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　　1　機械液壓拉深的機理與軟件設計

　　1.1　機械液壓拉探的原理與壓力曲線

　　對深杯形件，沖壓加工通常采用多次拉深工藝，不但加工周期長，而且表面粗糙，壁厚不均。為了提高金屬沖壓件的質量，我們采用如圖1所示的機械液壓拉深方法，在沖頭下行的過程中，通過調節液壓腔和壓板的壓力加工出合格的零件。這種加工方法的實質是增大凸模與坯料的有利摩擦，抑制危險斷面的局部變薄；消除坯料與凹模表面的有害摩擦；通過控制壓邊力及液壓壓力變化等，在保證不起皺的前提下使筒壁拉應力最小化，從而明顯減少了拉深次數，并由此減少了模具和加工成本，提高了生產效率。由于工件的外表面總是處在液壓腔中，因此工件無需其它表面處理工序即可獲得良好的表面質量。同時，工件的形狀由沖頭的形狀決定，簡化了凹模制造工藝。

　　在工件的加工過程中，液壓腔內液壓力的控制是生產合格產品至關重要的一環。液壓腔的壓力如果控制在圖2所示的工作區域內就可加工出合格的產品。壓力過大，工件就會產生裂紋，壓力過小，工件就會產生皺折。因此我們需設計一機械液壓拉深輔助成形軟件系統來優化加工過程。

 
圖1　機械液壓拉深示意圖

圖2　沖頭和壓力曲線關系圖

　　1.2　機械液壓拉深輔助成形系統的軟件包功能

　　本軟件系統研究和提供一種方法，它可獲得、積累、分析和優化每一特定被加工工件的工藝參數和壓力曲線。這個軟件系統作為一種工具將這種方法集成為一個軟件包。用戶可輸入一些基本幾何原型和一些復雜的幾何形體組成一個組合體，并輸入其技術參數和壓力曲線，軟件包將儲存和管理這些工程數據。當用戶需要加工一個工件時，他可輸入新工件的幾何和加工信息，通過編碼技術，軟件包將在數據庫中檢索到一些最為類似的工件的加工參數和壓力曲線，將這些類似工件的加工參數和壓力曲線作為參考模型，用戶能調節和計算出一個更適合于新工件加工的工藝參數和壓力曲線。通過實驗方法，我們可測試這些加工參數的可行性。如果它們仍不適應新工件的加工，我們將繼續計算、模擬和調整新的加工條件和壓力曲線。如果它們適應于新工件的加工，我們將新工件的加工編碼、加工參數、壓力曲線儲存到這個工程數據庫中。新工件的這些加工信息將成為這個數據庫的一部分。當更多的有限元模擬的工件加工和成功產品的加工信息儲存在這個工程數據庫中，則日益積累的數據資源將成為這個系統的集成方法的基礎。

　　1.3　系統的軟件和硬件環境

　　機械液壓拉深輔助成形系統的硬件環境為一個PC586(233MH)的微機，它帶有一個4.2G的硬盤和一個CD驅動器。我們采用Windows95作為操作平臺，開發軟件用Borland C++5.02和它的數據引擎，數據庫為Paradox，畫圖軟件為AutoCAD V.14。

　　Windows95具有良好的網絡功能，連在同一網絡上的微機可共享其硬件和軟件資源。我們可方便地把用于數據處理的微機和用于DNC加工的微機連接起來。

　　Borland C++5.02是一個非常高效的軟件開發工具，它提供Windows對象庫(OWL)以用于Windows界面的設計。它還提供其數據引擎和數據庫管理控件以方便地與工程數據庫相連接。它同時具有非常豐富的多媒體和通信函數。它為深拉液壓輔助金屬成形系統的開發提供了一個強有力的開發工具。

　　2　軟件框架與設計方法

　　2.1　軟件框架

　　本系統的軟件框架如圖3所示。加工工藝的工程數據庫主要由三種方式產生：a.由有限元軟件包ABAQUS等仿真加工而得到工藝參數和壓力曲線；b.由板材加工廠家輸入已合格產品的幾何形狀、工藝參數和壓力曲線；c.由新零件尋找出類似工件的工藝參數并加以修正，通過實際加工驗證得到加工信息。軟件提供良好的用戶界面和工程數據庫處理能力。它將工程數據處理和工程圖形的顯示良好地溶合為一體。圖4是液壓輔助金屬成形系統的主界面之一。

圖3　液壓輔助金屬成形系統的軟件框架

圖4　機械液壓拉深金屬成形系統主界面

　　2.2　工件的加工編碼

　　工件的加工編碼將被用于工件加工信息的儲存、尋找、分析和歸類。當我們從屏幕上選擇相應的表達幾何和工藝參數輸入的圖標菜單時，軟件系統將自動構造工件的加工編碼。我們定義工件的加工編碼為：

