级进模教程

图5-2 IDEF0模型的图形单元图5-3 IDEF0模型的层次结构
在建立IDEF0模型时，首先必须确定系统的范围、观点及目的。范围是指系统模型的主题，它描述了系统与外部的接口以及与外部的局限；观点是指从什么角度去观察所描述的对象；目的则是指建立模型及理由。
2.级进模CAD系统的IDEF0模型
按照IDEF0方法，可首先建立级进模CAD系统的A-0图，如图5-4所示，该图确定了系统的范围、输入、输出、控制和机制。
（1）输入输入钣金零件的产品信息，包括形状、精度、材料等各方面的特征信息。
（2）输出输出毛坯排样图、条料排样图、模具总装图及模具零件图等。
（3）控制在级进模设计过程中，设计者的经验、有关设计标准、加工条件等都是制约设计结果的主要信息。
（4）机制设计者作为主体，控制系统的运行，另外还包括一组相关的应用软件。
条料排样确定毛坯逐步冲压成形的过程，是级进模设计中最关键的设计内容，也是最难的设计内容之一。条料排样的结果基本上确定了模具的结构形式，其设计的好坏，将直接影响冲压加工零件的质量。在条料排样时需考虑冲压工序、载体形式、模具结构的复杂程度、以及模具制造工艺性等问题，同时还要考虑如何保证条料在冲压成形过程中能顺利平稳地送进，协调地完成各工位的加工动作。
2．功能模块组成
根据前述的级进模CAD系统的总体结构和模具设计过程的特点，在系统实现时，将相关功能组合在基于特征的冲压工艺设计和级进模结构及零件设计两大模块中。
(1)基于特征的冲压工艺设计功能模块组成在该功能模块中，组合了工艺设计所关联的内容，如毛坯展开、毛坯排样和条料排样等。不同的特征所对应的冲压工艺设计内容和设计方法是不同的，如弯曲特征的弯曲冲压工艺设计与钣特征的废料设计差别很大，因此，需针对不同的特征类型提供相应的处理办法。另外，为定位条料，还需设计附加工艺形状，如导正孔和侧刃等。在交互设计过程中，经常需对设计结果进行调整，因此，还需提供相应的特征操作，如工序移动、删除和插入空工位等。图5-7所示即为基于特征的冲压工艺设计模块的功能组成。
由此建立的功能模型能使开发人员很好地明确所要解决的问题、已知的条件、输入及输出等，从而找到解决问题的有效方法。
三、系统组成
1．总体结构
根据上一节所建立的系统功能模型和级进模设计的相关要求，可建立图5-6所示的级进模CAD系统的总体结构。
图5-4级进模CAD系统的A-0图
（1）基于特征的冲压工艺设计影响冲压成形工艺设计的因素很多，目前还难以实现自动设计。采用基于特征的设计方法，可将交互和自动处理有机地结合起在一起。该功能模块主要包括：毛坯展开、毛坯排样、条料排样等功能。
可以从定义中性因子（Define Neutral Factors）组的材料（Material）下拉列表框中，选择合适的材料，例如SPTE，然后单击按材料指定K系数（Assign K Factor by Material）图标 ，这时系统将根据新指定的材料来更新所有折弯的K系数。
3）将类型（Type）设置为转换为钣金（Convert to Sheet Metal），单击应用（Apply）按钮，系统将把已识别的折弯特征转换为NX的钣金特征，这样就可以对这些折弯进行展开和再折弯的操作。注意部件导航器（Part Navigator）的变化，它新增加了部分特征，如图5-10所示。
图5-1级进模设计过程简图
1.IDEF0方法
IDEF0方法是一种描述系统功能活动及其相互关系的结构化分析方法。在系统分析过程中，严格按照自顶向下逐层分解的方式，由整体到局部的对系统进行全面分析。分析结果以IDEF0模型表达。IDEF0模型是由一系列图形组成。最基本的图形单元为一个方盒和与该方盒连接的一组箭头组成，它代表了一个功能模块，如图5-2所示。图中，方盒表示系统的功能，而箭头则分别表示该功能模块所关联的输入、输出、控制和机制。其中，输入是指该活动所需的信息；输出则是指输入信息经该功能模块处理后所产生的信息；控制是指该功能模块执行的条 件和约束；机制则是指该功能模块是由什么来完成的。在IDEF0模型中，一个模块与其他模块间的关系通过互相联结的箭头来表示。而当一个模块被分解成几个子模块时，则用一组编号来表达它们之间的对应关系，如图5-3所示。
2．使用方法
1）在钣金工具（Sheet Metal Tools）工具条上，单击直接展开（Direct Unfolding）图标 ，弹出如图5-8所示的直接展开（Direct Unfolding）对话框。
2）在直接展开对话框中将类型（Type）设置为识别折弯（Recognize Bend），接着在图形窗口中选择零件上的面，然后单击应用（Apply）按钮，这时系统将自动搜索零件中的直弯特征，同时显示在对话框的折弯表中，并带有“*”标记，如图5-9所示，显示内容包括折弯半径、折弯角度、K系数和展开长度，其中的K系数和折弯长度是可以被修改的，系统提供了3种修改方式。
图5-5级进模CAD系统的A0图
（2）级进模结构及零件设计功能模块组成该功能模块包括：模架及标准件设计模块、工作件设计模块、辅助设计工具模块、图样生成模块、标准件及典型结构建库工具等。
