求选出算子首先，我们在所设计的软件中设计了围道组成矩阵的界面，其中包含了建立的算法流程及数据库在其中，我们只需要点击对应的加工要求，程序会自动指向所需要的加工工序，并做出标记。根据找出的算子进行点击，结果如下：EMBEDPhotoshop.Image.7\s图6.3在围道矩阵中搜索算子2）分离子图，列出工艺路径通过加工要求筛选出要求之后，程序会自动根据要求筛选出工艺算子。点击“下一步”程序会自动筛选出加工要求所需要的工艺算子：（如图6.4）点击“分离子图”，程序会自动根据筛选出的算子结合数据库中的算子相互作用图分析出子图，具体如下：图6.4分图子图界面由分离子图可以得到的加工的工艺路径：3）检查工艺路径是否正确，得出最后的工艺路线图点击“下一步”,在软件的这个界面，程序会计算出工艺路径（用以检验），并且程序还对路径进行着色，在该页面的最下部分，列出了最后的工艺路线图。而显然：成立因为成立，所以我们依据模型及算法开发的程序验证成功，符合产品要求，最终得到了加工路线图。具体如下6.5。图6.5工艺路线图根据开发的软件得出最后的加工路线为：准备工序(对应)→去纸（去涂油）→检查材料牌号→划线→在扁钢上划线→下料→拉伸→冲孔→翻边→切断→检验形状→涂覆面层→打印→检验零件完成最终步骤。附：程序说明启动截图：2）关于系统：第七章结论与展望一般来说冲压工艺过程的生产经验是由设计人员在长期的生产实践活动中获得的，其中的一部分能够通过图表、公式表现出来，但是很大一部分是没有办法用数学模型表示出来的，因为它们保存在工厂设计人员的脑袋中，具有不可传递性。在如今，通过大规模开发具有完善的，广泛适用性的系统