10002回转体零件创成式capp系统的研发与开发.docx
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10002回转体零件创成式capp系统的研发与开发
回转体零件创成式capp系统的研发与开发
摘要
以回转体类零件为例，通过分析零件的加工方法、工序的划分、工序的确定以及与传统工序的衔接等问题，确定了回转体类零件的数控加工工艺路线；又依据粗、精加工进给路线的不同确定原则，确定了每道工序的进给路线，以工序20粗车外轮廓、工序60粗车凹面、半精车锥面、精车凹圆弧面为例，计算出特征点的具体坐标，为后续数控程序的精确编制打下了数据基础。
在CAPP的各个环节中，从CAD读取信息到工艺文件生成都至关重要。
其中，工艺文件的创成这一环节涉及很多方面..加工方法的确定、加工顺序的确定、工艺尺寸链的计算、刀具和量具的选择、机床的选择、夹具的确定以及毛坯的设计。
对于一个成功的CAPP系统来说，完善以上诸多方面是非常重要的。
本文通过一个实用加工链生成及再组合方法成功地实现回转体零件的工艺生成。
关键词：
回转体零件工艺设计工程机械制造CAPP
Abstract
Toaxiallysymmetricalpartsasanexample,throughtheanalysisofthepartsofthedivisionprocessingmethod,process,procedureanddeterminationofthetraditionalprocessofcohesionandproblem,determinetheaxiallysymmetricalpartsCNCprocessingtechnologyroute;Andaccordingtorouteintothick,finishingthedifferentdeterminationprinciple,makesuretheeachprocedureintheroutetoprocessthecaroutline,20thickprocesscoarsecardent,60halffinecarandfinesurfacecarconcavearcsurface,forexample,calculatesthefeaturepointsspecificcoordinates,ncprogramforthefollow-upoftheaccuratelaidthedatabase.
InthelinksofCAPP,toreadinformationfromCADfilegenerationprocessisveryimportant.Amongthem,theprocessofdocumentsandintothisoneinvolvesmanyaspectslink...Processingmethodsdetermination,processingorderofdetermination,processdimensionchainofcalculation,thechoiceofcuttingtoolsandmeasuringtools,machinetoolselection,fixtureandthedesignofthedeterminationoftheblank.ForasuccessfulCAPPsystemfor,perfectinmanyaspectsaboveisveryimportant.Inthisarticle,throughapracticalprocessingchaingeneratingandcombinationmethodtoachievesuccessagainaxiallysymmetricalpartsoftheprocessisgenerated.
Keywords:
axiallysymmetricalpartsprocessdesignengineeringmachinerymanufacturingCAPP
目录
摘要1
Abstract2
1、绪论4
1.1CAPP的定义4
1.2CAPP的发展5
二、工程机械相关理论6
2.1工程机械加工工艺的基本知识6
2.2机械工程箱6
2.3回转体零件结构工艺性要求11
2.4回转体零件定位基准的选择11
2.5进给路线的确定13
3、基于CAPP技术的回转体零件实例研究14
3.1CAPP的基本概念14
3.2基于CAPP的零件的工艺制定以及工艺文件15
3.3CAPP工艺图表的建立16
3.4整个零件过程的结果和收获23
4、总结：
24
参考文献：
25
1、绪论
1.1CAPP的定义
CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。
借助于CAPP系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。
CAPP是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换的中间环节。
CAPP：
计算机辅助工艺过程设计（computeraidedprocessplanning）
CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。
世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。
在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’SAutomatedProcessPlanning系统。
取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。
