An integrated manufacturing system under microcomputer for advanced multi－station progressive dies was introduced. An open and integrated mechanical desktop was selected as the integrated system platform, to connect to the integrated special design software and the technological design CAPP system that are integrated seamlessly with the system platform and to the CAM system that is matching with the manufacturing equipment WEDM. As the core part of the integrated manufacturing system, the system platform makes scientific manufacturing management under the general plan of the management information system. Thus the quality of the design and manufacture of progressive dies was improved, and the efficiency and the manufacturing automatic level increased.
Key words multi－station progressive die, CAD/CAPP/CAM, integrated manufacturing system
1 引 言
多工位级进模属于高速精密模具，可以在500～1 000次/min的条件下稳定工作，广泛用于轻工、电子、家用电器等行业。由于冲压零件千差万别而导致模具的单件生产性，模具生产要历经产品的零件造型、冲压工艺分析、模具结构设计、工艺设计、模具制造、模具装配并试模一系列新产品设计的全过程。且多工位级进模结构与一般模具相比更复杂，导致模具生产周期
、成本高、难度大。许多未知因素在试模前不可预料。由于高速多工位级进模的核心工作零件均经过精密加工而成，成本高，一旦发现问题，将造成很大的损失。因此，为了适应产品更新换代的加快以及高质量、高效益的要求，在统一的软硬件平台上，建立计算机集成制造系统，使模具生产从模具设计——加工——装配实现一体化，结合企业加工资源及负荷能力，快速、准确地完成整套模具的生产，对模具企业意义十分重大。
随着微机性能不断提高，价格急剧下降，微机已成为计算机应用与发展的主流。由于其性能价格比高，易于被大多数企业所广泛使用，所以选择微机为硬件平台。而平台软件的选用必须具有开放性、实用性。Auto CAD R14及Mechnical Desktop(简称MDT)具备开放结构的优势，体现在Auto CAD提供二次开发所需要的接口，语言工具及技术支持。因此，选择其作为平台软件，结合生产中各种设备的配备及其性能指标安排加工工艺及加工路径，应用CAD/CAPP/CAM技术，优化工艺过程及模具结构，缩短模具制造周期，提高产品质量。
2 多工位级进模集成制造系统工作流程
多工位级进模集成制造系统工作流程图如图1所示。
图1 多工位级进模集成制造系统工作流程图
(1)模具设计。
模具设计包括以下内容：①产品零件结构及工艺性分析；②送料步距及排样设计；③模具结构设计。
首先，模具设计之前，在MDT上，建立产品零件的三维设计模型。设计模型
冲压工艺设计、模具设计、零件制造的基础模型，它关系到模具开发的成败。用MDT强大的
数化实体造型功能，克服了二维图表达三维信息的局限性，精确表达零件结构，为以后的模具设计提供精确的模型。
然后，以产品的模型为基础，充分考虑产品零件的结构、性能要求及工艺性和用户所提出的寿命、精度、成本等要求，根据工作零件的材料冲裁性能、冲压条件，利用多年从事模具设计及加工的经验和设计理论，对其进行工艺性分析，确定冲压工艺，提出模具结构设计方案，反复验算，以决定最佳模具结构类型，利用模具CAD专用软件SS(Striker Systems)确定模具步距及定距方式。送料步距及定距方式确定后，进行条料排样图的设计，排样是进行模具设计的重要依据，利用SS_Stripe Design进行优化排样。
