冲裁模系统以AutoCAD通用图形软件作为基础软件，以AutoCAD图形软件的内嵌式语言AutoLISP作为主要的程序编制语言。除了基础软件以外，整个冲裁模系统的软件部分由程序库、数据库、图形库和副资源库构成（图4-1）。程序库是整套系统的核心部分，程序库中的程序从数据库内调用需要的数据进行计算，根据计算结果从图库中调用图形，绘制图样。 冲裁模系统中的数据库中包含了国家标准中有关冲压模具设计的标准以及《冲压设计资料》中的一些相关数据。在系统程序运行过程中，数据库提供一切必要的数据。更换数据库中的数据可以使冲裁模系统满足具体使用单位的工厂标准或其他标准，无需改变冲裁模系统的结构框架和运行程序。
冲压模具设计标准及设计资料中包含的数据主要以表格的形式出现，在人工设计模具时，需要大量地查找表格来获得必要的数据。在模具计算机辅助设计时，这个过程将由计算机自动完成。模具设计所使用的表格数据输入计算机后，利用LISP语言可以编写出简单实用的数据查询程序。
第三节 冲裁零件的输入和计算机处理
冲裁件图样是进行冲压模具设计的原始依据。在计算机上进行CAD/CAM工作的第一个步骤是解决如何将冲裁件图样包含的技术信息输入计算机。在冲裁件图样中实际上包含了两部分信息：符号信息和图形信息。符号信息包括零件尺寸、尺寸公差、板料厚度、零件材料以及零件名称、图号、设计日期等包括文字和数字在内的信息。AutoLISP中的输入函数和输入对话框可以被用来方便地输入文字或数字。图形信息包括了零件几何形状方面的信息，可以用DCAD冲裁模系统的基础图形软件AutoCAD直接输入图形的信息。
利用基础图形软件AutoCAD输入的冲裁件图形是以后CAD/CAM技术开展的基础，我们希望冲裁模系统后面的各个功能模块都能够使用这个已经建立好的图形。传统的手工绘图方式不可能绘制出精确的图形，在机械制图中是以精确的尺寸标注和制造公差来明确零件的实际尺寸，在图形方面略有差异是被允许的。而在数控机床加工时，机床的加工是严格按照加工指令进行的，数控机床的加工指令在冲裁模系统中是直接根据计算机产生的图形生成的。因此我们应该按照冲裁模系统中CAM模块的要求绘制出准确的模具刃口形状。为了绘制准确的模具刃口形状，在绘制模具刃口之前必须计算出模具的刃口尺寸和模具间隙。 模具刃口尺寸计算中要解决的问题是确定基准模具和冲裁件尺寸类型。
根据冲压加工工艺知识，冲裁件中落料件的尺寸取决于凹模，而冲孔件的尺寸取决于凸模。我们把落料时的凹模和冲孔时的凸模都称之为基准模，把与基准模相配的模具（即落料凸模和冲孔凹模）称之为配合模。绘制图形时只需要绘制出基准模刃口图形，然后调用AutoCAD图形软件的实用命令，建立偏距等于模具最小单边间隙（Zmin/2）的等距曲线，即得到了配合模的刃口图形。基准模和配合模的刃口图形都可以直接应用于模具的计算机辅助制造。 关于冲裁件零件尺寸类型，冲裁模系统中把冲裁件的尺寸分成为三大类。第一类是轴类尺寸，定为A类尺寸，这类尺寸的特点是：冲裁件尺寸将随冲裁模具的磨损而增大。第二类尺寸是孔类尺寸，定为B类尺寸，这类尺寸的特点是：冲裁件尺寸将随冲裁模具的磨损而减小。第三类尺寸是长度类尺寸，定为C类尺寸，这种长度类尺寸的特点是：冲裁件尺寸大小基本上不受冲裁模具的磨损而发生变化。
对于冲裁件不同类型的尺寸，基准模具刃口尺寸的计算公式也不相同。
轴类（A类）尺寸随模具的磨损而增大，因此在模具制造时希望能够将冲裁件尺寸控制在接近尺寸的下限，基准模具刃口尺寸计算公式为 Ｄj ＝〔D+Tl +(1－X)(Tu –Tl)〕 式中 Dj ——基准模刃口尺寸； D ──冲裁件基本尺寸； Tu ──冲裁件上偏差； Tl ──冲裁件下偏差； X ──冲模磨损系数。
