1、 本科毕业论文外文翻译 外文译文题目（中文） ： 级进模的自动化设计系统 学 院 : 材料与冶金学院 专 业 : 材料成型及控制工程 学 号 : 201102131133 学生姓名 : 李成龙 指导教师 : 熊九郎 日 期 : 2015 年 4 月 1 日 武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 2 An automated design system for progressive die S. Kumar， R. Singh Expert Systems with Applications， 2011， 38 ： 44824489 级进模的自动化设计系统 S.库玛尔 ， R.辛格 专家系统及其
2、应用 ， 2011， 38： 44824489 武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 3 摘要 本文描述了一种 为级进模设计开发的自动化设计系统。这个系统由 27 个知识库模块组成。系统模块按照基于知识库的生产规则所构建。模块是用户交互设计的并且可以加载到 AutoCAD 的命令提示区。该系统能自动控制级进模设计中的许多主要工序，例如：检查钣金零件的设计特征， 工序排样设计 ，级进模组件的选择，模具组 件的建模和模具装配，以及级进模零件材料的选择。由于此系统在安装有 AutoCAD 的电脑上就能使用，因此它的安装成本很低，这样就使得中小型企业能够负担使用。 关键词： 级进模 知识库系统 生产规则
3、 AutoCAD 1 引言 级进模在全球范围内大规模用于生产钣金零件。级进模的设计 不仅需要复杂和高度专业化流程 ,而且从概念设计到最终冲压生产 ,一般的 级进模设计 需要耗费 20%的 生产准备期 。 级进模 能生产出丰富多样的产品 ,这就要求冲模设计者具有从多年的实际经验中获得的专业知识 。 设计 级进模 的主要工作内容包括：检查钣金零件的设计 特点 ,工序排样设计 ,模具元件的选择 ,模具元件所用材料的选择 ,模具元件和模具生产线的建模 。 传统方法需要设计者具有专业知识 ,人力工作量大而乏味 ,耗费世间 ,容易出错 。 过去模具设计的质量很大程度赖于设计者的技术 ,经验和知识 。 如今
4、许多研究者正在为 级进模 开发计算机辅助系统 。例如， Murikama 和 Shirai在 1989年开发出了 CAD/CAM计算机系统 ,该系统能够作出组合模具和标定尺寸的零件示图 , 但式样草图和模具展开图还需要设计人员手工制作 。 新加坡国立大学和新加坡高性能计算机研究院的研究人员 2002年 报告说已 为级进 模的弯曲操作 开发出一种 完整的建模和过程设计系统。 司马，李，张 在 2004年 进行 了 U形弯曲工艺中心承运式级进模的发展 的研究。 Ghatrehnaby 和 Arezoo 2009年报道称为级进模研究出一种自动运行和排样系统。一些研究人员称已经为级进模研究出了自动 C
5、AD系统。 例如，杜菲和孙 1991年 开发了 一种用于连续冲压模设计的基于知识的系统，这个系统使用基于基于特征的方法。李，林，倪在 1993年开发出了 IKOOPP，它是一种用于级进模板生产的基于信息的智能化工艺设计系统。 Cheok， Foong，和 Nee 1996年报道说 利用电脑发展工具开发了一种智能设计辅助系统用于级进模的设计。 Ismail， Chen和 Hon在 1996年也开发出了用于冲孔落料级进模设计的专业系统。郑，王，和李 2007年开发了用于汽车面板的智能 CAPP系统。 商业用途的 CAD/CAM等系统软件 业只是提供了画图和分析的协助而已，要想最终设计出好模具，还
6、需要模具设计人员的专业经验。同时，建立这样系统的高额费用 往往超出了小型板型材厂的经济承受能力。一些研究人员用人工智能技术来保存那些模具设计专家的经验。但是那些系统的使用是非常受限制的。它 们要么只能 进行 落 料冲孔操作 ，要么只能制造几何形状相对简单的零件。看起来级进模的自动化发展并没有跟上人工智能技术的发展。因此， 开发出一种低成本且同时使用 CAD和人工智能技术的级进模设计系统的需求非常迫切，这样的系统让中小型金属企业能负担的起。本文介绍了一种在短武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 4 时间内便捷的完成级进模设计中繁琐而耗时任务的自动化设计系统。 2 级进模设计的 准备 2.1 条料排
