10001箱体零件创成式capp系统的研发与开发.docx
《10001箱体零件创成式capp系统的研发与开发.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10001箱体零件创成式capp系统的研发与开发.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
10001箱体零件创成式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
以箱体零件为例，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。
以KBE思想为指导，对零件的CAPP研究做了以下工作：
1、认真分析了工程机械的国内外现状以及行业的发展趋势，并以此为基础探讨了知识工程思想与CAPP相结合的重要性和具体实施方法。
2、详细论述了知识工程思想和CAPP相关技术，系统介绍了CAXACAPP软件的基本知识和功能。
3、将KBE的理念特别是知识复用理念引入CAXACAPP软件具体工艺设计中，以涡轮减速器箱体为例做了详尽的演示，探索了工艺卡片定制的模块化、标准化的实现方法。
基于知识的CAPP研究实现了工艺卡片的定制标准化、模块化，从而改善工艺设计效率低、质量不稳定、研发周期长等问题，很大程度的减轻了模具设计人员的劳动强度，增强企业市场竞争力，具有很高的实用性。
关键词：
箱体零件计算机辅助工艺设计CAPP设计
Abstract
Incaseaccessoriesasanexample,throughtheanalysisofthepartsofthedivisionprocessingmethod,process,procedureanddeterminationofthetraditionalprocessofcohesionandproblem,determinetheaxiallysymmetricalpartsCNCprocessingtechnologyroute;Andaccordingtorouteintothick,finishingthedifferentdeterminationprinciple,makesuretheeachprocedureintheroutetoprocessthecaroutline,20thickprocesscoarsecardent,60halffinecarandfinesurfacecarconcavearcsurface,forexample,calculatesthefeaturepointsspecificcoordinates,ncprogramforthefollow-upoftheaccuratelaidthedatabase.
WiththeguidanceofKBE,thecomponentsoftheCAPPstudyonthefollowing:
1,carefullyanalyzedtheengineeringmachineryathomeandabroadpresentsituationandthedevelopmenttrendoftheindustry,andtriestoanalyzetheknowledgeengineeringideaandthecombinationofCAPPimportanceandtheconcreteimplementationmethod.
2,discussestheknowledgeengineeringideasandCAPPrelatedtechnology,thesystemintroducedthebasicknowledgeofCAXACAPPsoftwareandfunction.
3,theKBEconceptespeciallyknowledgereuseconceptsintoCAXACAPPsoftwarespecificprocessdesigntoturbinespeedreducercaseasanexampleofthedetailedpresentation,explorestheprocesscardcustommodular,standardizationmethod.