制造上偏差为?，下偏差为0。?的计算公式为?＝(1/3～1/4)(Tu－Tl)。
孔类（B类）尺寸随模具磨损而减小，因此希望在模具制造时希望能够将冲裁件尺寸控制在接近尺寸上限，基准模具刃口尺寸计算公式为
Ｄj ＝〔D+Tu +(1－X)(Tl –Tu)〕
式中符号含义同前。制造上偏差为0，下偏差为－?。
长度类（C类）尺寸的大小基本上不随模具磨损发生变化，因此将模具的制造尺寸控制在上下限尺寸的中间，基准模刃口尺寸计算公式为 Ｄj ＝〔D+0.5 (Tl+ Tu)〕
式中符号含义同前，制造上下偏差为±0.5?。 模具间隙是根据冲裁件材料和板料厚度确定的，《冲压设计资料》中列出了汽车行业和电子行业中所使用的模具间隙值，可以根据需要选定某一种标准来确定模具间隙。
图4-3所示冲裁件中，属于A类尺寸的有20、50、30、10，属于B类尺寸的有12、φ3，属于C类尺寸的有11、40。
随后是经过程序处理的冲裁件尺寸，经过程序计算得到的冲裁基准模刃口尺寸和采用数控机床加工基准模具刃口的CAM尺寸。
冲裁件尺寸数据包括序号、类型、尺寸、上差、下差和精度。序号列数据表示冲裁件尺寸输入顺序，类型列数据表示输入的冲裁件尺寸类型，尺寸表示输入零件的基本尺寸，上差表示输入零件制造公差中的上偏差，下差则表示下偏差，精度表示冲裁件的制造精度。自由公差的冲裁件尺寸按照IT14级精度处理，输入时无需考虑尺寸的上偏差和下偏差，输出时程序按照其精度自动找出公差值。冲裁件尺寸输入时给出公差值的，系统程序则找出对应的尺寸精度值。冲裁件的尺寸精度能够反映出它的冲裁工艺性。 冲裁基准模刃口尺寸包括刃口基本尺寸、刃口制造公差的上偏差和下偏差。这些数据用来检验制造的模具刃口是否合格。
CAM尺寸被用来产生模具刃口的数控加工指令。如前所述，数控加工指令产生于AutoCAD图形，因此CAM尺寸又被用于产生冲裁零件图形。CAM尺寸取在刃口尺寸公差带中间。图4-5是根据CAM尺寸绘制的冲裁模刃口图形，该图形用AutoCAD直接绘制。冲裁模刃口图形和前面输入的数据奠定了冲裁模系统后续模块的工作基础，以后的模具设计和制造工作将在此基础上逐步开展。
第四节 冲裁零件的工艺性判别
冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性。主要包括冲裁件在形状和尺寸方面以及在精度和表面质量方面的一些指标。 在形状和尺寸方面，冲裁件的外形或者内孔应该避免尖锐的清角，在各条直线或曲线的连接处宜有适当的圆角半径。冲裁件的凸出悬臂和凹槽宽度不宜过小。冲孔时孔的直径也不宜过小。最小冲孔直径与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等因素有关。冲孔件在孔与孔之间、孔与冲裁件边缘之间的距离不应过小。
在精度和表面质量方面，冲裁件内外形的经济精度不高于GB1800－79 IT11级。冲裁件的断面粗糙度一般在25微米以上。本章前节叙述如何处理零件输入尺寸时，我们看到输出的处理结果已经给出了冲裁件的尺寸精度，从而可以直接做出这方面的工艺性判断。 冲裁件工艺性判别需要考虑到许多方面，但是往往只对少数形状特殊的冲裁件才需要作出这种判别。例如一个冲裁件不具有小孔时就不需要进行最小冲孔直径的判别。在程序设计方面，只在需要进行某方面冲裁件工艺性判别时才调用功能模块中的判别程序。判别冲裁件工艺性的过程采用人机交互方式，大大简化了程序结构。 图4-6是冲裁零件工艺性判别菜单界面。
第五节 冲裁零件的排样
排样是指冲裁件在条料、带料或板料上布置的方法。排样包括确定搭边数据和排样方案。 搭边能够保证冲裁件准确的冲切及条料的刚性。搭边可以进一步被分成为相邻冲裁件之间的搭边，以及冲裁件与条料边缘之间的延边，搭边和延边的数值是根据冲裁件的形状、大小、
