（机械电子工程专业论文）基于proengineer的机械零件工艺结构特征库的设计与研究.pdf

il一 l i l ll l ii i i ii ) i ii ii ii ij y 17 3 3 6 6 5 a b s t r a c t w i t ht h em a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n t ，r i s i n gl e v e l so fi n d u s t r i a l s t a n d a r d i z a t i o n ，d e s i g n i n go fs t a n d a r d ss t r u c t u r ea n dc ：( ) m m o ns t r u c t u r e su s e dm o 北 a n dm o r e e s t a b l i s has t a n d a r ds t r u c t u r ea n dc o m m o ns t r u c t u r a lc o f eo ft h ep r o c e s s s t r u c t u r eo fl i b r a r yh a sb e c o m eo n ei m p o r t a n tm e a n st oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f p r o d u c td e s i g na n ds h o r t e nt h ep r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l e c h a n g e i n gt h et r a d i t i o n a l p r o c e s sd e s i g nm e t h o dt oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c td e s i g n ，h a sb e c o m ea l l i m p o r t a n ts u b j e c to fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g e n t e r p r i s ew i s h e st od e v e l o p ，w em u s t i m p r o v et h ed e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t y w i d e ra p p l i c a t i o no fc a ds o f t w a r ea n di t s s e c o n d a r yd e v e l o p m e n ti st h ek e yt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fp r o d u c t d e s i g n t h i sp a p e rm a i n l yb a s e so nt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo ft h ep r o | e a n dd e s i g n sp r o c e s ss t r u c t u r eo fm e c h a n i c a lp a r t sl i b r a r y , w h i c hh a sc h a n g e dt h e t r a d i t i o n a lp r o c e s sd e s i g nm e t h o da n di m p r o v e dd e s i g ne f f i c i e n c ys i g n i f i c a n t l y i nt h es t u d yb a s e do nl i t e r a t u r e ，c o m m o n l yu s e dm e c h a n i c a lp a r t sc l a s s i f i c a t i o n a n dc o d i n gp r o c e s ss t r u c t u r ew a sm a d e p r o c e s ss t r u c t u r eo fm e c h a n i c a lp a r t sl i b r a r y i sd e v e l o p e di