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1、附录一：外文文献译文冲压拉深模 CAD/CAM 系统作者：S.B. Park a,Y. Choib,B.M. K im c,J.C. Choic摘要此次研究中开发了针对轴对称拉深工序的 CAD/CAM 系统。这个系统采用了基于知识的方法。在设计者的 CAD/CAM 软件的环境下，系统用 UPL 语言（用户程序语言）写入。CAD/CAM 系统输入了中间及最后对象的几何体，包括其工艺参数。输入数据可从先前拉深结论中获取。每个工序模具的零件图可从 CAD/CAM 系统的刀具设计模块中获得。同样，也能获取模具装配图。零件加工的 NC 指令也可在 CAD/CAM 系统中获取。1999 Elsevier
2、Science S.A. 保留所有权。关键词：CAD/CAM 系统；刀具设计；自动化建模；冲裁模；拉深模；条例基准；刀具路径合成1.介绍在各种薄板成型方法中，拉深是最常用的方法。然而，传统拉深模工艺设计由经验丰富的专家完成。最近这些年，一些基于机械领域专家的经验研发的电脑辅助工艺和模具设计系统已经被开发用于生产轴对称拉深制品。Eshel et al. 1 研究出轴对称和简单零件的工艺成型概要自动合成系统4(AGFPO)，尤其指拉深的制造。他们建议，对轴对称拉深产品的工艺规划采用 G&TR（形成、测试和改进）策略。此系统仅仅依赖于基于经验的模具设计指导方针，针对于各工序设计。Tiszas wor
3、k 2 描述了一个模块化 CAD/CAM 系统。其过程为制造轴对称和断面是矩形的薄板零件开发拉深工艺步骤及其刀具的设计。Sitaraman et al. 3为自动工艺步骤设计研发了混合电脑辅助 CAE 系统，致力于制造轴对称薄板件。混 CAE 系统有两大部分，一是 KBS 或专业系统模块，二是一个进程模型分析模块. Xiao et al. 建立了专家系统，DPES，用于设计轴对称拉深件。此系统适用于普通拉深的工艺规划以及连续模拉深的轴对称件。Zhu et al. 5研究出 PAD-ES 系统，也用于轴对称拉深的工艺规划。整个系统采用 C 语言。Tisza 6 从知识体系的专业系统发展中得出新的
4、金属成型应用结论。Altan et al. 7 研究Axisymmet-ric Sequence Forming Expert System (ASFEX)，用于轴对称件，生产拉深件。此工艺设计系统1, 3-7采用 Eshel et al. 1推出的 G&TR 策略开发，同时，也采用了刀具设计和成型分析。此次研究中，致力于轴对称拉深工艺的 CAD/CAM 系统被研发。CAD/CAM 系统的输入是 Pro-Deep8的结果，也就是其作者研究的。Pro-Deep 系统为轴对称产品9拉深系统的工艺设计。此次研究中开发了针对轴对称拉深工序的 CAD/CAM 系统。这个系统采用了基于知识的方法。在设计者
5、的 CAD/CAM 软件的环境下，系统用 UPL 语言（用户程序语言）写入。CAD/CAM 系统输入了中间及最后对象的几何体，包括其工艺参数。输入数据可从先前拉深结论中获取。每个工序模具的零件图可从 CAD/CAM 系统的刀具设计模块中获得。同样，也能获取模具装配图。零件加工的 NC 指令也可在 CAD/CAM 系统中获取。此系统可应用于冲裁模和单动冲压拉深。2.工艺设计系统和 CAD/CAM 系统图 1 为拉深工序的 CAD/CAM 的模块图表。工艺设计系统的输入 Pro-Deep，为最后薄板金属制品几何形状的拉深；由于以上的输入，输出为与中间制品几何形状工序的拉深。同样，也决定了工艺参数如
6、拉深力，压料力，间隙值和型腔拉深系数。Pro-Deep CAD 系统结论用于 CAD/CAM 系统的模具设计中。系统模具包括三个阶段，一是冲裁模具；二是第一次拉深；三是再拉深模。冲裁模为单动冲压的循环冲裁设计。同时，拉深模也为单动冲压的轴对称拉深设计。拉深模为压料板顶件型。模具结构和刀具零件被设计，然后，根据设计规则来确定零件尺寸。成型仿真模块在图 1 中显示，可用于检验拉深工艺过程。此模块还没有为这个系统研发。零件图为每个刀具元素生成。模具的结构图和 NC 加工数据能从设计者那里获取。2.1 轴对称件的拉深工艺设计系统，Pro-Deep 8采用 G&TR 策略，Pro-Deep CAD 系统
7、模块表显示在图 2 中。研究的 CAD 系统中，Pro-Deep 由四个模块组成，也就是输入、几何设计、测试和改进，以及用户修改。由于需要设计工序，Pro-Deep 输入为最终薄金属板件几何状。其中一个输入格式为一个图档， 也就是 AutoCAD 系统的 DWG 文件。其他输入文档的格式也可用，且可转换为 AutoCAD 系统下的DWG 文档，如 DXF 和 IGES 档。图档可由输入模块写入。几何设计模块实现了最初自动化的假设，沿着逆向或倒退的趋势从最终制品几何形状出发，仅依赖于型腔的几何特点。目前变形区域可由型腔中几何特征决定。早期变形区域的形状是一个平而垂直的没有翻边的型腔。型腔的尺寸可
