模具CAD应用技术第七讲

模具CAD应用技术、华中科技大学

第七讲 模具CAD系统开发方法 模具CAD系统开发方法

7.1 开发的一般方法 根据软件工程学的方法，CAD系统的生命期可分为系 统分析、系统设计、程序设计、系统调试和系统维护 等五个阶段。前四个阶段称为开发期，最后一个阶段 称为维护期。 CAD系统的生命期划分为上述五个阶段，这就为工程 化研制CAD系统提供了一个框架。但是必须指出，实 际的系统研制工作不可能是直线进行的，常常存在着 反复。研制人员往往需要从后面的阶段回复到前面阶 段，进行再分析或再设计。

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1)系统分析：主要完成需求调研，包括需求文 档、用户测试案例等。 2)系统设计：系统的实现方案。采用什么方法 开发，关键技术，开发平台，核心算法的原型 等。 3)程序开发：根据系统设计说明书进行程序设 计，将功能模块用某种语言实现。系统结构图 中的各个模块都有模块说明，内容包括模块名 称、输入数据、输出数据和转换过程等，程序 员根据模块说明的要求进行程序设计。 4)系统调试：主要包括测试和纠错两方面的工 作内容。 5)系统维护：主要的是改正性维护、适应性维 护和完善性维护。

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7.2 数据处理技术在模具设计和制造工艺设计中，只有为数 不多的设计准则和规范是以公式表达的，大 量的则是以数表和线图的形式给出的。在建 立模具CAD/CAM系统时，必须将这些数表 和线图以计算机能处理的方式表达。 在传统的手工设计时，标准数据和资料是 通过技术人员查手册等工具书获得的，而在 CAD/CAM中，就要将这些资料先以数据库 或文件形式加以管理，然后在设计时由计算 机按要求自动检索和调用，或者在程序编制 过程中融于其中，将其程序化，随着程序的 运行，自然选用。

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1)表格的处理

从理论上讲，数表或列表函数已经 是结构化了的数据，一维数表、二维 数表或多维数表分别与计算机算法语 言中的一维数组、二维数组或多维数 组相对应，很容易通过程序进行赋值 和调用。

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2)数据的公式化上述对数表的存储和使用，由于数 据的离散性和数量的有限，在相邻两数 值点之间只能选取相近的数据，这无疑 会给计算结果带来误差。因此，对于数 据间有某种联系或函数关系的列表函数 应尽量进行公式化处理。常用的方法有 两种：函数插值和数据拟合。

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a)函数插值 a)函数插值插值的基本思想是，设法构造一个函数 作为列表函数的近似表达式，然后计算的 值以得到的值。最常用的近似函数类型为 代数多项式。 插值有线性插值、二次插值、拉格朗日 插值等等。 适当提高插值公式的阶数可以改善插值 精度，但阶数太高的插值

公式效果并不好。 在实际进行插值时，通常采用分段插值方 法，将插值范围划分为若干段，在每一分 段上用低阶插值(如线性插值或抛物线插 值)。

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b)数据拟合 b)数据拟合

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3)线图的程序化

一条曲线可变换为一张一维数表。上述线图是15钢的 变形程度与挤压力的关系，对于其他材料也有类似的曲线。 于是，可以将各种材料的表组合成一张二维数表，经程序 化处理后便可在设计程序中调用。也可采用插值、拟合等 方法把它们转换为公式。

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3) 数据库技术及其应用数据库技术是在文件管理的基础上迅速发展起来的、目前最先进的数据管理技 术。数据库系统具有以下一些特点： (1) 数据具有独立性 应用程序与数据结构间的互为依赖程度很小，应用程序的改变不会影响数据结 构，数据结构的改变也不会影响应用程序。 (2) 数据的冗余度小 数据库从整体观点看待和描述数据，数据模型是面向整个系统的，而不是面向 某个应用，因此大大降低了数据的冗余度，实现了数据共享。 (3) 统一的数据管理和控制 数据库系统提供统一的数据定义、删除、检查及更新手段，并统一控制数据的 安全性、完整性、保密性和并发性，使数据的应用更加有效和可靠。 (4) 数据的完整性控制 数据的完整性是指数据的正确性、有效性和相容性。数据库系统提供了必要的 功能保证数据在输入修改过程中始终符合原来的定义和规定。

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轻量级的数据库，一般可采用EXCEL表格来替代，在程序 设计过程中，一般采用ODBC标准接口来读写数据库，便于 将程序和数据库的操作隔离开来，也便于系统的升级和维护。

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7.3 UG二次开发(客制化、定制化、外挂) UG二次开发(客制化、定制化、外挂)UG(NX)提供的定制化开发方法： 1)GRIP(适合企业开发人员) 2)NX/KF(适合企业开发人员) 3)NX/Open(适合专业开发人员) 4) NX/Open++(适合专业开发人员) 5) NX/.NET (C##、VB) 6) NX/JAVA

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UG二次开发所涉及的技术 UG二次开发所涉及的技术 1) 参数化建模技术 2) 关联技术(参数、几何) 3) 装配开孔技术 4) 属性的应用 5) 设计向导技术 6) 数据库应用技术

