第一章 绪论
1.1 组合模具简介
组合模具是在模具模块化基础上，针对不同工件对象迅速装配成各种专用模具，这些模具元件相互配合部分的尺寸具有完全互换性。模具使用完毕后，再拆散成元件与组件，因此是一种可以重复使用的模具系统。
1.1.1 组合模具与专用模具的比较柔性化组合模具
相对传统结构模具在经济性、柔性化程度及制造周期等方面具有明显优势，比较情况如下:
1、 经济性比较
传统的落料冲孔模具采用整体式铸钢底板，能对此冲模底板铸造和机加工的厂家，国内仅有齐齐哈尔第一重型机械集团、四川德阳第二重型机械集团、河南洛阳拖拉机厂等屈指可数的几家。因此，整体式铸钢底板的费用较高，一套在 100 万元左右。而柔性化组合模具方案对落料冲孔模具采用安装板上装小模具的方式，安装板采用铸钢件(ZG45)，形状简单，加工方便;而小模具底板一般采用球墨铸铁件，很多公司内部的铸造厂和模具厂便可进行铸造和机加工，安装板和小模具底板的合计费用不到整体式铸钢底板的 60%。传统的冲模所能生产的零件尺寸单一，无法生产系列化尺寸零件。而采用柔性化、模块化的组合冲模后可以很好地解决这一问题。
2、 柔性化程度
比较组合模具相对于传统模具而言柔性化程度高的多，具体表现在：
（1）一套模具元件可以根据不同的产品工艺要求进行拼装，从而满足多品种的生产要求。
（2）模具换型方便，如落料冲孔模的组合模具在安装板上仅靠定位销定位和大型螺栓联接即可。此外，组合模具可根据需要在安装板上进行不同组合，以满足不同品种的生产。
（3）模具换型快捷，一套组合模具换型时间仅需 30 分钟左右。而传统结构模具要进行换型，所有的凸凹镶块、固定板等都要挪位，换型难度很大周期较长，一套模具换型时间需 4 个小时以上。
3、 制造周期
比较采用传统模具设计方案，其整体式铸钢模底板的铸造和机加工难度较大，制造周期相应较长，如整体式铸钢模底板仅时效处理就得半年以上。而采用组合模具结构，由于其是由小型的标准元件拼装而成的，所以只需要挑选合适的标准元件进行拼装即可，因此，组合模具的制造周期要短得多，相应也缩短了新产品的生产准备周期，为新品尽快占领市场创造了条件，也会产生巨大的经济效益。
1.1.2 组合冷冲压模具的使用范围和技术参数
组合冲模能够胜任对于一般复杂程度的中、小型冲裁、剪切、弯曲、翻边等，冷冲压件的加工，以及若干工序的复合模具、级进模具等。组合模具的主要技术参数见表 1-1 所示。
组合模具与专用模具虽然相比具有诸多的优越性，但是目前基本上是依靠专业厂家有经验的设计人员进行组装设计，对于不熟悉各种标准元件基本用途的非专业人员，不可能设计出结构合理、精度高的模具组装方案。因此势必极大地妨碍了组合模具的推广、应用和发展。为此，一些企业开发了“组合模具 CAD 系统”试图解决此问题，然而此类软件基本上只限于建立模具元件库、模具的三维造型以及文件管理等功能，目前仍然没有一种组合模具 CAD 系统能够基于冲压件的信息并综合专家的经验，实现组合模具结构自动生成的智能化设计。因此需要研制开发“智能化组合模具的虚拟拼装系统”，来完成自动选择元件，自动拼装等功能，提高组合模具设计的自动化水平和智能化水平，以提高企业的快速反应能力和市场竞争能力。“组合模具智能化设计系统”是将组合模具的设计理论和相关专家的经验结合起来，研究出组合模具结构智能化设计的原理和计算模型，实现组合模具的计算机智能化虚拟设计的专业性应用软件。该软件系统将提高组合模具设计的自动化水平和智能化水平，大大缩短模具设计的时间，提高企业的生产效率。
第二章 标准元件库
SolidWorks 插件制作组合模具元件是从专用模具中的元件逐渐演化而来的。在人们不断的生产实践过程中，把一些常用的模具元件的外形尺寸、结构和精度等加以取舍和提高，再将它们加以标准化、系列化和规格化，直至演变成组合模具中各种不同形式的元件。目前，随着CNC 机床的广泛应用，组合模具在生产中应用也越来越多。组合模具的元件在生产实践中也不断加以改进，数量和品种逐渐增加。因此，组合模具元件库是随着生产的发展而不断扩充和完善的，并且这一趋势将继续进行下去。
2.1 建立组合冲模标准元件库