BasedontheknowledgeoftheCAPPresearchrealizedprocesscardcustomstandardization,modularsoastoimprovetheprocessdesigntheefficiencyislow,thequalityisnotstable,researchanddevelopmentcycleislong,greatlyreducethelaborintensityofthemoulddesignpersonnel,theenhancemententerprisemarketcompetitionability,hastheveryhighpracticability.
Keywords:
caseaccessoriescomputeraidedprocessplanning（CAPPdesign
目录
摘要1
Abstract2
1、绪论4
1.1发展CAPP的目的及意义4
1.2CAPP的基本原理及基本结构6
1.2.1创成式CAPP基本原理6
1.2.2CAPP系统的基本结构7
1.3CAPP的发展现状及趋势8
1.3.1CAPP的发展现状8
1.3.2CAPP的发展趋势8
2、箱体类零件特征的定义和分类9
2.1零件特征的定义和分类9
2.1.1零件特征的定义9
2.1.2零件特征的分类9
2.2箱体类零件特征的定义和分类10
2.2.1箱体类零件的特征定义11
2.2.2箱体类零件特征的分类11
2.3箱体类零件特征造型方法12
3、基于特征的箱体零件的CAPP系统的应用12
3.1运用Access2003编辑数据库12
3.2零件的工艺制定以及工艺文件14
3.3CAXA工艺图表的建立15
3.4基于箱体零件过程研究的结果24
4、总结24
参考文献25
1、绪论
1.1发展CAPP的目的及意义
工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。
工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，其质量之优劣及设计效率的高低，对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低产品成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此工艺设计是生产中的关键工作。
传统工艺设计是由工艺师手工逐件设计的，因此工艺文件的内容、质量以及编制时间主要取决于工艺师的经验和熟练程度。
一个有经验的工艺师必须具备：
1、具有丰富的生产经验；2、熟悉企业内部各种加工方法及相应的设备使用情况；3、熟悉企业内部各种生产加工规范和有关规章制度；4、能与各方面保持友好合作。
这样的工艺师需要20年左右的工作实践，国内外企业都缺乏这样的工艺设计人员。
而且这种状况不可避免地会存在以下几方面的问题：
1、每个工艺人员的经验有限，习惯不同，技术水平也不一样，所以由人工设计工艺规程的一致性差、质量不易稳定、难以达到优化目标和不便于工艺规程的标准化；
2、手工设计工艺规程设计效率低下，存在大量的重复劳动；
3、手工设计工艺规程不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护；
4、手工设计工艺规程不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用；
5、当代机械制造领域中，由于新技术额飞速发展，社会需求趋向多样化。
市场竞争激烈，迫使产品更新日益缩短。
多品种小批量生产的企业大量增加，制造系统正逐渐从刚性的高效率大工业批量生产模式转向柔性的高效率多品种小批量生产模式，这要求将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺规划、制造与管理的全过程。
显然，传统的手工工艺设计方法已不能满足上述要求。
为了解决这些问题，必须寻找一种可行的方法来编写工艺规程。
随着计算机技术的迅猛发展及其在机械制造业中的广泛应用，出现了计算机辅助工艺设计（CAPP,ComputerAidedProcessPlanning）技术。
一个CAPP系统可以完成以下的基本功能：
1、自动选择毛坯和材料；
2、自动选择加工方法；
3、自动选择机床；
4、自动选择装夹定位方法（基准和夹具）；
5、自动确定加工顺序（工序、安装和工步）；
6、自动选择刀具、量具；
7、自动确定切削用量和制造公差；
8、自动确定工时定额。
CAPP的出现，为缩短生产准备周期，提高工艺文件质量，并使广大工艺人员从繁重和重复的劳动中解放出来提供了一条切实可行的途径，CAPP系统的使用，不仅可以大大提高工艺规程的生成速度和质量，而且CAPP系统对操作人员的工艺设计水平的要求可以较低，即使一般技术水准的工艺人员也能借助于CAPP系统设计出较高质量的工艺规程。