np r o ep l a t f o r md e v e l o p m e n tw i t hv i s u a lc + + 2 0 0 5 n e te n v i r o n m e n t ， b yt h ea p p l i c a t i o no ft h ef r a m e w o r kp r o v i d e db yt h em f cr e s o u r c e ，a n dd a t a b a s e a c c e s st e c h n o l o g y ( a d o ) ，a n ds q ls e r v e r 2 0 0 5 p r o c e s ss t r u c t u r eo fm e c h a n i c a lp a r t sl i b r a r y 啪a c h i e v es t r u c t u r a ld e s i g n sf o r r a p i d l yd e s i g n i n gp r o c e s ss t r u c t u r e s ，s u c ha sc a s t i n gp r o c e s ss t r u c t u r e s ，f o r g i n ga n d s t a m p i n gp r o c e s ss t r u c t u r e s ，w e l d i n ga n dr i v e t i n gp i e c e sp r o c e s ss t r u c t u r e s ， m a c h i n i n gp r o c e s ss t r u c t u r e s ，m a k e ”m e c h a n i c a ld e s i g nm a n u a l ”e l e c t r o n i c ， s t a n d a r d i z e da n dg e n e r a t en e wt e c h n i c a lf e a t u r e sa c c o r d i n gt ou s e rn e e d s f i n a l l y , i t v a l i d a t e st h e p r a c t i c a lt h r o u g hs o m ee x a m p l e s k e yw o r d s ：p r o es e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；t h ef e a t u r e s p r o c e s sd a t a b a s e ； f e a t u r e sp r o d u c i n gc l a s s ；l o c a l i z a t i o nm e t h o d ；d a t a b a s e 第一章绪论 目录 1 1 选题背景1 1 2 国内外c a d 系统的发展状况2 1 2 1 国外c a d 系统的发展状况。2 1 2 2 国内c a d 系统的发展状况3 1 3c a d 软件一二次开发状况4 1 4t 艺结构特征库开发的现状及发腱趋势5 1 5 本课题研究的目的和意义6 1 6 本课题研究的主要内存8 第二章工艺结构的分类及要素 2 1t 艺结构的概念9 2 2 考虑t 艺性结构的目的和原则1 0 2 2 1 考虑t 艺结构的目的1 0 2 2 2 考虑丁艺性结构的原则l l 2 3 零件t 艺性结构举例1 l 2 4 零件t 艺结构分类1 2 2 4 1 铸件设计的t 艺性及常见t 艺结构1 3 2 4 2 锻造和冲压件设计的t 艺性1 4 2 4 3 焊接和铆件设计的t 艺性1 4 2 4 4 机加t 件设计的t 艺性及常见t 艺结构1 4 2 ：；j 、结l ! ； 第三章机械零件工艺结构特征库系统结构设计 1 7 3 1 机械零件结构t 艺特征库的结构1 7 3 1 1 - e 艺特征库管理模块的设计1 7 3 1 2 结构t 艺特征类的设计1 9 3 1 3 结构t 艺特征定位模块的设计2 0 3 1 4 结构丁艺特征产生模块的设计2 3 3 1 5 结构t 艺特征详细资料奋询模块的设计2 4 3 1 6 结构丁艺特征臼定义模块的设计2 5 3 2t 艺结构特征库的信息建模2 5 3 2 1 九位编码制2 5 3 2 2t 艺特征类的组织方式2 6 3 3 结构下艺特征库的程序设计一2 6 3 3 1 产生基类的实现2 6 3 3 2 产生予类的实现。2 7 3 4 ，j 、l g ：1 7 第四章机械零件工艺结构特征库系统开发。