样就确定了：①模具的工位数；②被冲制零件各工序的安排及先后顺序；③工件的排列方式；④送料步距、条料的宽度和材料利用率；⑤导料的方式、弹顶器设置和导正销安排；⑥模具的基本结构。
最后，根据排样图进行模具具体结构的设计。充分利用MDT三维实体造型功能和参数化设计功能，一改以往自上而下的设计方式，而以零件造型及其排样图作为基础，在其上展开模具零件的设计工作。参数化驱动可以很方便地改变模具的结构尺寸，而装配约束、干涉检查可以使模具在设计阶段就避免干涉现象的发生。模具设计不仅生成模具三维装配实体和零件，而且自动关联地生成三维装配场景图，显示出整副模具的逻辑结构和几何结构，用来指导装配作业。从实体生成二维工程图，用来指导加工和作为管理用的电子图档。模具实体模型、场景、二维工程图互相关联，只要改变模型，相关部分可以方便地得到更新，而不用一一去修改。作为设计结果，它们在后续的工艺设计和实际制造过程中起着重要作用。
模具设计完成后，整副模具包括：①标准件类零件；②外协件；③工作零件。标准件类零件在设计过程中，由设计
员选用并自动创建标准件表，标准件表包括各种标准件的信息可以直接进入管理信息系统，由管理人员安排采购部门订购。外协件是指非标模具零部件，如非标模架、导柱、导套、保持圈等和一些自身加工有困难的零件如导料钉、导正钉等。凡自身装备不适宜加工的零件归于此类，设计人员提供外购件零件图及材料、热处理等技术要求。其信息进入管理信息系统由管理人员安排外协加工。工作零件为自行加工的零件，设计中生成二维工程图，生成材料表， 热处理工艺要求以及与加工系统相关联的信息，设计过程中可以对此进行编辑，如增加、删除零件，与外购件相互渗透。这部分零件信息作为CAPP系统的输入，经过工艺设计后，变成指导生产的工艺信息，进入实际加工过程。
(2)模具CAPP与制造。
模具制造必须涉及加工工艺的制定，以往的模具即使采用了CAD软件，但大多以甩图板的功能为主，加工过程还要由工艺人员制定工艺方案，到每一工序时，由各自机床的操作人员或工艺人员编制程序，数据共享程度低，由于模具制造的单件性，工艺人员对每副模具的每个零件均要进行工艺编制，增加了人为失误。CAD与CAM相联系的桥梁CAPP系统改善了模具的整个加工过程。
模具设计完成后进入CAPP系统模块，该模块与CAD集成可以部分共享设计数据。CAPP包括模具零件从备料到最终成品零件加工的整个工艺处理过程，对每个零件来讲，均包括根据零件材料性质及技术要求确定其工艺方案，生成相关工序图和工艺指导文件。如凹模板的工艺设计：①根据CAD的设计信息，取得零件的材料特征，确定备料尺寸。②不同的材料其工艺性不同，须根据材料特征确定其工艺路线，例如硬质合金不用热处理和机加工，直接进入电加工，如是合金钢和碳钢则需要相应的机加工和热处理过程，安排各加工手段的顺序，热处理所在的工序等。③按工艺路线对每一工序分类并进行详细工艺设计：机加工部分确定所用机床、夹具、刀具、工序尺寸确定及工序图生成，比如磨削时须确定采用平磨还是坐标磨或成型磨削，选用的机床型号、磨削用的砂轮、装卡工件的夹具，磨削余量是多少，分几次磨削；热处理工艺则确定所采用热处理方法，是淬火还是调质，是高频淬火还是真空淬火，淬火硬度如何保证，去哪里进行，时间安排；电加工部分分电火花成型加工和线切割加工两种工艺，电火花成型加工要选择机床，进行电极设计，确定电极的加工方法，电规准的选择，工件装卡定位方式，数控程序编制；线切割加工部分要确定线切割机床的型号，电规准，丝的型号，穿丝孔的位置，线切割数控程序计算机自动编程等。由于在多工位级进模加工中，慢走丝线切割是必不可少的加工工艺手段，而其程序的编制需要做大量的数据转换工作，极易出现问题，为此，开发了线切割CAPP系统，通过该系统，可以将Auto CAD模具设计信息直接传递给线切割编程系统，从而实现数据共享，避免了人为误差的出现。
(3)装配。
由于MDT具有三维造型功能，由其生成的场景图(也称爆炸图)直观、准确地表达了各零件之间的装配关系以及装配顺序，MDT可以对装配模型中的零部件进行干涉检查，在装配时可以完全避免干涉发生，使得装配工作简单易行。
3 系统集成
3.1 系统集成框图