与传统的工艺设计方法比较，显而易见可得到以下应用CAPP系统的效益：
1、实践经验较少的工艺人员能应用LAPP系统设计出较好的工艺过程，这样不仅可以弥补有经验的高级工艺师的难求和不足，而且能使大量有经验的工艺师从目前繁琐的重复劳动中解放出来，去从事不断研究新工艺和改进现有工艺的工作，促进工厂技术进步，提高生产率。
2、采用CAPP系统不仅可以充分发挥计算机高速处理信息的能力，而且由于将工艺专家的集体智慧融合在CAPP系统中，所以保证了高速质量优化的工艺规程。
3、应用CAPP系统还可获得综合的经济效益。
CAPP是一种通过计算机技术来辅助工艺人员以系统化方法确定工件从毛坯到成品的制造方法的技术，是公认的将企业产品设计数据转换为产品制造数据的关键性技术环节。
它是连接CAD和CAM的桥梁和纽带，是实现CIMS的关键技术之一。
CAPP的研究和应用，对改革我国的工艺设计现状、促进企业的发展，提高企业的适应能力和竞争能力有着重要的作用。
1.2CAPP的基本原理及基本结构
1.2.1创成式CAPP基本原理
用计算机生成工艺的基本原理，是将经过标准化或优化的工艺、或编制工艺的逻辑思想（长期以来工艺师们积累的知识和经验），通过CAPP系统存入计算机，在计算机生成工艺时，CAPP软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族的复合工艺和有关工序，经过删减和编辑（派生方式）.或按工艺决策逻辑进行推理（生成方式）自动生成具体零件的工艺[1]。
自从Niebel于1965年首次探讨用计算机来辅助工艺规划，以及1976年第一个变异式CAPP系统诞生以来，世界各国对工艺规程的自动设计方法进行了大量的研究，并取得了一定的成果。
目前研制的CAPP系统，按其工作原理可以分为以下几种派生式、创成式和专家系统方法等。
创成式CAPP的原理是将工件的几何形状要素及各表面间的关系代码化，依靠系统中自身的决策逻辑以及有关的制造工程数据信息进行工艺规划。
决策逻辑不需要进行预先的准备工作，它采用内装式的算法对工艺规程的内容进行选择和优化，这些算法主要有决策树、决策表、数学算法等.它接近于人类解决问题的思维方式，有利于工艺的优化。
但由于大多数工艺过程问题还不能建实用的数学模型和通用算法，实现完全的创成还很困难，它只能处理特定环境下的某类零件。
因此创成式CAPP系统发展还不很成熟。
1.2.2CAPP系统的基本结构
尽管CAPP系统的种类很多，但其基本结构都离不开零件信息的输入、工艺决策、工艺数据/知识库、人机界面与工艺文件输出/编辑等五大部分[3]。
1、零件信息的输入零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，计算机目前还不能象人一样识别零件图上的所有信息，所以在计算机内部必须有一个专门的数据结构来对零件信息进行描述，如何输入和描述零件信息是CAPP最关键的问题之一。
2、工艺决策工艺决策是系统的控制指挥中心，它的作用是以零件信息为依据，按预先规定的顺序或逻辑，调用有关工艺数据或规则，进行必要的比较、计算和决策，生成零件的工艺规程。
3、工艺数据/知识库工艺数据/知识库是系统的支撑工具，它包含了工艺设计所要求的所有工艺数据和规则，如何组织和管理这些信息，并便于使用、扩充和维护，使之适用于各种不同的企业和产品，是当今CAPP系统需要迫切解决的问题。
4、人机界面人机界面是用户的工作平台，包括系统菜单、工艺设计数据/知识的输入和管理界面，以及工艺文件的显示、编辑与管理界面等。
5、工艺文件管理与输出一个系统可能有成百上千个工艺文件，如何管理和维护这些文件既是CAPP系统的重要内容，也是整个CAD/CAPP/CAM集成系统的重要组成部分。
1.3CAPP的发展现状及趋势
1.3.1CAPP的发展现状
从技术发展的角度看，CAPP结合现代计算机、信息、数据库等相关技术的进展，采用新的决策算法、发展新的功能，并且在并行、智能、分布、面向对象等方面进行着有益的尝试。
从工程应用的角度看，我国CAPP产业在中低端应用方面已经拥有了相当的市场份额，但在高端功能的开发和应用方面，还存在较大的差距。
现代CAPP的发展正在逐步体现先进制造思想，成为以信息继承和工艺知识为主体并融合多种技术的快速工艺设计。
进一步发展基于产品全生命周期工艺设计与信息管理一体化系统的开发与应用成为目前研究的热点。
从系统设计的角度看，CAPP系统正在从创成式、派生式、半创成式过渡到结合人工智能技术，且具有检索、修订、生成、交互等各种功能综合的融入智能决策的系统模式，以便充分发挥计算机和工艺人员的特点和特长，最大限度地提高工艺设计效率和质量。