8、由金属薄板的不可压缩性决定。关于目前变形区和先前变形区的例子在图 3 中显示。这个过程会反复产生直到早期形状为平圆的毛坯。从几何设计模块中设计出的工序可能并不实用和可行。此工序没有考虑材料成形性。如要测试工序工艺参数的成形性，如拉深率，再拉深率和法兰侧壁厚度比率要和基于实际和理论数据的极限值做比较。而决定拉深率或型腔拉深系数极限值的方法为初级估算方法9,10和修正后最佳拉深率1。如果预测到成型性问题，工序会被纠正。新的中间型腔加入工序中。其形状和尺寸由 Pro-Deep， 也就是总结的中间阶段产生阶段7的设计规范决定。为了薄板的避免裂痕和起皱，要确定好模具外圆半径和凸模外圆半径。由于材料在多工
9、序中弯曲和拉深，为避免材料过薄、零件圆柱表面环纹的形成，需修正凸模外圆和模具外轮廓尺寸和形状。Pro-Deep 的 CAD 系统有用户修改模式。Pro-Deep 的结果方便一个经验丰富的设计者更正。然后， 该经验丰富的设计者的经验知识可在结论中体现。中间的几何形体可通过用户更正模块被更改成新输入工艺参数的形体，如拉深率、再拉深率、凸模外轮廓半径和模具外轮廓半径。2.2 CAD/CAM 系统刀具原理拉深模的 CAD/CAM 系统刀具原理显示在图 4 中。CAD/CAM 系统是在 Personal Designer 11CAD/CAM软件环境下开发的，由 UPL 语言写入。Personal Des
10、igner 的指令采用 UPL 程控。该指令全部为三维建模（线框，面和实体建模），刀具路径生成和后期处理等等。Pro-Deep 8的结论有工序图，包括中间板件几何体和工艺参数。几何数据和工艺参数被用于输入 CAD/CAM。拉深和冲裁的刀具原理图由系统自动设计出。拉深和冲裁模结构通过刀具原理图很容易获取。零件尺寸被设计者用于数据建模。3. CAD/CAM 系统的设计规范此论文中，CAD/CAM 系统为单动循环冲裁和拉深冲裁过程中刀具原理开发。拉深的刀具设计规范已由目前其中一位作者13提出。关于循环冲裁模，别的地方也总结了其设计规范14,15。本论文中，设计规范已被采用。循环冲裁15、第一次拉深1
11、3和再拉深13过程的刀具形状已经决定了。因为规范冗长且 Refs. 13，15，16可得，故被采用的规范没有在本论文中提出。根据输入数据，每工序刀具尺寸可由设计规范决定。首先进行刀具原理建模，然后根据加工规范12可得 NC 数据和刀具路径。CAD/CAM 系统的步骤很简单，因为该系统为拉深过程 CAD/CAM 系统原型。4. CAD/CAM 系统的应用开发的 CAD/CAM 系统已被应用于工业实践中。图 5 显示电机外壳生产过程的拉深工序。工序图在图 6 中，可通过采用 Pro-Deep 获取。以下结论可通过开发的 CAD/CAM 系统获得。CAD/CAM 系统的输入为 Pro-Deep 结果
12、。该零件拉深工序图显示在图 7 中。标准件螺栓和衬套省略了。因此，图 7 中的刀具可通过加工产生。图 8 为冲裁模结构，也可于图 7 中迅速获取。图 6 中的最后工序再拉深的刀具图显示在图 9 中。图 9 的刀具元素可通过加工产生。关于刀具元素，NC 数据可由 Personal Designer 生成。图 10 显示再拉深模结构，也能在图 9 中迅速获取。在开发的 CAD/CAM 系统中，图 7 中显示的冲裁刀具尺寸和图 9 中显示的第一次拉深和再拉深可依据设计规范决定。刀具形状早前就决定了。此系统的这些方面需要改进。然而，目前，该系统仅作为一个拉深工序的 CAD/CAM 系统模型。在 CNC
13、 加工中，最终拉深工序模具刀具路径显示在图 11 中，图中可看到，(a)图为 CNC 车床钻孔；(b)为 CNC 车床粗加工；(c)为 CNC 车床精加工。最终拉深工序生成的压料板刀具路径显示于图12 中。因为其形状预先决定了，三维加工数据可成功获取13，15。5.结论本论文中，CAD/CAM 系统为刀具拉深工序刀具设计和加工开发。CAD/CAM 系统在 CAD/CAM 软件Personal-Designer 11环境下开发，同时用 UPL 语言写入。Personal Designer 指令采用 UPL 程控。Personal Designer 的指令采用 UPL 程控。该指令全部为三维建模线
14、框，面和实体建模），刀具路径生成和后期处理等等。单动冲压的循环冲裁15、第一次拉深13和再拉深13过程的刀具形状已经决定了。因为这个系统目前还只是模型，系统将被开发成包括薄板成型刀具设计的各个方面。根据输入数据，每工序刀具尺寸可由设计规范决定。首先进行刀具原理建模，然后根据加工规范12可得 NC 数据和刀具路径。CAD/CAM 系统的步骤很简单，因为该系统为拉深过程 CAD/CAM 系统原型。每工序的刀具结构可通过采用 FEM 分析被用于更正成型过程。但是，本研究在最新版本中还没实施。系统输出的分析过程在下一版本中将会得到提高。致谢本论文得到韩国科学与工程基金会 (KOSEF)的大力支持，以及 Net Shape 的工程中心和国立釜山大学模具制造方面提供的帮助。附录二：外文文献原文40