整个集成系统完全基于Auto CAD软件平台，Auto CAD的开放结构使得可以以其为平台进行二次开发，且有众多的增值开发商为用户提供可以与之无缝连接的专用软件，因此，以Auto CAD作为集成平台，可以实现数据共享及数据无缝连结。系统集成框图见图2
图2 系统集成框图
3.2 集成系统组成及各部分功能
本集成系统由平台软件、模具设计与分析专用软件、模具加工CAPP系统、数控编程系统和管理信息系统组成。下面对各部分功能作一简单介绍。(1)平台软件Auto CAD及MDT。
AUTO DESK公司的Auto CAD R14和MDT R3.0的数据库用于存放所生成图形的几何信息和其他有关信息，该数据库的结构允许用户建立自己的“非图形信息”，以便在一个DWG中分装尽可能完整的设计数据，从而将DWG构造为设计信息数据库，那些无法用图形来表达的数据，如计算过程和结论、设计说明、工艺数据、局部特殊结构的工艺要求，以及从属于图形对象的应用程序等等都可以用“属性”或“扩展的对象数据库”或“词典”来保存和使用。与MDT“无缝集成的”分析、加工、数据管理软件都从其数据库中提取所需信息。
因此，以AUTO DESK公司的Auto CAD和MDT作为系统的平台软件，进行模具结构设计到零件工程图整个过程的处理，实现了2D与3D之间双向集成，应用智能化、参数化的设计以及与设计工艺过程分析的不断交互，设计出整副模具。
(2)模具设计专用软件(Striker Systems for Auto CAD)。
用Auto CAD的增值软件Striker Systems中的Stamping Die Design System(Die Professional)来进行模具设计。SS软件由SS_Design、SS_Unfold、SS_Strip Design、SS_Die Design、SS_Draw Form等模块组成，分别用于快速生成2D和3D产品零件图、3D零件展开、条料自动排样和优化、优化的模具设计、根据模具模型自动生成零件图、材料报表，可以帮助设计人员完成整副模具的设计。
(3)设计分析。
由于多工位级进模排样设计是多工位级进模设计的关键，用SS_Stripe Design的优化排样功能以保证工位安排的合理性和较高的材料利用率。对于复杂零件的拉伸计算、弯曲展开及回弹计算由计算机自动完成。
用MSC/INCHECK FEA对模具工作零件在冲压过程中的受力情况和变形进行有限元分析，以校核工作零件的强度和刚度，根据分析结果修正工艺和模具结构设计，以科学的计算代替经验，提高设计的可靠性。
(4)模具加工CAPP系统。
对模具的零件进行工艺处理，根据零件的技术要求，结合生产资源的具体情况及负荷能力确定加工工艺路线，生成各个工序相应的工序图及工艺指导文件，在各加工工序中使用，并进行工艺文件管理及工艺过程控制。在此模块中包含了对模具整个加工过程的工艺管理，部分实现了CAD到CAM加工数据的无缝连接，工艺的直接确定，以及加工过程的仿真模拟，确保加工零件的精度及加工过程的合理安排。
(5)数控编程系统。
利用专门为本系统开发的计算机数控编程系统CAM_GPT，可以很方便地将需要进行NC编程的零件图形DXF文件按机床要求的格式输出NC代码，由工控计算机直接传给数控机床进行实际加工。
(6)管理信息系统。
模具整个生产过程，不仅是本生产系统进行设计及制造的生产管理过程，还与外界发生各种各样的联系，如标准件的定购、外协件的生产厂家及客户、成本计算等。这些管理和安排工作在管理信息系统的辅助下，由管理人员来完成。
4 结束语
本系统充分利用了Auto CAD软件平台的开发功能，将生产过程进行了系统化的集成，可以提高模具的生产效率，缩短生产周期。由于在模具设计到加工过程中始终采用统一的数据，可以避免工作中尤其是数控编程的人为失误。由于受自身条件所限，数据的无缝连接目前仅限于慢走丝线切割部分，其许多扩展功能还有待于进一步完善。
吴桂琴（北京市电加工研究所北京 100083）
郝洁（北京市电加工研究所北京 100083）
任蒋恒（北京市电加工研究所北京 100083）
参 考 文 献
1，肖祥芷.冲压工艺与模具计算机辅助设计.
防工业
出版社，1996.
2，赵良才.计算机辅助工艺设计.机械工业出版社，1998.
3，董逸生.CIMS中的数据库技术.机械工业出版社，1997.
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