1.3.2CAPP的发展趋势
一种趋势是在原有CAPP的开发模式和体系结构框架内，结合现代计算机技术、信息技术等相关技术的进展，采用新的决策算法，发展新的功能，并已在并行、智能、分布和面向对象等方面进行有益的尝试。
另一种趋势则是跳出CAPP传统模式，面向具体生产环境，面向实际应用，面向最基本的需求，利用成熟的技术，建立各种计算机辅助功能模块，帮助工艺人员更快、更好的完成工艺任务，意在通过广泛的实际应用促进其发展，这是一种实用化趋势。
实用化CAPP趋势，逐步体现了现代先进制造思想，它实际上是CAPP技术在经过20多年前期发展之后，一个新阶段的开始，在自动化方向退一步、向通用化、集成化、实用化方向进一步。
2、箱体类零件特征的定义和分类
2.1零件特征的定义和分类
2.1.1零件特征的定义
自提出特征的概念以来，关于特征的定义就有多种说法。
根据应用领域和条件不同，特征定义可完全不同。
研究者们围绕特征的定义提出了很多观点：
（1）对一个或多个设计和制造活动有意义的几何形体和几何实体；
（2）具有工程意义的一般几何形状；
（3）一定的几何形状或实体，用来实现至少一个CIM的功能，可以作为基本单元进行设计和处理；
（4）特征是产品模型的一组相关单元素，该元素遵从一系列的识别与分类规则；
（5）特征是具有一定的几何模式，并对应特定机械功能的零部件。
尽管出现了很多不同的特征定义，但都有一些共同的特点：
（1）特征直接反映零件的功能，与设计、制造联系紧密；
（2）特征是一个带约束和参数的几何实体，用规则和属性封装了几何实体的行为；
（3）特征是构造产品模型的基本元素，即特征将作为一个不可分割的整体出现在零件模型中；
（4）特征提供了类似于工程术语的高层次的设计概念和手段，即特征表达了零件几何体或装配的工程意义。
可以看出，特征除包括几何/拓扑信息外，还包括一些非几何的属性信息，如尺寸公差、粗糙度、材料等。
它是工程环境中能运用几何和功能信息进行产品零件造型的关键要素，是集成环境中高层语义信息的载体和基本传输单位[4]。
2.1.2零件特征的分类
零件特征描述的是其设计和制造等方面的信息。
特征分类的主要目的是对零件结构信息的抽象化、形式化，以便于灵活、有效地组织和处理零件有关信息。
不同的应用领域和不同的工厂，特征的抽象和分类方法有所不同。
通过分析机械产品大量的零件图纸信息和加工工艺信息，可将构成零件的特征分为五大类：
（1）管理特征与零件管理有关的信息集合，包括标题栏信息、零件材料信息、未注粗糙度信息等；
（2）技术特征描述零件的性能和技术要求的信息集合；
（3）材料热处理特征与零件材料和热处理有关的信息集合；
（4）精度特征描述零件几何形状、尺寸的许可变动量的信息集合，包括公差和表面粗糙度；
（5）形状特征与描述零件几何形状、尺寸相关的信息集合，包括功能形状、加工工艺形状、装配辅助形状。
除上述五个特征外，针对箱体类零件提出方位面特征；工艺特征模型中提出尺寸链特征，还有装配特征等。
以上这些特征中，形状特征和精度特征是与零件建模直接相关的特征，其中形状特征还是描述零件或产品的最主要的特征。
而管理特征、材料热处理特征、装配特征虽不直接参与零件的建模，但对于实现CAD/CAPP的集成亦是必不可少的。
考虑当前特征的应用主要是面向制造领域，而在此阶段需要将产品零件的设计特征与制造及装配约束相关联，从而保证产品的可制造性与可装配性。
因此我们可以认为零件的特征模型如图所示。
图1零件特征模型图
2.2箱体类零件特征的定义和分类
箱体类零件特征的定义和分类是主要针对箱体类零件的一些常见形状和功能结构进行的。
由于箱体类零件与其他零件类不同，所以特征定义和分类方式有其独有的特点。
2.2.1箱体类零件的特征定义
特征作为构成零件信息的基本单元，它包含了几何形状及相应的工程语义。
一个零件就是由不同形状和不同功能的特征经过一定的布尔运算和组合构成，一个零件从几何造型的角度可以定义为：
零件=基体+正特征集—负特征集
正特征集：
指除基体外所有正特征的集合。
负特征集：
指要被切除的特征的集合。
箱体类零件特征可以表达为：
零件特征=形状特征+属性
零件特征：
具有一定属性的几何实体。
形状特征：
是一组与零件的形状描述相关的有意义的信息集合。
它通过几何和拓扑信息来描述，表示零件的某种功能形状，一般由隐式表达的变量尺寸参数来驱动其造型。
对形状特征的进一步描述是通过显示表示的面、环、边和点等低层次的几何拓扑信息。
属性：
指的是描述特征属性的数据，特征的功能和行为，特征间的相互关系。