7、样设计 作为在生产钣金零件过程中的第一步，检查其某些设计特征是否有利于缓解制造程序是十分有益的。 这种检查对于避免制造缺陷，部件缺陷，以及对于新的模具，工具或机器的需求也 是很有必要的。 应根据测试规 则 对内部结构的尺寸、位置和外部特征如孔，长孔，内部、外部轮廓，剪切，切口，套筒，杯，槽和弯曲程度正确得作出检测 。排样设计 的目的 是 安排操作布局及确定 随后 所需站点数目 。条带排样 主要是受部件的几何特征，公差尺寸，常备条的锐边方向和其他技术要求所支配的。 在排样设计这个重要的过程中并没有独特的最佳方案，但一些基本的规则 (Kumar, 2006)普遍被人们认可。 2.2 模具组件的选择
8、 级进模的主要组成部分有 滑 块，模具量具，卸料板， 凸模固定板 ， 挡板 ， 凸模 ， 轴，模架， 紧固件 。 滑块 的大小取决于板 材厚度，锐边方向，带钢宽度，模具材料类型，条料排样长度。模具量具的大小主要取决于板材厚度 。但是模具量具的最小尺寸也受工艺热处理过程中产生拱曲的风险所限制。为了保证级进模的对称性，有时候会增加模具量具的宽度。卸料版有固定卸料板和弹压卸料板两种类型。卸料板的大小与滑块的大小相一致。 卸料板上 通道的宽度应等于带钢宽度加上足够的间隙以允许带钢宽度的变化 。冲孔板起定位的支撑作用。 凸模固定板 应足够厚来起支撑作用，且有好的销钉来精确定位以及足够的螺钉来承受冲压负荷
9、。 凸模固定板 的厚度与 凸模 的直径有关，如果有两个以上的 凸模 ，那 么应用最大的 凸模 直径来确定合适的冲孔板厚度。 凸模固定板 的厚度也应与全部 凸模 的 高度 成比例关系。冲孔板的长度和宽度与滑块大小保持一致。 上模座 通常安装在穿孔 凸模 和冲柄之间。固定板一般是 1012 毫米厚。在 模架 的选择过程中，需考虑零部件特性，零件的尺寸公差， 凸模 和模具之间的间隙，以及导柱和导套之间的间隙。为了防止 模座的断裂，使用钢材模具结构是不错的选择。模架选择的主要步骤是确定模具结构形式（ 双柱，四柱，后柱，中心柱，斜柱，等 ），确定模具工作面积以及模座的选择。 模架 的选择取决于金属板料的
10、类型，零件的数量以及工作精度。 模具构件的尺寸取决于模具的长度和宽度以及它在模具中的位置。 如果允许的话，标准模具构件或定制的模具构件是很好的选择。在工业生产中，紧固件（ 螺钉、销钉 ）的数量和大小是依据模块的大小选择的。为了定位效果的最大化，销钉通常在模块上成对角线布置。螺钉和销钉的最佳布置位置是离边缘或冲裁轮廓 1.52.0 个自身直径。螺钉用于上、下模座处武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 5 的零件装配。螺钉的大小和数量可以通过 有效工作面积和承受负荷计算出来。 2.3 模具组件材料的选择 对于特定应用的级进模组件材料的选择取决于哪种模具失效机制占主导地位。在模具组件材 料选择的过程中
11、，模具设计者首先正确分析组件的功能需求，然后进行一个探究性实验来确定所需的机械性能以及可能导致组件失败的因素。 一个模具设计师的根本想法是要为特定的组件选择一种除了磨损不会出现任何其它失效机制的材料。磨损可以最优化的匹配钣金零件产品的需求量。 为了获得较长的模具寿命和提高生产率，工具钢被广泛用于模具零部件的材料。 刀具材料采用钢其中一个最大的优点就是 ，他们原本是软的，可加工，采用适当的热处理，他们变得非常坚硬耐磨。 组件材料硬度范围的选择取决于在级进模上加工的零件的几何形状。 2.4 模具组件的建模 和模具装配 级进模的建模包括 单元 建模和模架建模。 模板的建模需要模块，模具量具，卸料板，
12、凸模固定板，承料板的尺寸数据。智能系统推荐和储存在不同输出数据文件中的模板数据可以用于建模。 AutoCAD 的绘图命令 如 线， 多线段， 圆，圆角命令 ， 层等 可以调用来做单元建模。进一步对板件的自动建模，你可能会回忆起存储在一个文件中条带布局 可以插入适当的板单元平面图。 可以利用 储存在输出数据文件中的导柱导套的直径和上下模座的尺寸数据 来进行模架的自动化建模。 基于以上考虑， INTPDIE 自动化系统已开发出来用于级进模 组件的设计和建模。 3 自动设计系统： INTPDIE 3.1 对所提出的自动设计系统的开发过程 对所提出的自动化系统的开发过程包括知识的获取，生产规则框架，产