材料、送料方式、板料厚度确定，延边值的大小还与是否采用侧刀有关。在冲压设计资料中可以找到有关的搭边数据和计算公式。
冲裁件的合理布置（即材料的经济利用）与零件的形状密切相连。按零件的不同几何形状，常见的排样方式有单排排样、多排排样（包括双排排样）、调头排样、混合排样（指几种不同的零件混在一起的排样方式）等。 为了简化分析排样问题，只考虑同一种冲裁件在“无限长”条料上的排样，所以材料利用率 η＝n3A／(S3W)3100% 式中 S——进给步距； W——料宽；
n——一个步距内的冲裁件毛坯数； A——单个冲裁件的面积。
在选用排样算法时，应充分考虑以下工程约束条件： (1) 具有较高的材料利用率；
(2) 考虑材料的各向异性，要求弯曲线与条料纤维方向交角在一定的角度范围内； (3) 对于窄长型冲压件，应使其方位角在一定范围内以保证条料的平整度； (4) 考虑料宽约束(给定最大／最小料宽)以满足用户特定的材料宽度要求； (5) 模具结构设计的合理性；
(6) 步距与料宽计算应该准确（在误差范围内）。
因此，优化排样以提高材料利用率作为优化的目标函数，但不能只考虑利用率因素，应同时结合各约束条件，选择确定最佳方案。 在确定材料利用率最高的排样方案时，还要考虑到某些限制因素。如多排排样方案往往比单排排样方案的材料利用率高，但是采纳多排排样方案需要使用更大规格和更昂贵的模具及冲压设备。调头排样方案对具有明显大小头形状的零件很有效果，但是会给冲压工人增添操作方面的麻烦。对于大小头形状特征不是很明显的冲裁件，就要仔细斟酌是否要采用调头排样。 以送料方向为横轴方向，取冲裁件外轮廓曲线在纵轴方向上最高和最低的两个极限位置Ymax和Ymin，若沿边值为a1，则条料宽度W＝Ymax－Ymin＋2a1 。不同排样方案中的送料方向不同，其冲裁件轮廓曲线在纵轴方向上的极限位置值也不相同，因此得到的条料宽度是不一样的。 为了求得冲裁件在送料方向上的送进步距，可以设想利用AutoCAD的等距曲线功能，将冲裁零件的轮廓向外扩放半个搭边距离。逐渐移动向外扩放了半个搭边距离的冲裁零件轮廓图形，使之与原来位置的图形相切，那么两个图形之间的距离就是送进步距。采用这种方法需要逐步移动一个比较复杂的图形，每一次移动图形后都需要判别移动后图形与原图形的关系：相交、相离或相切。当两图形相交时需要加大移动距离，反之则需要减小移动距离，只有在达到相切点时才可以确定出送进步距。另外一种求步距的方法称为平行线分割一步平移法。平行线分割一步平移法的原理为，在冲裁件轮廓扩放半个搭边距离后的曲线中划出一系列平行线，平行线方向与送料方向一致，然后计算每一根平行线的长度，其中最长一根平行线的长度就是送进步距。与移动图形方法相比，一步法大大压缩了计算量，因此在冲裁件排样中得到了实际应用。
设材料利用率为?，单排排样方向为?。随着排样方向?取值的改变，条料宽度和排样步距都发生了变化，材料利用率?也随之而变。用数学式 ?＝f (?)可以表示这种关系，其中分析参数?的取值范围为[0，?）。得到最高的材料利用率?max的过程称为优化。过程优化是一个专门的研究领域，现在已经研究出各种各样的优化方法，如黄金分割法就是其中的一种。黄金分割法的原理是将?的可能取值范围定为搜索区间，每搜索一次就将搜索区间减小为原来区间长度的0.618，因此黄金分割法又被称为0.618法。通过逐步减小搜索区间的方法，直至搜索区间缩小到一个预定的许可范围，从而得到最优值。
多排排样时，用二个参数（?）和（?）来确定排样方案。材料利用率?和这二个参数的关系是
?＝f (?, ?)