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级进模CAD系统(PDW)的开发 级进模CAD系统(PDW)的开发1)系统开发平台的确定 由于连续模设计内容多且结构复杂，如采用 二维CAD系统作为开发平台，将很难完整地描述 冲压工艺以及模具结构和零件的设计结果，从而 导致系统的开发难度大，很多功能无法实现。因 此，在选择开发连续模CAD系统的开发平台时， 应考虑采用三维CAD系统作为支撑。目前，通用 的三维CAD系统主要有UG、PRO/E、CATIA、 SOLIDWORKS等。 由于

UG功能强大，在模具行业应用广、开发 接口丰富等，是模具CAD系统的首选开发平台。

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2)系统功能模块的确定 开发专用连续模CAD系统的目的，是为了简化 连续模设计过程中的计算与设计处理，并将设计过 程有效地管理起来，以提高设计效率。因此，专用 的连续模CAD系统除了应具备毛坯形状的确定、 毛坯排样、条料排样、模具结构及零件设计等功能 外，还应具备管理设计过程中所产生的板金零件信 息、毛坯信息、排样信息、模具结构及零件信息的 功能，以及管理设计过程中所用到的相关公式、经 验数据、标准件和典型结构的功能。另外，由于在 模具的制造过程中，工程图纸仍是不可缺少的工艺 文件，所以连续模CAD系统还应具备相应的工程 图处理功能。 在级进模模中，线切割数控应用是 最广泛的，也可以集成这部分的功能。

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3)连续模CAD系统的总体结构 )连续模CAD系统的总体结构

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4)连续模CAD系统的功能设计

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1.设计管理模块 该模块的功能主要是通过项 目的方式，建立一新的连续模设计任务或装载 已有的设计任务，为后续的连续模设计提供信 息基础，并以项目的方式统一管理设计结果。 连续模设计任务的建立主要包括：输入需设计 连续模的板金零件特征模型信息，并指定冲压 工艺及模具结构设计结果的存储位置。 2.毛坯展开模块 由连续模设计步骤可知，在 设计连续模时，首先必须确定板金零件的毛坯 形状。该模块的功能就是根据板金零件的模型， 展开板金零件上弯曲和成形部分的形状，创建 相应的毛坯模型，并将其存储到相应的位置。 当板金零件形状较复杂，无法自动建立毛坯外 形模型时，该模块应允许设计人员采用其它方 法建立毛坯模型，然后再将其插入到设计结果 中。

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3.毛坯排样模块 毛坯排样需要确定毛坯的排样形式 (如单排、双排等)、毛坯的方位、排样步距及搭边 等，因此，该模块应提供相应的功能，允许设计人员， 根据需要采用不同的排样形式，并选择不同的毛坯的 排样方位和排样步距及搭边，并自动计算材料利用率。 在UGS平台上，通过复制一个或多个毛坯的方式可实 现毛坯的单排、双排或多排，通过旋转毛坯可获得不 同的毛坯排样方位，通过沿X和Y向平移毛坯则可获得 不同的排样步距和搭边。 4.废料设计模块 废料设计就是在毛坯排样的基础上， 将毛坯间需切除的废料分割成一组简单的轮廓形状。 为了便于废料的分割设计，该模块应能将需分割的废 料整体剥离出来，然后，再在此基础上对其进行分割， 这样即可保证分割的合理性和完整性，同时也便于确 定载体的形式

和位置。另外，根据废料设计的需要， 还应提供废料搭接处理的功能。

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5.条料排样模块 该模块的功能就是确定板金零件上弯曲、 翻边、拉深等成形工序，并将其布置在相应的工位上，同 时还可将分割的废料安排在不同的工位上切除。由于，条 料排样需要考虑多种复杂因素，难以实现自动设计，故采 用交互设计方式，由设计人员确定需成形的部位及其成形 工序和成形工位，然后由系统自动在相应的工位上生成工 序形状，从而既保证设计的灵活性，又简化设计设计工作 量。因此，该模块应提供诸如选择成形部位、确定成形工 位、修改设计结果、插入空工位等功能，以使设计人员可 快速地完成条料排样设计任务。另外，为了便于审核条料 排样结果的合理性，该模块还应提供条料的仿真结果。 6.模具结构及零件设计模块 该模块可进一步分为模架设 计、凸凹模工作组件设计、辅助装置设计等模块。由于模 架是标准的典型结构，其大小和结构形式可根据条料成形 区域的大小从典型结构库中选择。而凸凹模工作组件的设 计与各工序的形状密切相关，其设计方法因工序类型的不 同而不同，因此，应分类提供相应的凸凹模设计功能。至 于辅助装置通常也都是一些标准结构，亦可采用从典型结 构库中选用的方式进行设计。

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7.标准件及典型结构库管理 在连续模设计过程 中，通常需选用大量的标准件和典型结构。所谓 典型结构是由一组标准件、常用件组成的具有一 定功能作用的装配体。为便于设计，应将标准件 和典型结构有效地管理起来，包括设计引用、增 加库中的标准件或典型结构、删除库中的标准件 和典型结构等功能。 8.工程图纸的管理 该模块的功能就是将三维设 计模型，转换为二维图纸模型，包括总装图和零 件图等，并在图纸模型上添加相关技术要求、孔 表等。 9. CAM程序自动生成 主要生成各种孔的线切割 程序。