13、生式规则的验证，生产规则排序，硬件和计算机语言识别，知识库的建设，搜索策略的选择，和用户界面的制备 。通过模具设计手册，工业手册，技术报告，和经验丰富的模具设计师和工具制造商收集开发系统的技术知识。由此获得的知识经过分析之后以表格的形式列在“ IF-THEN” 系列产品 的生产规则中。 生产规则框架是经过 一个团队的级进模设计专家和工具制造商 验证了的。 该系统的 各个模块的生产规则 由一个结构化的公式所分类整理。该系统对电脑的配置要求是：奔腾 4 CPU, 2.4 GHz, 256 MB RAM， AutoCAD2004。 该系统中所有模块的生产规则全部用 AutoLISP 语言编码。生产规
14、则和系统的相关武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 6 知识通过一个 运用正向链接 推理机制 联系起来。在正向链接中，用户交互式的提供系统数据和 亟待解决 的问题的本质。该系统通过处理用户输入的信息和储存在知识库中的知识来得出结论或建议。该系统通过搜索 IF 条件数据来确定哪些规则与给定的条件相符合。如果一个 IF 条件符合要求，接着规则中的 THEN 部分就 被激活，最终的出结论或建议。一个发达的 INTPDIE知识库系统包含 IF-THEN 系列的超过 1000 条规则。 INTPDIE系统各个模块的生产规则范例见表 3.1。 3.2 系统的组成 由于级进模设计过程包括许多 工序 ，整个系统
15、 INTPDIE 已分为 许多 子系统，模块和子模块。 完整的 INTPDIE 系统组织如图 3.1。 INTPDIE 系统的各个模块和子系统简要描述如下： 3.2.1 CCKBS 模块 CCKBS 模块是用来从可制造性的角度来分析钣金零件的设计特点。该模块能够检查零件的设计特征如 坯料的尺寸， 孔 的 尺寸 ， 孔间距，转角半径之间，从零件的边缘 到内部特征的距离 ，两个内部特征之间的距离，凹陷或槽或投影宽度，弯角半径等。 该模块还能给出在级进模上制造零件的最小废料量。模块 包含一个界面能给 用户在协商会议期间 亲切的提示指导。 由用户提供的数据也存储在一个 叫做 COMP.DAT 的文件中
16、以便后续模块的使用。 3.2.2 SELDIE模块 SELDIE 模块是用来帮助模具设计师和工艺师为钣金零件生产选择合适的模具类型。 该模块用来从 COMP.DAT 文件中获取生产需求和零件公差等必要输入数据。用户也需要在 AutoCAD 提示区输入包括冲压 操作的数量和形式的必要数据。当用户完成这些数据输入后，模块就提供智能的建议来选择合适的模具类型。 3.2.3 MAXUTL模块 MAXUTL 用于确定坯料排列方向的角度。模块逐渐地改变坯料的排列方向，每次变化 1 度，然后计算每个角度的材料利用率，直到坯料相对初始位置旋转 180 度。 选择材料利用率最大的坯料放置方向。该模块的输出数据自
17、动的保存在 MAXUTL.DAT 文件中。 3.2.4 ISSLD子系统 ISSLD 子系统开发用于级进模中冲压金属的排样自动设计。该系统的流程图如图3.2。这个子系统包含六个模块。第一 个 OPRPLAN 模块确定所需生产的金属零件的冲武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 7 压类型。该模块需用户提供相关的数据即零件的尺寸公差和几何特征。 该模块以对所生产零件的冲压操作的建议的形式输出结果。子系统的下一个模块 OPRSEQ 决定所建议的冲压操作的先后顺序。它直接从 OPRPLAN 模块中产生的 输出数据文件OPRPLAN.DAT 中提取输入数据。 PLTSEL 模块的作用是选择合适的试点方案用
18、于带材在级进模各工位中的准确定位。 随后的 OPRSTAGE 模块的作用是 给专家提供建议关于级进模中所需 工位 的数量和首选的工作台。这个模块有两个子模块，即 OPRSTAGE1 和OPRSTAGE2。第一个模块设计用于给一般专家 关于操作台的建议。第二个模块的作用是确定所需工位的数量以及级进模各工位需完成的操作。 OPRSTAGE 模块的输入数据来源于 OPRSEQ 模块生效期间产生的 OPRSEQ.DAT 数据输出文件，同时需要用户输入每部分特征的具体数据。 SWLSEL 模块确定金属带材的合适尺寸。该模块已经分成两个子模块，即 SWLSEL1 和 SWLSEL2。第一个子模块 SWLS
19、EL1 用于带钢宽度的选择和之后步距的选择。 建模模块 STRPLYT 删除所有储存在 AutoCAD 绘图编辑器中的图样并为条 带布局建模选择合适的屏幕。然后，它需要用户在 AutoCAD 屏幕中选择起始点。当用户使用光标或在 AutoCAD 提示区输入起始点后， STRPLYT 模块在 AutoCAD 编辑器中自动完成条带布局的建模。 3.2.5 PRSSEL模块 PRSSEL 模块的作用是 协助用户为在级进模上生产所需金属板选择合适型号的压力机。该模块需要用户利用 AutoCAD 命令“区域”来计算在级进模所有工位中需要剪切的总周长。需要用户输入的数据有总周长、要求的操作类型（剪切 /成