目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。
CAPP（computeraidedprocessplanning,计算机辅助工艺过程设计）的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。
它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。
计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。
国际生产工程研究会（CIRP）提出了计算机辅助规划（CAP-computeraidedplanning）、计算机自动工艺过程设计（CAPP-computerautomatedprocessplanning）等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。
实际上国外常用的一些，如制造规划（manufacturingplanning）、材料处理（materialprocessing）、工艺工程（processengineering）以及加工路线安排（machinerouting）等在很大程度上都是指工艺过程设计。
计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。
由于计算机集成制造系统（CIMS-computerintegratedmanufacturingsystem）的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计（CAD-computeraideddesign）相接，下与计算机辅助制造（CAM-computeraidedmanufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。
由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。
1.2CAPP的发展
自从1965年Niebel首次提出CAPP思想，迄今30多年，CAPP领域的研究得到了极大的发展，期间经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、工具系统等不同的发展阶段，并涌现了一大批CAPP原型系统和商品化的CAPP系统。
在CAPP工具系统出现以前，CAPP的目标一直是开发代替工艺人员的自动化系统，而不是辅助系统，即强调工艺设计的自动化和智能化。
但由于工艺设计领域的个性化、复杂性，工艺设计理论多是一些指导性原则、经验和技巧，因此让计算机完全替代工艺人员进行工艺设计的愿望是良好的，但研究和实践证明非常困难，能够部分得到应用的至多是一些针对特定行业、特定企业甚至是特定零件的专用CAPP系统，还没有能够真正大规模推广应用的实用的CAPP系统。
在总结以往经验教训的基础上，开目公司在国内率先提出了CAPP工具化的思想：
CAPP是将工艺人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具；自动化不是CAPP唯一的目标；实现CAPP系统的以人为本的宜人化的操作、高效的工艺编制手段、工艺信息自动统计汇总、与CAD/ERP/PDM系统的信息集成、具有良好的开放性与集成性是工具化CAPP系统研究和推广应用的主要目标。
工具化CAPP的思想在商业上获得了极大的成功，使得CAPP真正从实验室走向了市场和企业。
借助于工具化的CAPP系统，上千家的企业实现了工艺设计效率的提升，促进了工艺标准化建设，实现了与企业其它应用系统CAD/PDM/ERP等的集成，有力地促进了企业信息化建设。
生成的动态数据,所以建立功能完善的数据库是保证系统生成可靠工艺规程的重要方面。
二、工程机械相关理论
2.1工程机械加工工艺的基本知识
从原材料的进厂到产品出厂间相关联的劳动过程的总和称之为生产过程。
工程机械产品的的生产过程包括：
生产与技术准备过程、毛坯的制造过程、零件的加工过程、产品的装配过程和生产的服务过程。
而工艺过程是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。
采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。
2.2机械工程箱
机械加工工艺过程是由若干个顺序排列的工序构成。
由安装、工位、工步、进给组成，毛坯依次通过这些顺序加工后就为成品。
1）、工序工序是由一个或一组工人，在一个工作地对一个或者同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。
确定工序的要素很多，而划分工序的主要依据是工作地是否变动和加工是否连续。
工程机械中最简单的轴类零件及其工艺过程如图1（回转体零件）。
其工艺流程如表1。
在表1的工序2中，先车工件一端，然后掉头装夹，再车另一端。
对每一个工件来说加工是连续的，这些加工内容属一个工序。
如果先车好一批工件的一端，然后再掉头车这批工件的另一端，这时对每一个工件来说，两端的加工已不再连续，所以应视为两道工序。
所以可以说工序是组成工艺过程的基本单元。
2）、安装将工件在机床上或夹具中定位、加紧的过程称之为装夹。
工件（或装配单元）经一次装夹所完成的那一部分工序称之为安装。
工件在一道工序中。
可能有一次或几次安装。
如表1的工序10要进行两次装夹；先装夹工件一端，车平面、钻中心孔，称为安装A；再调头装夹，车另一端，钻中心孔，称为安装B。
工件在加工过程中，应尽量减少装夹次数，以节省装夹时间，减少装夹误差。
图1回转体零件
表1回转体零件工艺过程
