步冲CAPP系统中冲裁模拟的模型建立及实现

    0前言
   
    传统的数控步冲压力机加工时，其工艺决策，如冲头的选择是否合理、冲裁结果是否满足生产要求，一般是靠操作者的经验来把握，生产效果也只有通过实际加工来检验。这种方法对一线操作人员的工艺水平要求高，并且耗时长、风险高，所以在实际加工前，通过步冲CAPP系统对冲裁过程进行预先加工模拟就显得很有必要。
   
    步冲CAPP系统的冲裁模拟主要达到如下目的:1)通过模拟找到最佳的冲裁加工方案。检验步冲方案是否合理一个主要依据是冲裁效率最大化原则，即要选择合理的冲头类型组合，以最优路径在最短时间内完成冲裁件的加工；2)在模拟的基础上，实现对冲裁加工信息的显示、记录、管理及传输，为系统后续的加工数控代码自动生成提供原始数据信息，这也是实现步冲CAPP/NC集成的关键所在。
   
    1冲裁模拟的约束条件及原理
   
    实现冲裁模拟的前提条件是要建立科学的冲裁模拟数学模型，并给出合理的冲裁边界约束条件。冲裁模拟的约束条件从总体上来讲可以分为几何边界约束及工艺约束，由于冲压件厚度相对于长宽尺寸可以忽略，所以其模型可以看作是二维的，其几何边界约束主要有冲裁件几何轮廓、冲头形状、冲头尺寸等。圆冲头冲线轮廓段的几何模型图如图1所示。
   

    冲裁模拟的工艺约束主要有冲裁件截面质量、冲头运动步距、运动方向(如本系统规定冲裁内轮廓沿顺时针，冲外轮廓沿逆时针)、冲头运动的边界约束、冲头在不同轮廓段间的跳转约束等。
   
    要保证模拟的真实性，就要在系统环境下建立科学的冲裁件几何模型。冲裁件模型是根据系统图形窗口的尺寸，将零件的实际尺寸按照一定的比例进行缩小或者放大，在图形窗口中显示出来，关于冲裁件CAD信息如何传入CAPP系统作者在其它文献中已有论述。为了保证模拟的真实性，就要处理好坐标原点变换和图形显示的比例，一方面要确保冲裁件的轮廓元素均要显示出来，另一方面要保证图形在X,Y轴方向比例不失真。设冲裁件有N个轮廓段，令其轮廓的边界点，即左下角及右上角坐标分别为(Xmin, Ymin) , (Xmax, Ymax)，则有
   

    当轮廓段为弧段时，由于取的是圆弧的起点与终点，考虑到圆弧的曲率半径R，则在取极值前令Xi= Xi±R,Yi=Yi±R。为了保证图形的横坐标放缩比例与纵坐标放缩比例一致，在极限坐标值上可以做如下修正: