傳統的數控步沖壓力機加工時，其工藝決策，如沖頭的選擇是否合理、沖裁結果是否滿足生產要求，一般是靠操作者的經驗來把握，生產效果也只有通過實際加工來檢驗。這種方法對一線操作人員的工藝水平要求高，并且耗時長、風險高，所以在實際加工前，通過步沖CAPP系統對沖裁過程進行預先加工模擬就顯得很有必要。
   
    步沖CAPP系統的沖裁模擬主要達到如下目的:1)通過模擬找到最佳的沖裁加工方案。檢驗步沖方案是否合理一個主要依據是沖裁效率最大化原則，即要選擇合理的沖頭類型組合，以最優路徑在最短時間內完成沖裁件的加工；2)在模擬的基礎上，實現對沖裁加工信息的顯示、記錄、管理及傳輸，為系統后續的加工數控代碼自動生成提供原始數據信息，這也是實現步沖CAPP/NC集成的關鍵所在。
   
    1 沖裁模擬的約束條件及原理
   
    實現沖裁模擬的前提條件是要建立科學的沖裁模擬數學模型，并給出合理的沖裁邊界約束條件。沖裁模擬的約束條件從總體上來講可以分為幾何邊界約束及工藝約束，由于沖壓件厚度相對于長寬尺寸可以忽略，所以其模型可以看作是二維的，其幾何邊界約束主要有沖裁件幾何輪廓、沖頭形狀、沖頭尺寸等。圓沖頭沖線輪廓段的幾何模型圖如圖1所示。

圖1 圓沖頭沖裁直線段輪廓模型

    沖裁模擬的工藝約束主要有沖裁件截面質量、沖頭運動步距、運動方向(如本系統規定沖裁內輪廓沿順時針，沖外輪廓沿逆時針)、沖頭運動的邊界約束、沖頭在不同輪廓段間的跳轉約束等。
   
    要保證模擬的真實性，就要在系統環境下建立科學的沖裁件幾何模型。沖裁件模型是根據系統圖形窗口的尺寸，將零件的實際尺寸按照一定的比例進行縮小或者放大，在圖形窗口中顯示出來，關于沖裁件CAD信息如何傳入CAPP系統作者在其它文獻中已有論述。為了保證模擬的真實性，就要處理好坐標原點變換和圖形顯示的比例，一方面要確保沖裁件的輪廓元素均要顯示出來，另一方面要保證圖形在X,Y軸方向比例不失真。設沖裁件有N個輪廓段，令其輪廓的邊界點，即左下角及右上角坐標分別為(Xmin, Ymin) , (Xmax, Ymax)，則有

其中X_i，Y_i分別為沖裁件輪廓段的端點橫坐標和縱坐標。

    當輪廓段為弧段時，由于取的是圓弧的起點與終點，考慮到圓弧的曲率半徑R，則在取極值前令Xi= Xi±R,Yi=Yi±R。為了保證圖形的橫坐標放縮比例與縱坐標放縮比例一致，在極限坐標值上可以做如下修正:

    2 步沖模擬的實現
   
    系統在沖裁模擬中分別以實心方形、實心圓形、實心三角形等符號分別模擬方形沖頭、圓形沖頭及三角形沖頭，在選擇好沖頭類型及尺寸后，通過所選沖頭尺寸按照沖裁件輪廓的圖形顯示比例，驅動命令繪制相應邊長大小的方形、三角形或圓形來模擬沖頭，如繪制方形沖頭的命令如下:

圖形窗口：Line X_i, Y_i-X_i+1, Y_i+1, vbBlack, BF

其中X_i、Y_i、X_i+1,、Y_i+1,分別表示沖頭運動中的左上角及右下角動態坐標，BF表示圖形繪制效果為黑色實心。

    沖頭的模擬還要解決沖頭運動位置及軌跡的控制。沖頭的運動都是沿沖裁件輪廓進行的，所以起運動軌跡取決于輪廓形狀。以圓沖頭沖裁圓弧輪廓段為例，如圖2圓弧段的起始角及終止角分別為α、β，則沖頭運動的總體約束條件如下:

    沖頭圓心軌跡:半徑為(R-r)的圓弧
   
    沖頭運動的起始及終止位置:起始角度(п-α)，終止角度β