20、型 /剪切成型）、每分钟的生产速度和板材的切变强度。当用户正确的输入 所以的需要数据后，模型显示执行所需金属板材的 冲压 的最小压力 并确定合适的具有足够吨位容量的替代机。随后模块需要用户准备好包含压力机的固定成本和运行成本的数据库随时可用。然后该模块的程序计算并显示每个备用压力机各个零件的费用。最后，模块确定生产金属零件最经济的压力机。 3.2.6 PROCOMP 子系统 PROCOMP 子系统用于解决级进模零件的选择问题。 由于级进模有几个组成部分，因此我们决定将 PROCOMP 系统分为如下模块： （ 1） 模 块 DBLOCK 选择模具块尺寸 。 （ 2） 模 块 DIEGAGE 选择
21、模具量具（正面和背面计间隔）和 模具量具之间的最佳距离 。 （ 3） 模 块 DIALCL 选择合适的模具角度 、模口成型面和冲裁间隙 。 （ 4） 模块 STRPR 选择卸料装置和卸料板。 （ 5） 模块 PCHPL 选择凸模结构、上模座和凸模固定板。 武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 8 （ 6） 模块 IDSS 选择模架的类型和尺寸，该模块包含两个子模块，即： a， DSSEL 模块选择模架类型； b， DSDIM 模块选择模架尺寸。 （ 7） 模块 FSTNR 选择紧固件（螺钉和销钉）。 表 3.1 INTPDIE 系统中生产规则样本 S. No. IF (condition) TH
22、EN (action) 1 Sheet material = soft steel or brass or aluminium; and shape of hole = round; and 0.4 mmminimum round hole diameter sheet thickness Accept the diameter of round hole 2 Production quantity 100,000; and 0.001 4.0; and required tonnage 8.0, and required production rate/min 50; and require
23、d production rate/min 1200; and type of sheet metal operations = shearing Select hand or mechanical or hydraulic or pneumatic press of 10 or 20 tons capacity 7 Sheet thickness 1.6 mm; and die material = tool steel Select thickness of die block = 28.0 mm 8 100.0 5 Kgf/mm2; and shear strength of sheet
24、 material 20 Kgf/mm2; and type of operations = shearing; and production quantity 100,000 (5660 HRC) (AISI 52100) (IS 103 Cr 2) ORUHB-ARNE (5462 HRC) (AISI O1, W.-Nr. 1.2510) 图 3.1 INTPDIE 系统组织图 子系统 PROCOMP 的流程如下图 3.3。由该子系统建议的合适模具零件尺寸自动地储存在如下输出数据文件中： DBLOCK.DAT（滑块尺寸）、 DG.DAT（模具量具尺寸）、 DIALCL.DAT（模具间隙）
25、、 STRPR.DAT（卸料装置尺寸）、 PP.DAT（凸模固定板尺寸）、 BP.DAT（挡板尺寸）、 DSSEL.DAT（模架类型）、 DSDIM.DAT（上、下模座尺寸， 导柱、导套直径）、 FSTNR.DAT（螺钉、销钉直径）。 武汉科技大学 本科毕业设计外文翻译 10 图 3.2 ISSLD 子系统 流程 图 3.2.7 AUTOPROMOD子系统 AUTOPROMOD子系统开发用于在 AutoCAD的 图形编辑器中完成级进模零件的自动建模的装配。该子系统与之前为级进模零件的选择而开发的模块配合工作。 PROCOMP子系统被分成八个模块，即： DBMOD， STRPRMOD， BPMOD， PPMOD， BBDSMOD,