这种类型的优化问题被称为二维优化。二维优化耗费的计算时间远远超过了一维优化计算。 多排自动排样的计算工作量是非常大的，往往需要耗费大量的计算时间。对于调头排样和混合排样，如果采取自动方式则需要采用相当复杂的算法，耗费更多的计算时间，得到的结果并不一定理想。在实际生产中调头排样和混合排样方式都是针对冲裁零件图形特征非常明显
的冲裁件，如具有明显大小头特征的零件适合调头排样，而混合排样则往往是在一个零件的空档中插入另一个零件。可以对这两类排样方式采用人机交互和自动排样相结合的方式，即先用人机交互方式调整好调头排样或混合排样的位置，构成一个表示调头排样或混合排样的复合图形，然后再对此复合图形进行上述的冲裁件单排或多排的自动排样。
对于图4-7所示零件，排样模块计算出搭边值为1.2，延边值为1.5；图4-8是该零件顺排排样的结果，图4-9是调头排样的结果。
第六节 冲裁模系统中的计算机辅助制造
冲裁模制造中经常用到线切割加工，其中尤以国产数控线切割电火花加工机床的使用为多。冲裁模系统中很好地融入了国产数控线切割机床的CAM处理部分。 在模具零件的加工和检验过程中，有些时候还会用到其他一些数控加工机床和检验设备，如进口慢走丝高精度线切割机床、数控铣床、数控车床、数控钻床、数控镗床、连续轨迹坐标磨床、三坐标测量机、等等。这些数控机床基本上都采用符合ISO国际标准的数控加工G指令系统。与3B指令的情况相类似，如果已知直线线段的两个端点的坐标数据，或者已知圆弧线段的圆心及两个端点的坐标数据，很容易根据G指令系统的指令编写规则编制出加工指令。但是，如同3B加工指令编写，在求解端点和圆心坐标数据的过程中，往往涉及到非常庞大的计算工作量，给予人工编写数控加工指令极大的困难。很容易通过修改或者增添CAM模块的功能，使其能够输出相应的数控加工指令。
第七节 冲裁工艺参数计算和冲模结构设计
在CAM模块的后面是模具设计模块。在DCAD冲裁模系统的程序结构框图（图4-2）中，模具设计模块（v）的位置处于输入模块（i）和绘图模块（vi）之间。在一些特殊的情况下，如果冲裁件不具有需要进行工艺性判别的特征，那么就不需要运行工艺性判别模块（ii）。与此类似，在一些工厂中排样工作和CAM工作是在模具设计部门以外的其他部门完成，如果这些工作在其他部门已经由人工或者别的计算机系统完成，那么在设计部门中就不必再运行排样模块（iii）和CAM模块（iv)。在由计算机产生模具特征之前，先要运行模具设计模块。模具设计模块为正式绘制模具图样完成必要的准备工作：计算冲压力，计算压力中心，选择模具典型结构，确定模具标准件规格等。
冲压力是冲裁力、推件力、卸料力等的总和，其中冲裁力是冲压力的主要组成部分。 如果设计的冲裁模模块中心和压力中心不重合，冲模工作时就会存在一个偏心力矩，这个偏心力矩被认为是有害的，它会影响到冲模工作的平稳性，对冲裁件的精度、冲模和冲床的寿命都是不利的。然而一味追求消除偏心力矩，有时会造成模块体积的增大，增加模具的制造成本。偏心力矩是压力中心至模块中心的距离与冲压力的乘积。当冲裁薄板时，冲压力较小，偏心力矩也较小，往往可以忽略偏心力矩的影响。图4-10表示冲模刃口在模块上的布置，图中F点为压力中心。图4-10a表示模块中心和压力中心重合，采用较大的模块；图4-10b中的模块中心和压力中心不重合，存在着偏心力矩，但在保证模具刃口与模块边缘间距离的条件下，可以采用较小的模块。
图4-11表示模具设计模块的工作界面，从中可以看到模块中心和压力中心的重合是可以选择的。
在选择模具的典型组合时要确定材料的送料方向、卸料方式、模具类型等。送料方式有纵向送料和横向送料之分。卸料方式分为弹性卸料和刚性卸料二种。模具类型可以选择复合模或者简单模和连续模。选择模具的典型组合采用人机交互方式，设计师可以充分参与电脑的设计过程。
选择模具标准件包括选择模架和确定模具标准件的种类、数量和规格。模架的种类较多，有对角导柱模架、中间导柱模架、后侧导柱模架以及四导柱模架等。选择模架也采用人机交互方式，设计师可以根据习惯和冲裁件特点等因素选择所需要的模架类型。模架类型确定以后，