2 9 4 1p r o e n g i n e e r 次开发t 具简介。2 9 4 2p r o t o o l k i t 臆用程序开发步骤3 l 4 2 1 确定运行模式3 l 4 2 2 设计菜单并编写信息文本3 2 4 2 3 设置开发环境3 4 4 2 4 定义初始化函数和结束函数3 5 4 2 5 编写源代码一3 6 4 2 6 编写注册文件3 7 4 3 数据库模块的设计。3 7 4 3 1 数据库封装类的实现3 8 4 3 2 工艺结构特征库数据表3 8 4 4 特征元素树。3 9 4 5 草绘截面坐标系转换研究3 9 4 5 1 草绘犁特征。4 0 4 5 2 点放型特征。4 0 4 5 3 草绘面的理解及问题的描述4 0 4 5 4 草绘【f 【坐标系的理解4 l 4 5 5 草绘面臼定义坐标系与草绘坐标系的转换4 1 4 6p r o e 特征的创建4 2 4 6 1 拉伸特征的创建步骤4 2 4 6 2 拉伸特征产生类的设计4 4 4 7 ，j 、l 客z i ! ； 第五章机械零件工艺结构特征库创建实例 5 1 燕尾槽t 艺结构设计4 7 5 2 燕尾槽t 艺结构类型选择及尺寸编辑界面4 8 5 3 退刀槽工艺结构设计5 0 5 4 ，j 、1 4 ；5 ：! 第六章总结与展望。 6 1 总结! ；3 6 2 展望5 3 参考文献 攻读硕士期间研究成果 致谢。 学位论文独创性声明 学位论文知识产权权属声明 5 5 5 7 5 8 5 9 5 9 第一章绪论 第一章绪论 促进工艺管理的信息化、数字化，提高工艺管理与技术水平，推进节能减排， 这是2 0 0 9 年中国机械制造工艺协会提出的重点工作任务。机械零件工艺结构特 征库的设计与研究就是在这一时代背景下提出来的。 工艺信息化、数字化首先体现在工艺结构的设计上，将工艺结构的设计信息 化、数字化、标准化是提高工艺管理与技术水平的重点。 1 1 选题背景 企业如何快速、适时地向用户提供满意的产品，如何提高对动态多变市场的 适应能力和竞争能力，己成为企业生存发展的关键，而产品的快速、规范化设计 是提高企业市场竞争能力的关键【1 1 。 在制造业领域，集成与协同始终是机械产品研制的主旋律，而“集成化、数 字化、虚拟化、网络化、智能化”是未来发展的五大方向1 2 j 。 1 集成化包括企业产品全生命周期活动中各类人、经营管理和技术的集 成；对产品设计、生产、管理、试验等各研制环节的信息集成和过程集 成，还包括相关企业间的经营管理和业务集成，也就是我们说的企业问 集成。 2 数字化是数字化技术作用于设计、生产、管理和试验，从而形成数字化 设计、生产、管理和试验等模式。 3 虚拟化就是把虚拟现实、仿真技术及虚拟化技术运用进来，丌展虚拟设 计、虚拟生产、虚拟试验及构建虚拟化设计、生产、管理和试验环境。 4 网络化强调研制过程中不同环节之间、不同组织之间在网络环境中的协 同。 5 智能化是比较高级的一个阶段，是将智能科学的技术、方法、系统用在 我们的产品研制中。智能科学技术的运用将成为2 1 世纪先进制造业的 一个新的重要特色。 一个企业不进行信息化建设，就会落后于其他的企业，但并不是说企业实 施了信息化就能保证永不衰败。竞争在持续，企业在激烈竞争的市场化大潮中就 要不停地向前发展，制造业数字化只是企业提高竞争能力中的一项重要措施。 我国机械制造工艺虽然取得了长足进步，但与发达国家先进工艺相比，在技 术方面还存在着相当大的差距，主要表现在“两低”、“两高”1 3 l ： 1 产品零件精度低，如铸件毛坯尺寸、金属切削精度要比国外低1 - - 2 级 精度； 2 生产效率低，以汽车制造为例，我国生产效率相当于同本的1 1 0 、美国 的1 5 、德国的1 4 ，车、磨、铣、削速度分别比国外低2 - - - 3 倍； 青岛人学硕十学位论文 3 工艺消耗高，铸铁、铸钢、模锻、大型锻件的能耗要比国外高出一倍左 右； 4 环境污染严重，例如我国锻件生产多为燃煤( 油) 加热，国外已广泛采 用电加热，排放的“三废”约为我国的1 1 0 。 任何通用的c a d 软件，甚至面向某一类对象的专用的、商品化的c a d 软 件，都难以满足形形色色具体产品设计的需要。所以，一个企业欲全面丌展c a d ， 并取得积极效果，应以引入的c a d 系统为基础，根据企业的实际情况，进行程 度不同的用户化、本地化的二次丌发【引。 pr o j ，e n g i n e e r 自问世以来，现已成为世界上最普及的3 dc a d c a m 系统 的标准软体，广泛应用于机械、电子、航空航天、产品设计、模具设计等各行各 业如图1 1 所示。