在本设计中，属性主要包括精度和材料属性，精度属性是建立在形状特征模型基础上，它表达零件的精度信息，由尺寸公差、形状公差，位置公差和表面粗糙度等组成；材料属性主要包括材料种类、机械性能、热处理方式、总体表面处理和局部表面处理等。
2.2.2箱体类零件特征的分类
在零件的产品建模中，形状特征是产品定义模型中最主要的内容，是其他非几何信息所依附的载体，是区分零件特征之间区别的主要依据。
可以这么说，对箱体类零件特征的分类主要是对箱体类零件形状特征的分类。
因为属性只相当于形状特征的附属，是大部分特征所共有的。
零件的加工特征作为制造阶段特征的主要形式，其形状特征可以由零件几何模型提取到，但缺乏产品加工过程中需要的功能信息。
因此为了弥补几何造型中高层语义信息的不足，提出面向制造的加工特征的分类原则：
·从加工制造的观点而不是从描述零件结构的观点来描述特征；
·特征的层次结构；
·特征参数的设置依照CAD下游系统对特征的需求而定；
·按照特征的属性建立支持各特征族的机制而不是每种特征建立方法。
依照以上的分类原则，箱体类零件按照层次关系将加工特征分类如下：
·面特征（Face），包括普平面、台阶面等；
·孔特征（Hole），包括通孔、盲孔、螺纹孔、锥孔等；
·槽特征（Slot），包括键槽、开口槽、T型槽等；
·轮廓特征（Contour），包括方形轮廓、弧形轮廓等；
·组特征（Group），包括矩形矩阵孔系及环形矩阵孔系等。
2.3箱体类零件特征造型方法
特征造型法（MacroModeling）是为了实现CAD/CAPP/CAM技术的集成化而发展起来的，它把信息分成两部分：
主要形素（MacroFeature）指几何形状的分类，如立方体、圆柱体、球体等，也称低级形素（Low-levelFeature）；补充形素也称高级形素（High-levelFeature），指的是在主要形素上的补充，即制造所需信息。
因此这种造型方法不但可以提供几何信息，同时还可提供进行制造的可行性方案评价、功能分析、过程选择、工艺过程设计等所需信息，把设计和生产过程紧密地联系在一起，从而具有良好的发展前景。
3、基于特征的箱体零件的CAPP系统的应用
3.1运用Access2003编辑数据库
运用Access2003建立数据库，方便快捷。
根据我的设计题目的要求等，我现在需要建立平面及孔的加工方法的数据库。
具体操作流程如下，其中[]中是按钮是操作，<>中是对话是对话框名。
1）、单击菜单[文件]/[新建]/[空数据库]，出现<文件新建数据库>对话框，建立一个文件夹，用于存储所建立的数据库文件，我建立的根目录是E：
\数据库。
输入文件名定为平面加工.mdb，单击[创建]，新数据库建立成功，然后双击[使用设计器创建表]，进行字段设计，输入内容如图2所示：
图2文件新建数据库
右击序号，将其设置为主键，保存表1为平面加工方法的适应范围。
然后关闭。
2）、在列表中，选中平面加工方法的适应范围，双击打开，输入数据如下，然后保存。
图3数据输入
3）、重复1的步骤，建立孔加工的数据库文件，文件命名为孔加工.mdb。
输入字段设计内容如图4所示，右击序号，将其设置为主键，保存表1为孔加工方法的适应范围。
然后关闭。
图4加工数据的文件的命名
4）、在列表中，选中孔加工方法的适应范围，双击打开，输入数据如图5。
图5数据输入
5）、数据库的编辑，暂时完成。
3.2零件的工艺制定以及工艺文件
作为研究的零件，本文使用涡轮减速器箱体零件，该零件的精度要求相对不是很高。
在工艺过程中主要选区主轴转速、进给量、吃到深度等参数时。
在参考相关机械工艺手册后，以给定的参数范围的中值偏上的原则选定；在制定工步法人过程中，则本着尽可能使定位误差小的原则。
在此原则下，涡轮减速器箱体的零件的工艺设计如下：
图6涡轮减速器箱体零件图
表1蜗轮减速器箱体加工工艺流程
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
10
铣
铣底面
X5030A
通用夹具
20
锪
锪4-Φ17平面
X5030A
通用夹具
30
钻
钻4-Φ9孔
Z3125A
专用夹具
31
铣
铣顶面
X2010C
通用夹具
40
铣
铣Φ32左、右端面
X364
专用夹具
50
铣
铣Φ36前、后端面
X364
专用夹具
60
铣
铣Φ26内侧面
X1532/3
专用夹具
70
钻
钻孔Φ16孔
ZXK213
专用夹具
80
钻
钻Φ12孔
ZXK213
专用夹具
90
镗
镗蜗杆大端孔
T617A
专用夹具
100
激光
加工Φ12容油槽
EDM320
专用夹具
101
激光
加工Φ16容油槽
EDM320
专用夹具
110
铣
铣油杯孔端面
X
升级会员 