所有模具标准件的种类、数量和规格均由计算机自动确定，绘图模块将利用确定的信息绘制出有关的模具图样。
第八节 冲模图样绘制
绘图模块的任务是绘制模具标准件零件图和模具装配图。在模具设计模块中已经确定了模具的典型组合以及模具标准件的数量即规格，与此有关的信息都已经储存在计算机的磁盘文件中。利用储存在计算机中磁盘文件内的信息，点取菜单（图4-12）中有关项目即可绘制出相应的模具图样。
第九节 其他专用冲模CAD技术
冲压模具CAD将走向更加专业化的道路。一些通用的软件由于其功能繁多，专业性较差，已不能满足专业模具厂在CAD／CAM方面的需要。专业模具厂越来越倾向于使用专用性很强的模具CAD软件，汽车覆盖件冲压成形模具和集成电路引线框架精密级进冷冲压模具是这方面两个非常典型的实例。
一、汽车覆盖件模具CAD技术
早在60年代初期，国外一些汽车制造公司就开始了模具CAD的研究。这一研究始于汽车车身的设计，在此基础上复杂曲面的设计方法得到了发展，各大汽车公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用于模具设计与制造。计算机软、硬件技术的迅猛发展，为模具CAD/CAM的开发应用向更高层次的拓展创造了条件。
在几何造型方面，基于线框模型的CAD系统率先由飞机和汽车制造商开发并应用。例如：美国Lockhead飞机公司、McDonnell Douglas飞机公司、General Motor汽车公司的CAD系统、CADD系统、AD2000系统等，均推动了模具CAD技术的发展。
70年代以来，曲面造型与实体造型技术发展迅速，新一代的CAD软件均是实体造型与曲面造型兼备的系统，能适用于复杂模具的设计和制造，在模具界得到了广泛的应用。象美国Ford汽车公司的CAD/CAM系统中所包括的模具CAD/CAM部分，取代了人工设计与制造，设计方面采用人机交互进行三维图形处理、工艺分析与设计计算等工作，完成二维绘图，生成生产零件图、材料表以及工序、定额、成本等文件。系统还包括一些专业软件，如工艺补充面的设计、弹塑性变形的分析、回弹控制与曲面零件外形的展开等等，部分已用于生产，部分还在研究、完善当中。日本TOYOTA汽车公司从1980年开始研制汽车覆盖件模具CAD/CAM系统，此系统包括处理覆盖件模面的Die-Face软件和加工凸、凹模的TINCA软件等。由三坐标测量机将实物模型测量后所获得的数据送入计算机，经处理后再把这些数据用于汽车覆盖件设计、模具设计和制造。该系统的三维图形功能较强，能在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不至于产生各种工艺缺陷，从而保证工件质量；DIECOMP公司研制成功的模具CAD系统，使整个生产准备周期由18周缩短为6周。 与此同时，欧洲的一些国家在冲模CAD/CAM研究和应用方面也取得了很大进展，例如法国雷诺汽车公司应用Euclid软件系统作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，而且雷诺汽车公司在Euclid主导软件的基础上还开发出了许多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision和用于板金成形分析的OPTRIS等。 一般汽车覆盖件成形都要依次经过拉延、切边、整形、翻边和冲孔等几道工序。第一道工序，即拉延工序中最重要的是工艺补充面的设计。工艺补充面设计得好坏直接影响到所设计的模具能否拉出合格的零件，能否减少调试模具的时间，缩短整个模具的生产周期。
另外，大型汽车覆盖件模具结构一般都比较复杂，一副大型覆盖件模具有上百个零件，模具的外形尺寸也比较大。
车身覆盖件在汽车整车中占据着重要的位置，而覆盖件模具是生产覆盖件的主要工艺装备，对车身质量的好坏起着决定性的作用。目前国外汽车覆盖件模具CAD/CAM技术的发展已进入实质性的应用阶段，不仅全面提高了模具设计的质量，而且大大缩短了模具的生产周期。近些年来，我国在汽车覆盖件模具CAD技术的应用方面也取得了显著的进步，但目前依然存在着一些问题：诸如设计效率低，标准化程度低，现有CAD软件专用性差等。