p r o e n g i n e e r 功能强大，融合了零件设计，产品组立，模具 开发，n c 加工，钣会件设计，铸造件设计，造型设计，自动测量，机构仿真设 计，应力分析，资料库管理等功能于一体。它的出现改变了传统的c a m 作 业方式，参数化设计及全相关联性资料库使产品的设计变的更容易，大大缩短了 开发的时间。 艮计 动仿真分析 图1 1p r o e n g l n e e r 虑刚图 生产加i ： 在这种背景下，利用p r o e n g l n e e r 三维软件设计平台进行二次开发，设计 一套机械零件结构工艺特征库是：i e 常有意义的。 1 2 国内外c a d 系统的发展状况 随着c a d 技术的不断研究、丌发与广泛应用，对c a d 技术提出了越来越高 的要求，因此c a d 从本身技术的发展来看，其发展趋势是参数化、三维化、智 能化、网络化、集成化和标准化1 5 l 。 1 2 1 国外c a d 系统的发展状况 国外c a d 系统的发展起步比较早，大致经历如下几个发展阶段，如图1 2 所示。 2 第一章绪论 5 0 年代末 6 0 年代 7 0 年代 8 0 年代 9 0 年代 现代 麻省理i ：学 院首次m j 确 提i c a d 概念 研制成功试 验c a d 系统 c a d 丌始实用化，从：维 设计发腱剑二维设讣，j i ： h 存匕机、造耕 、汽1 i 锋 设讣要求棚l 对较岛的领域 也仃j ，定的胁用 山十解决r 二维儿似j 矗喇、仿a 等廿j 题，j 越用范i t 4 4 ；断扩人，人i f i 喇系统 向微型化发胜，现r 应用极广的微 机c a d 系统年惟能优良的i ：作站c a d 系统 随着c a d 技术的快速发胜以及计算机硬仆系统性价比的人 幅度提离，c a d 丌始红哎计领域个叫普及，成为必4 ；可少 的改讣l ：具现r 系列成助的f f j i 用c a x 软件，f 【l l p r o e n g i n e e r 、u g 、c a t i a 、c i m a t r o n 、s o l i d w o r k s 、s o l i d e d g c 、a u t o c a d 、m a s t c r c a m 等 备领域广泛f 止用c a d c a i i 系统 j f ：进行r 钉4 1x , t f l ：的：次丌 发，i - j 时人： i 的j 十w e b 的 c a d c a m 系统也1 l j 避的现。 图1 2i 雪# 1 - c a d 系统的发展阶段1 6 i 1 7 1 1 2 2 国内c a d 系统的发展状况 国内c a d 系统的发展起步比较晚，但是发展速度还是比较快的。但与国外 比起来，我们还是有一定的差距的，到目f j 为止国内外c a d c a m 技术应用情 况比较如表1 1 所示。 表1 1 国内外c a d c a m 技术应用比较【8 i 国家中国发达国家 技术名称大陆香港 台湾 美国德国日本 c a d c a m 应用 3 0 5 0 4 0 7 5 7 0 7 5 c a e 应用 1 5 4 0 3 0 5 0 5 0 5 0 国内c a d 技术的研究和开发工作阶段如图1 3 所示。 3 青岛人学硕十学位论文 图1 3 国内c a d 系统的发展阶段【9 1 l l o l 同国外的c a d 技术发展相比，我国的c a d 技术有一定差距，为了促进c a d 技术的发展，国家己经把发展c a d 技术纳入国家重点发展的计划之中。同时c a d 行业的技术人员应密切关注国外的技术发展动态，以开发出具有自主版权的、先 进的专业的c a d 应用软件，逐步推动国内c a d 的发展1 1 1 j 。 国内c a d 软件主要有中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开 发的p i c a d 系统、高华c a d 、c a x a 、g s c a d 9 8 、金银花系统( l o n i c e r a ) 、开 目c a d 等1 l z i 。 1 3c a d 软件二次开发状况 随着c a d c a m 软件在制造业的普及，其应用水平也越来越高。为了适用 于各种产品设计的设计需求，多数c a d c a m 软件的功能都有很高的通用性， 但因此也存在着针对性不强，设计效率不高的问题。所以在某一特定的机械设计 与制造领域内，对c a d c a m 软件进行二次丌发是必要的。例如，在机械设计 中，经常要在机械零件上设计一些标准工艺性结构，像退刀槽、燕尾槽等，利用 现有的c a d 软件的功能往往需要很长的时间才能完成，效率十分低下。