工序号
工序内容
设备（地点）
10
车端面
车床
20
粗车外轮廓（外轮廓循环）
车床
30
半精车球面和Φ20mm的圆柱面，精车半球面至R10mm
车床
40
车退刀槽
50
半精车R5圆弧及其相邻30圆柱面、精车R5圆弧面
车床
60
车锥弧面
车床
70
车螺纹
车床
80
车倒角，切断
车床
90
去毛刺，清理
钳工
3）、工位工件经一次装夹后，工件相对刀具或设备的固定部分，先后处于不同的位置进行加工，此时一个加工位置即为一个工位。
最短的空行程路线有以下几个方法：
巧设起刀点、合理安排“回零”路线和巧设换（转）刀点（如图2b所示）。
图2巧设起刀点
4）、工步在加工表面（或装夹时的连接面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。
为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个表面，也可以看成是一个工步，称为符合工步。
最短的切削进给路线。
图3为3种不同的轮廓粗车切削进给路线，可以看出图3c的矩形循环进给路线，其路线的总长为最短。
因此，在同等切削条件下，切削时间最短，刀具损耗最小。
图3粗车进给路线示例
5）、进给进给也称走刀。
在一个工步内，若被加工表面需切去的金属较厚，则可分几次切除，每切削一次称为一次进给。
精加工工序_般由1刀或多刀完成，但其零件的完工轮廓应由最信1刀连续加工而成。
所以刀具的进、退刀位置尽量不要在连续的轮廓中安排切入、切出或换刀及停顿；刀具切人、切出方向应尽量沿工件表面切线方向，以免因切削力突变而造成弹性变形，使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。
熟知了工艺了组成后，将路面机械加工工艺过程的各项内容用文字或表格的形式写成工艺文件便是路面施工机械的机械加工工艺规划。
它是用来指导工人操作和组织生产的主要技术文件，也是企业和车间进行设计或技术改造的重要原始资料。
这是在总结实践经验的基础上，依照科学的理论和必要的工艺试验后制定的，并经过了逐级审批，它反映了加工中的客观规律，有关人员必须严格执行，这也是企业的工艺纪律。
当然，随着科学技术的进步和生产的发展，应定期修改，使工艺规划更加完善合理。
工艺规划格式有：
l）、工艺过程卡片该卡以工序为单位，主要列出零件加工的工艺路线，简要说明各工艺的概况。
一般作为生产管理方面使用，在单件小批量产品中也用于指导生产。
格式如表2所示。
2）、工艺卡片该卡以工序为单位，详细说明整个工艺过程的工艺文件，广泛应用于成批生产的零件和单件生产中的重要文件。
格式如表2所示。
表2工艺过程综合卡片
工厂
工艺过程综合卡片
产品名称、型号
零件名称
零件图号
材料
名称
毛坯
种类
零件质量/KG
毛质量
第页
牌号
尺寸
净质量
第页
性能
每台件数
每批
工序号
工序内容
加工车间
设备名称、编号
装备名称及编号
技术等级
时间额定
夹具
刀具
量具
单件
终结
更改内容
编制
校对
审核
会签
表3机械加工工艺卡片
工厂
机械加工工艺卡片
产品名称、型号
零件名称
材料
名称
毛坯
种类
零件质量/mg
毛重
第页
牌号
尺寸
净重
第页
性能
工序
安装
工步
工序内容
同时加工零件数
切削用量
设备名称及编号
工艺装备名称及编号
技术等级
工事定额/min
切削深度
切削速度
每分钟转数r/min
进给量
刀具
夹具
量具
单件
准备终结
更改
内容
编制
校对
审核
会签
3）、工序卡片该卡是按每道工序编制的一种工艺文件。
一般附有工序简图，并详细说明该工序中每个工步的详细内容。
工序卡片主要应用于大批大量生产中的所有零件，中批生产中复杂零件及单件小批生产中的关键工序。
制定工艺规划的原则是：
在保证产品质量的前提下，尽可能提高生产率和降低成本，同时在充分利用本企业现有生产条件的基础上，注意到技术的先进性，经济上的合理性，有良好的劳动条件，并符合环境保护法。
在符合工艺规划基本要求的前提下，先熟悉产品的装配图和零件图，并对零件进行工艺分析、确定毛坯的种类和制造方法、拟定工艺路线，然后进行工艺设计（包括确定工序的加工余量，工序尺寸及公差，选用的设备和工艺装备、切削用量和时间定额，工序的技术要求和检验方法等，本文结合一箱体零件运用CAXACAPP创建检索式CAPP知识库），填写工艺文件即完成了工艺规划。
2.3回转体零件结构工艺性要求
零件结构公益性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，切削加工的可能性和经济型。
对切削加工零件的结构工艺性，应满足以下要求：
1）、便于装夹零件的结构应便于加工时装夹在机床或夹具上，能使定位准确，夹紧可靠，装夹次数少。
如图2—3所示。
2）、便于加工零件的结构尺寸应尽量采用标准化数值，便于使用标准刀具、量具；减少加工面积；便于进刀和退刀等。
3）、便于测量设计零件结构时，应考虑测量的可能与方便。
2.4回转体零件定位基准的选择
基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。
根据作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
顾名思义，设计基准是样品设计图中使用的基准；工艺基准是指工艺过程中所采用的基准，它包括：
1）、工序基准工序基准是指在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。
如图4所示，C面由L2确定，其设计基准面是B面。
但加工时从工艺上考虑，按尺寸也加工，则为本工序的工序尺寸，A面为C面的工序基准。
图4工序基准图5定位基准
2）、定位基准定位基准是指在加工中用作定位的基准。
