筒形件拉深工艺CAD系统研究

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。

 

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。

　　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。#p#分页标题#e#
　　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：

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

　　(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：

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

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。

置初值1%=0, BD=1,MC=1

K=T/D(0)X100

打开文件03

当MC＞0.005时

I%+1=＞1%

BD+1=＞BD

根据BD的值决定A%的值

<=

1.1

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1.1

～1.3

1.3

～1.5

1.5

～1.8

1.8

～2.0

2.0

～2.2

2.2

～2.5

2.5

～2.8

>2.8

　A%=1

A%=2

A%=3

A%=4

A%=5

A%=6

A%=7

A%=8

A%=9

根据K的值决定P%值

K<=0.2

0.2

0.5

1.0

1.5

P%=1

P%=2

P%=3

P%=4

P%=5

从文件03中读出拉深系数

求极限拉深系数MJ1(I%)

求极限拉深系数MS11(I%)

MC=MS1(I%)-MJ1(I%)

输出MJ(I%),MS1(I%),MC

关闭文件

THEN

I%

                           ELSE

MS(0)=MS1(1)

　

MS(1)=MS1(I%-1)

输出首次拉深系数

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　　　　　　　　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。