　　材料編碼│厚度編碼│幾何結構編碼│加工條件編碼│…i編碼

　　我們用數字定義工件加工編碼的每一場域。如果兩個工件在同一場域有相同的數字，這意味著它們在這一場域有相同的幾何或技術參數。兩個工件在同一場域的數字相差越小，則它們在這一場域有更多的幾何或工藝類似性。當我們要制造一個新的工件時，通過交互方式輸入工件的幾何和技術參數，系統可自動產生工件的加工編碼，通過下述公式，我們可查詢出最為類似工件的技術參數和壓力曲線：

　　Bi是i場域在整個編碼中的平衡因子，它取決于這個場域在整個工件加工編碼序列中的影響程度。Ci是新工件在i場域的編碼，OCi是老工件在i場域的編碼。如果軟件系統工程數據庫有1?000個老工件的經驗數據，系統將在每一場域比較新工件和老工件1?000次，并得出DltCode。DltCode越小，新老兩個工件的幾何和技術參數越類似。當我們查尋出較為類似的一些工件后，系統將給出類似工件的加工編碼和技術參數。當然新工件和老工件在幾何和技術參數上有一些差異，我們將調整這些參數以適應新工件的加工。系統將產生的新的技術參數和壓力曲線作為加工過程的技術參考。通過其機械控制和DNC加工系統，我們將實驗新工件的技術參數和壓力曲線。如果這些參數仍然不適應新工件的加工，我們將根據工件的打皺、裂縫和表面質量現象繼續調節這些參數以獲得最佳的加工技術參數和壓力曲線。如果這個制造系統是一個DNC閉環控制CAM系統，這個調整過程是非常快的。當獲得高質量工件的技術參數和壓力曲線后，這些工藝參數和加工編碼將儲存到數據庫中。這些制造工藝信息是可重復使用的歷史和關系數據庫，適應于新工件的工藝參數將被CAM系統或機械液壓控制系統所使用。

　　2.3　軟件包的主要功能和實現技術

　　軟件包提供的一些主要對話框介紹。

　　a.模型構造對話框。它是提供給用戶構造幾何模型的工具，用戶輸入各種幾何模型的參數，然后輸入模型的文件名，系統將通過*.SCR接口文件將它們轉換成AutoCAD的幾何模型，用戶還可將它們裝配成一個組合體。AutoCAD的圖形有*.DWG、*.WMF、*.BMP和*.DXF這些文件格式。通過OLE自動化技術，這些幾何圖形將自動顯示在主窗口中。

　　b.曲線繪制和曲線類型選擇對話框。通過鼠標或鍵盤輸入各種壓力曲線的型值點，也可由工程數據庫讀入壓力曲線的型值點。曲線采用三次參數樣條擬合而成。各條壓力曲線的區域陰影由程序自動繪出。壓力曲線包括液壓腔壓力曲線、壓板壓力曲線等。

　　c.演變曲線對話框。當我們尋找出最為類似工件的加工編碼和其它加工參數后，我們將它們作為一個參考，通過調整類似工件的各個參數以適應新工件的加工，通過經驗公式和實驗，我們將得到新工件的壓力曲線和工藝參數。某一類型的新的壓力曲線由原壓力曲線演變而來，有時只要調整一個參數，有時需要調整幾個參數。演變曲線對話框是提供給我們進行工藝參數修改和調整壓力曲線的工具。

　　d.壓力曲線輸出對話框。為了加工的需要，我們將顯示和打印壓力曲線坐標，用戶還可在對話框中編輯和儲存這些坐標。輸出的壓力曲線坐標主要用于非DNC加工系統。

　　2.4　軟件系統采用多文檔文件管理

　　為了數據處理和圖形繪制的一體化，軟件系統采用多文檔的Windows界面。其中*.PTS用來儲存壓力曲線和OLE對象，OLE對象包括AutoCAD圖形、位圖和Windows的圖元文件。*.XY用來以文本格式儲存每條曲線的坐標。*.DB用來儲存工件的加工編碼和技術參數。所有這些數據都可在該軟件系統提供的窗口中加以編輯。

　　3　結　論

　　我們已成功地開發出機械液壓拉深輔助成形系統的軟件包，該軟件包集數據管理、圖形繪制、加工編碼處理為一體。我們將繼續在下列兩個方面展開進一步的研究和開發。

　　a.設計實時DNC控制系統。盡管我們可以輸入、輸出和尋找出合理的經驗曲線和加工參數，但液壓輔助金屬加工過程是非常復雜的，它受許多加工因素的影響。為了生產出高質量的產品，我們將開發液壓輔助金屬成形的實時控制系統。結合工程數據庫查尋，通過調控工藝參數和設計自適應的閉環系統，可快速和穩定地尋找、修改和控制各種加工參數和壓力曲線。

　　b.開發表面質量和尺寸誤差分析的程序。通過三維測量儀器可測量出工件的尺寸，并通過網絡系統將這些數據輸入到這個軟件系統中，通過設計接口文件和OLE自動化技術，在AutoCAD中顯示被加工工件的圖像，工件的理論和實際被加工幾何形狀還可在3DS中顯示出來。我們可在可視虛擬空間中畫出其誤差曲線和曲面。誤差分析程序將為生產高質量的產品提供可靠的保證。