如图5所示，阶梯轴用三爪自定心卡盘装夹，则大端外圆的轴线为径向的定位基准，A面为加工端面保持轴向尺寸B、C的定位基准。
3）、测量基准测量基准是指测量时所采用的基准。
4）、装配基准装配基准是指装配时用来确定零件或者部件在产品中相对位置所采用的基准。
为了保证各加工表面都有足够的加工余量，选择毛坯雨量最小的表面为粗基准。
如图2—7所示的阶梯轴，因小端余量较小，故应选小端外圆作为粗基准，若选择大端外圆做为粗基准，因毛坯偏心，加工小端外圆时会出现余量不足，而使工件报废。
图6阶梯轴的粗基准选择
2.5进给路线的确定
如上原则，结合实际零件，以工序2O、工序6O为例，确定进给路线如下：
工序20：
粗车外轮廓（见图7）。
走刀路线：
A—B—C—D—E—F—D—G—H—D一I一J，其中节点的坐标分别如下：
A（32，2）、B（32，一60）、C（40，一60）、D（40，2）、E（22．36，2）、F（40，一18）、G（16．62，2）、H（40，—3l.71）、J（11.16，2）、J（40，一37）。
其中在走刀的过程中，有一些具体的节点，已将坐标列出来，从E到F之间有3个节点：
（22.36，0）、（30，一10）、（30，一18）；从G到H之间有6个节点：
（16.62，0）、（26，一10）、（26，一18）、（28，一18）、（28，一3O．07）、（32，—31．71）；从到J之间有6个节点：
（9．16，0）、（22，一10）、（22，一18）、（24，一18）、（24，一31.34）、（40，一31．34）。
图7工序2O走刀路线图8工序6O走刀路线
图8工序6O放大图
工序60：
粗车凹面、半精车锥面、精车凹圆弧面（见图7、图8）。
走刀路线：
A—B—C—D—E—F—G—H—I—J一F1一G1一H1一I1一J1一K—L—M—N—P，它们的坐标分别是：
A（38，一5O.29）、B（36，一50.29）、C（28．34，一44.56）、D（30，一43）、E（38，一43）、F（38，一52.44）、G（36一52.44）、H（25.84，一46.22）、I（30，一41.5）、J（38，一41.5）、F1（38，一55.69）、G1（36，一55.69）、H1（23.34，一46.22）、11（30，—40）、J1（38，一40）、K（38，一53）、L（32，一53）、M（21.68．一46.78）、N（32，一42）、P（36，一39）。
3、基于CAPP技术的回转体零件实例研究
3.1CAPP的基本概念
20世纪60年代末，随着CAD技术的快速发展和应用，人们为了适应社会的发展和工业的需求，开始了计算机辅助工艺过程设计（Computre-AidedProcessPlanning，即CAPP）的研究和开发。
随着研究的深入，特别是相关技术、生产模式与应用的发展，CAPP的概念也在不断发展。
从狭义上看，CAPP是完成工艺过程设计，输出工艺规程。
在集成化、智能化、网络化、可视化CAD／CAM系统和现代制造模式中，尤其是集成化和并行工程与协同环境下，笔者认为“PP”不再单纯的理解为“ProcessPlanning”，也可以理解为“ProductionPlanning”的含义，这样就产生了广义CAPP的概念。
作为连接产品设计和车间生产的纽带，CAPP直接与企业生产组织模式、企业信息化应用程度息息相关。
从发展来看，cAPP可以逐步实现工艺过程设计的自动化及工艺过程规范化、标准化与优化，从根本上改变工艺过程设计以来个人经验的状况，提高工艺设计的质量。
随着CAD、CAM和产品生命周期管理（ProductLifecycleManagement，PLM）等先进制造技术的发展，CAPP被公认是把产品设计转换为产品制造数据的关键性环节，是CAD与CAM真正集成的桥梁，是计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS）、制造资源计划（ManufacturingResourcePlanning，MRPII）、企业资源管理（EnterpriseResourcePlanning，ERP）和产品生命周期管理（ProductLifecycleManagement，PLM）的技术基础之一。
3.2基于CAPP的零件的工艺制定以及工艺文件
零件工艺路线的拟定是制定零件工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括：
选择加工方法、工序的划分、加工顺序的安排以及与传统工序的衔接等。
本文以典型的回转体类零件为例（如图1所示），分析了零件的数拯加工工艺路线设计的全过程。
零件的表面形状由直线和圆弧组成，材质为45钢，热处理后达到38～43HRc，毛坯为Φ36mm×150mm的圆棒料。
此回转体零件的表面由诸多基本表面组成，其中要加工零件的表面由同轴线的圆柱面、圆锥面、圆弧面、退刀槽和螺纹组成，而且此零件各部分的粗糙度要求不一样，但根据一般的外圆加工方法所能达到的精度：
粗车（IT11～IT13，Ra12．5～50μm）、半精车（IT8～IT10，Ra3．2～6．3μm）、精车（IT7～IT8，RaO．8～1．6μm），又根据设备实际情况，选择HNC一21T车床数控系统的CK6032卧式车床，其主要技术参数如表2所示。
表2CK6032卧式车床的主要技术参数
参数名称
数值
床身上最大回转直径/mm
320
横溜板上最大回转直径/mm
180
最大工件长度/mm
600
主轴孔径/mm
38
主轴内孔径/mm
NO.5
电动机功率/mm
2.2
在加工过程中，没有粗糙度要求的表面，只需粗车就可以了；表面粗糙度R
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