图5-6级进模CAD系统的总体结构
图5-7条料排样的功能组成
第二节
一、直接展开（
1．功能概述：利用直接展开（Direct Unfolding）工具，可以自动识别零件上的直弯特征；可以修改折弯的中性层系数K；可以将零件转化为NX钣金零件（只有成为NX钣金零件，才可以进行变形。）；可以定义折弯的预弯角度；可以创建/编辑中间工步的装配结构，该装配结构利用NX的Wave技术，即中间工步之间具有关联性。
定义预折弯
（Define Prebends）
出于工艺角度的考虑，一些折弯往往需要分几次折弯成形，定义预折弯（Define Prebends）工具可以将折弯划分成多个成形步骤，用户可以指定折弯的数目及角度
创建中间工步
（Create Intermediate Stages）
可以创建具有关联性的中间工步，它们以装配结构的形式出现，同时可以指定这些中间工步的排列顺序
4）如果需要定义预折弯，那么将类型（Type）设置为定义预折弯（Define Prebends），在图形窗口中选择需要定义预折弯的特征，也可以在图形窗口中直接选择，如图5-11（a）所示，然后展开定义预折弯（Define Prebends）组，选择合适的折弯数目和角度，如图5-11（b）所示，再单击应用（Apply）按钮，即可完成预折弯的定义。
然后，根据级进模的设计内容及IDEF0模型的分解方法，可将A-0图进一步分解为图5-5所示的A0图。由该图可看出，它清晰地刻划出各功能模块间的相互依赖和相互约束的关系，并对各功能模块的输入、输出、控制和机制给出了明确的说明。这些信息，对指导系统的开发具有重要的作用。
对A0图中的各功能模块，按照级进模设计内容做进一步的分解，可分别得到A1、A2、A3图，如果需要，可对分解图中各功能模块做进一步的分解，直到不能分解为止，它们将更全面、更详细地描述级进模CAD系统。
（3）工程图样生成由于工程图样是模具制造过程中不可缺少的技术文件，为此，需提供相应的功能来快速生产符合要求的工程图样。该功能模块主要包括自动坐标尺寸标注及交互调整、标题栏生成、技术要求及其他相关符号的标注等功能。
（4）模具标准建库工具在级进模设计过程中，需采用大量的标准件和典型结构。由于标准化工作目前还不完善，不同的企业会有不同的标准，因此，级进模CAD系统应提供一建库工具，以使用户可定制符合其企业规范的标准件和典型结构库。该功能模块主要包括：标准件建库、典型结构建库及实例化处理等功能。
在需要修改的数值上双击，即可进入编辑状态，输入新的数值即可。
先选择需要修改的折弯，然后展开定义折弯因子（Define Neutral Factors）组，可以从K系数（K Factor）下拉列表框中选择合适的K系数，这时对应的展开长度将随着更新；当然也可以在展开长度文本框中，输入新的展开长度，这样K系数将随着而改变。
模具结构及零件设计是在条料排样的基础上，确定模具的总体结构以及各零部件的形状及安装方式。在进行模具结构设计时，需首先选择模具的结构形式，包括送料、卸料、顶料、导向及定位等方式的选择，然后确定凸模和凹模的形式（如整体式、拼块式及镶拼式），最后设计其他相关的辅助装置，如安全监测装置、限位装置等。
上述设计内容及过程与其他相关过程的关系见图5-1所示。
钣金零件冲压工艺性分析，主要是判定钣金零件是否适宜采用冲压加工方法制造。采用级进模加工，钣金零件形状必须满足一定的要求，如形状大小、圆角半径、孔间距等。若零件形状不满足冲压工艺要求，则需要修改零件形状,或改用其他加工方法。
钣金零件是由平板毛坯经冲压加工而成，因此，在设计其冲压成形工艺时，需首先将其展开成平面形状，以便确定毛坯的尺寸和形状。展开尺寸的精度会直接影响制品的加工精度。目前，尚未有精确的计算方法，通常是先采用经验公式或数据计算，然后再通过试模逐步确定最后的展开尺寸。
可以用来识别零件中属于直弯类型的折弯，同时可以为特定的折弯指定K系数和展开长度
转换为钣金
（已经识别的折弯转换为NX钣金特征，这一步很重要，只有经过转换后的零件才可以在后续操作中实施展开或者再折弯的操作
合并折弯
（Merge Bends）
可以将中心轴在同一条直线上的折弯特征进行合并，经过合并后的折弯特征将在后续的操作中一起变形
第五章
第一节
开发任何CAD系统，首先必须对所开发的系统进行功能需求分析，以确定系统的范围、功能、输入、输出、需解决的关键技术问题等。对于级进模CAD系统而言，其功能需求分析一般包括以下内容：①分析级进模的设计内容及一般过程；②建立系统的功能模型；③确定系统总体结构。
一、级进模设计内容及过程分析
级进模设计主要包括：钣金零件的冲压工艺性分析、毛坯展开、毛坯排样、条料排样、模具总装结构设计、工作部件设计、辅助装置设计、零件详细设计等。
（2）模具结构及零件设计模具的总装结构决定了模具零件的形状及尺寸，同时模具零件反过来又会影响模具的总装结构。为保证设计结果的一致性，同时使设计过程符合设计人员的习惯，模具结构及零件的设计采用自顶向下的设计方法，设计人员直接在装配结构中设计相关的模具零件。该功能模块主要包括模架设计、工作件设计（凸模、凹模等）、标准件设计及辅助装置设计等功能