SolidWorks 插件的意义组合模具设计过程是将分散的组合模具元件按照一定的规律组装成符合工艺要求的模具的过程，其中，组合模具元件是组合模具设计的基础。目前绝大多数 CAD 系统软件，比如 UG, CATIA, Pro/E, SolidWorks 等，虽然提供了一些常用的标准件库，但是都没有提供面向组合模具设计的参数化、用户可方便自扩充的元件库和构件库。这样，对于组合模具设计人员，就常常因为没有组合模具元件库和构件库，而要进行很多不必要的重复绘图工作，大大降低了设计人员的工作效率。因此在 CAD 系统上建立一套用户自己维护的参数化的组合模具元件库和构件库的应用插件就可以满足组合模具设计人员快速设计的需要。组合模具设计一般是面向单件小批量生产的。随着工件的结构形式和加工要求的变化，组合模具结构形式和组成模具的元件尺寸也会做出相应的调整。经过长期的组合模具设计经验积累，企业在不断调整组合模具结构形式的过程中，总结了大量满足一定功能的系列化的、参数化的典型模具结构体。目前国内也有一些组合模具元件库建库研究，但是研究基本上还是停留在方便绘图这个层次上面。对于如何进一步将组合模具元件模型应用于组合模具实例推理系统上，这方面的研究还很少，至于组合模具构件库的研究就更少了。本文从基于组合模具虚拟设计的角度出发，构建组合模具元件信息模型。这种建模的特点不仅面向绘图,而且面向组合模具虚拟装配模型,最大程度上将已有的结构设计经验重用,从而达到快速设计模具的目的。
第三章 组合冲模模架装配总成的元件...................... 24-51
3.1 组合冲模模架的主要结构.................... 24-30
3.2 组合模具中模架元件自动选择.................... 30-35
3.2.1 模架形式的选择 ....................30
3.2.2 基础板的选择.................... 30-31
3.2.3 模柄和模柄套的选择.................... 31-32
3.2.4 导套座的选择 ....................32-33
3.2.5 导柱的选择 ....................33-34
3.2.6 各类元件组件数量的确定.................... 34-35
3.3 组合模具中模架元件自动选择.................... 35-37
3.3.1 数理逻辑.................... 35-36
3.3.2 布尔代数 ....................36-37
3.4 组合模具中模架元件自动选择.................... 37-40
3.5 组合模具中模架元件自动选择的程序设计.................... 40-49
3.6 本章小结 ....................49-51
第四章 组合冲模模架元件自动拼装的探索.................... 51-61
4.1 组合冲模模架元件自动拼装的思路 ....................51-58
4.1.1 模架元件的装配特征 ....................51-56
4.1.2 模架元件装配特征的存储.................... 56-58
4.1.3 模架元件装配特征的约束关系.................... 58
4.2 组合冲模模架元件的装配顺序.................... 58-60
4.3 本章小结 ....................60-61
结论
组合模具智能化虚拟设计系统是一个十分复杂和庞大的智能化应用软件系统，本文仅以全系统的局部内容——模架部分的元件库插件、自动选件、自动拼装模型的研究等为对象，研究并归纳其内在的规律和实现方法，完成该内容的自动化。力求探明理论基础和技术路线，为全面实现智能化组合模具虚拟设计打下了技术基础。
因此，将组合模具模架的设计理论和相关专家的经验结合起来，研究出模架结构的智能化设计原理和数学计算模型是本论文的核心。该计算模型应用于组合模具模架虚拟设计系统中，将会解决非专业人员不能设计出结构合理、精度高的模架方案的问题。同时，与此原理相同的还有组合夹具设计、组合机床设计等，此计算模型的算法和思路具有一定的通用性，经过修改和调整还可应用于组合夹具、组合机床等的计算机智能化设计系统中，将有利于促进该领域的快速发展，其无论在学术意义和社会应用方面都具有很大的价值。
参考文献
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