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第一章绪论第一章绪论1.1选题是基于模具在产品制造过程中的重要作用。模具设计的水平在很大程度上决定了生产率。有效的模具设计可以减少资源调整的次数和时间，为生产计划和调度提供更多的优化空间，达到提高生产效率的目的[1]。模具设计是装配系统的重要组成部分，影响着产品生产的效率和质量。对模具设计进行深入研究具有重要意义。模具行业是工业的基础行业，模具广泛应用于工业的各个领域。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯等产品中，60%-8%的零件必须由模具成型。模具生产零件的高精度、高复杂、高一致性、高生产率、低消耗是其他加工制造方式无法比拟的。模具也是“利益放大器”，模具生产出来的最终产品价值往往是模具本身的几十倍甚至上百倍。模具生产的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和效益以及新产品的开发能力，成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志[3]。模具作为工业生产的基本工艺装备，在国民经济中发挥着重要的作用。近10年来，模具CAD技术发展迅速，应用范围日益扩大。模具CAD技术为模具设计和制造提供了一种高效、经济、快速的方法，大大提高了模具的质量，缩短了模具的设计和制造周期，降低了模具的成本。目前，国内外有很多模具CAD系统。这些系统虽然具有很强的分析计算能力和图形处理能力，但是可以提供交互设计。然而，在这些系统中，模具设计过程主要是通过人机交互来进行的，大多数设计依赖于操作者的设计经验。计算机只是进行一些规则匹配和计算工作，而前人成功设计的模具却无法得到有效利用，导致模具设计周期长，成本高，开发效率低。基于案例推理的模具设计可以使设计者利用以往的设计经验，通过组合和修改以往的设计方案，构造出新的设计方案。同时，在实际生产中，已经出现了许多模具零件类型和装配关系完全相同的模具族，这些模具族可以成为新设计的基础。CRB技术摒弃以往抽象知识规则的构建和计算，直接借助已有实例解决问题，通过旧实例的确认和修正来实现新模具的设计[7]。在案例推理系统中，以往的经验按照某种组织结构以实例的形式存储在案例库中。当要解决一个新问题时，通过相关属性，用合适的算法搜索案例库，找到一个或几个与新问题最相似的例子，然后修改这些例子来解决新问题[9l。在模具设计中应用CRB方法，在设计中利用计算机模具大脑的思维活动，完成了以往由设计师完成的任务，既充分利用了模具专家的设计经验，又符合工程中的实际情况和人类的思维习惯。同时，用这种方法得到的模具是基于以前的成功实例，从而降低了新模具不能正常工作的可能性，缩短了开发周期。1.2模具CAD发展现状及趋势1.2.1模具CA。国内外系统发展概况模具CAD系统是随着D技术和现代设计理论与方法的发展而发展的，从最初的基于二维图形技术的系统发展到以三维图形技术和特征配置为特征的110阶段。60年代末，国外开始用D研究模具，70年代初投入生产。如1973，美国Diecomp公司成功开发了级进模计算机辅助设计的PDDc系统['21]。系统已经包含了产品图形和材料特性的输入:在输入的基础上进行模具结构选型、模具排样、凸模和其它镶件设计；最后，绘制模具装配图和零件图进行数控编程。1978年，日本机械工程实验室开发了冲裁级进模CAD系统，由产品图纸输入、模具选型、毛坯排样、排样、模具排样、工艺计算、绘图等10模块组成。20世纪80年代，随着计算机技术的发展，使用模具CAD技术的制造商数量大大增加。在弯曲级进模和汽车覆盖件模具CAD系统中，应用了塑性成形模拟技术。代表是日本日立公司在1982开发的弯曲级进模D/ M系统，采用手工和计算机设计相结合的批量方式。20世纪90年代出现了许多商业CAD/CAM系统，如Pro/E和SolidWorks。由于我国计算机技术发展较晚，模具CAD的研究始于20世纪80年代。华中科技大学、机电研究所、上海交通大学等单位已经开始了冲裁模系统的研究。90年代中期，华中科技大学基于特征设计的级进模CAD系统是这一时期的代表。1.2.2模具发展趋势曹近年来，全球制造业正在向亚太地区转移，中国正在成为世界制造业的重要基地[3] L .制造方式的变革必然产生对新技术的需求，推动CAD技术的发展；网络技术的普及将在更大程度上改变我们的生活和生产方式。随着中国加入WTO，要求我们的产品要有创新性，要有更高的质量和更低的成本，要在更短的时间内提供给用户[4l1。作为产品制造的重要工艺装备，作为国民经济基础产业之一的模具行业将面临竞争的第一线。模具行业除了需要“高技能”员工外，更需要“高科技”。(1)协同创新设计将成为模具设计的主要方向。制造业的垂直一体化模式，使得全球范围内的产品销售、产品设计、产品生产、模具制造之间的分工更加明确。为了缩短产品上市周期，使模具设计充分了解产品设计，模具设计在产品设计阶段同时开始，产品设计工程师和模具设计工程师需要尽快进入协同设计状态。另外，模具厂家需要的模具标准件一般都是由模具标准件厂提供的。最好在模具设计阶段参考各种标准，充分利用模具标准件厂提供的数据进行设计。因为制造过程各个环节使用的CAD系统不一定相同，这就要求D系统要有协同的能力，能够随时交换上下游数据，能够处理其他数据，规范数据生成和处理。目前，模具制造商已经广泛采用数控加工技术。为了保证加工质量，提高加工效率，改进制造工艺，相当多的模具制造企业开始采用多坐标数控加工、高速铣削加工和基于快速原型的模具制造。由于制造设备的丰富和制造信息的增加，未来的制造信息将不仅仅是数控编程的代码，更重要的是从设计之初就考虑制造工艺，即提供模具制造的工艺流程，不仅包括工艺表和加工参数，还包括模具加工的夹具设计、加工的装夹工艺和各工序的代码。每个过程都是模拟的，利用网络实现* * *享受。(2) ASP模式的模具CAD技术将成为发展方向。今天的模具行业已经成为一个高科技密集型行业。任何一个企业掌握所有的先进技术都会非常昂贵，而培养和留住掌握这些技术的人才会非常困难。于是，模具CAD的APS模式应运而生，即拥有各种专门技术的应用服务单位为模具企业提供技术服务。这样全社会就形成了一个大的模具制造企业，会根据价值链和制造流程的分工，最大限度地利用制造资源。应用服务包括快速成型、CNC外包、模具设计、模具成型工艺分析等。在过去的20年里，由于新技术的不断采用，模具制造已经远离了人们记忆中的“手工作坊”。2.3模具的特点和优势CAO系统(1)模具设计的特点不同于传统的单一零件的设计。模具是多个零件的组装，模具设计是一个极其复杂的过程，包括产品建模、工艺分析、模具方案制定、模架选择、模具装配图设计、工作零件设计、辅助装置设计和详细零件设计等。要求能生成最终装配图、装配图和模具。b、一般来说，模具加工零件的工序很少，大部分是一次成型的，所以模具的形状一定要有被加工零件的所有细节。c .模具设计的重复概率高，所以模具CAD的几何模型要能反复更新，及时修复。(2)模具CAD的建模特点【4】模具cAD建模技术是一种精确的建模技术，分为实体建模和曲面建模:a .实体建模技术对于结构简单的模具可以满足设计要求，但对于结构复杂、细节描述精度要求高的零件，如绘制曲面、曲面圆角过渡、型腔设计等还不够。b .曲面建模技术是从不同的曲面构造特征生成光滑的曲面模型。主要包括多曲面等变圆角过渡处理技术、自动曲面修剪技术、曲面编辑技术、曲面分析技术、光顺处理等核心技术，可以辅助实体建模技术完成模具设计中所有细节的设计。曲面造型技术适用于外观复杂、细节描述精度高的产品模具设计。(3)模具CAD的优越性[]模具CAD的优越性赋予了其无限的生命力，使其得以迅速发展并得到广泛应用。无论是在提高生产率和质量方面，还是在降低成本和劳动强度方面，D技术的优越性都是传统模具设计方法无法比拟的。ACD可以提高模具设计的质量。在计算机系统中，储存了各种相关专业的综合技术知识，为模具的设计和工艺的制定提供了科学依据。计算机与设计师的互动有利于发挥各自的特长，使模具设计制造过程更加合理。CAD可以节省时间，提高生产率。设计计算和绘图的自动化大大缩短了设计时间。质量提高，可靠性增强，装饰时间明显减少，模具交货时间大大缩短。计算机辅助设计可以大大降低成本。计算机的高速运算和自动绘图大大节省了人力和电力。优化的设计节省了原材料。D.CAD技术把技术人员从繁琐的计算和绘图中解放出来，从事其他创造性的工作。1.3论文的研究内容系统地提出了基于案例推理的模具设计理论和方法，深入研究了CRB技术在模具设计中的应用。在理论研究的基础上，开发了基于案例推理的模具设计系统，有力地证明了CRB技术的应用可以提高模具设计的效率。本文的研究内容主要包括:第一章:绪论:概述了本文的研究意义，介绍了课题的来源和背景，简述了CRB技术在模具设计中的应用，研究了国内外模具CAD的概况和发展趋势。第二章是模具CAD系统的总体设计，主要包括模具CAD的流程分析、系统需求分析、系统结构定制和功能模块划分。第三章描述了基于案例推理的关键技术，详细介绍了案例表示、案例检索策略和案例存储等关键技术。第四章:基于实例的模具设计:介绍了模具实例表示的内容和方法，提出了模具实例的存储和检索方案。第五章是原型系统的开发:介绍了UG开发平台和工具，描述了系统的业务流程。第六章结论与展望。对本文的研究内容进行总结和展望。