如果以 现有的c a d 软件为平台，丌发出专用的建构模块，则可在很短的时间内完成。 另外，c a d 软件的通用性也使其难以很好地应对不同用户在技术标准方面的差 异，在使用这些软件进行标准化设计时并不方便，而二次开发较好地解决了这个 问题。一些大规模的二次开发甚至能够产出全新的应用软件。 在微机平台上丌发c a d c a m 软件方面我国与国外起点差不多，都是使用 v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 或o p e n g l 等工具进行软件开发，国内许多高校、软件 公司和企业在此基础上丌发出了先进的、有自己特色的、符合中国用户习惯的 4 第一章绪论 c a d c a m 软件或模块，其中有一些成果已经得到了推广和使用【1 3 】1 1 4 1 。如： 1 华中科技大学1 9 9 7 年推出了h s c 2 0 注射模c a d c a e c a m 集成系统， 该系统以a u t o c a d 软件包为图形支撑平台，包括模具结构设计子系统， 结构及工艺参数计算校核子系统，塑料流动、冷却等子系统。 2 合肥工业大学开发了基于a u t o c a d 与m d t 的三维参数化注射模系统 i p m c a d v 4 0 。 3 武汉汽车工业大学开发了基于s o l i d w o r k s 的三维标准件库 3 d p a r t l i b 。 4 清华天河p c c a d 智能化机械绘图设计系统。 5 c a x a 系统是北京北航海尔软件有限公司的品牌产品。主要有c a x a 电 子图板v 2 ( c a x a e b v 2 ) 二维设计和绘图软件、c a x a 三维电子图板 v 2 ( c a x a e b 3 d v 2 ) 三维零件设计软件、c a x a 工艺图表x p ( c a x a c a p p ) 计算机辅助工艺图表软件、c a x a 工艺汇总表x p ( c a x a c a p p ) 计算机辅 助工艺图表软件。 6 台湾科技大学的林清安教授等人做的p r o e n g i n e e r 标准零件库。 7 国内的南京航天大学，华中科技大学等也都有自己完美的标准零件库。 1 4 工艺结构特征库开发的现状及发展趋势 工艺结构特征库的设计与研究与标准零件库的设计相似。标准零件库的设 计是为了给所有的设计工程师去方便地使用行业所制定的并且审校通过的标准 零件。目前，标准零件库的发展已经到了一个相当成熟的阶段，无论从库的设计 科学性还是实用性来讲，都达到了一定的水平。随着c a d 软件与p d m 的集成， 使标准零件库的信息数据管理更加科学。 在理论研究方面，上海交大的杨东，张申生等对基于i s 0 1 3 5 8 4 的零件库的 零件的表达方法、体系结构和实现方案等进行了研究【1 5 1 1 1 6 l ；浙江大学苏宝华等 人基于零件库国际标准( i s 0 1 3 5 8 4 ) ，对零件库建立的方法及基于零件库实现产品 资源共享的原理进行了研究，分析了网上信息交互的类型，讨论了零件库在产品 设计中的应用【r 7 j 中科院软件研究所对基于i n t e m e t i n t r a n e t 零件库资源共享技 术进行了研究；中国矿业大学的张宏林等对建立基于i n t e m e t 的符合国际标准 ( i s 0 1 3 5 8 4 ) 的零件库总体丌发方案进行了探讨【1 8 l 。 在实际应用方面，台湾科技大学的林清安教授等人做的p r o e n g i n e e r 标 准零件库相当实用。国内的南京航天大学，华中科技大学等也都有自己完美的标 准零件库。目前，青岛大学对工艺结构特征库做了相应的研究和设计。 目自订国内基于w e b 的零件库和工艺结构特征库的研究也正在进行，由于我 国的零部件制造商大都是一些中小型企业，高级技术人员不足，所以对基于w e b 的零件库和工艺结构特征库的应用认识不足。但随着网络的发展，信息处理技术 5 青岛人学硕+ 学位论文 的提高，以及网络传输速度的加快，基于w e b 的零件库和工艺结构特征库将成 为我国机械设计领域一颗耀眼的明星1 1 引。 目f i 国外企业对建立基于网络的零件库和工艺结构特征库相当重视，基于 w e b 的零件库和工艺结构特征库的发展也相当成功，其合作伙伴都是一些国际 上主要的零部件供应商，对零件库和工艺结构特征库的建立和管理都有一套合理 的工作流程及技术，并且已完全市场化运作。 1 5 本课题研究的目的和意义 在软件市场上买到的洲c a m 系统，一般都是通用系统，即能在市场上 买到的c a d c a m 系统一般称支撑系统，具有c a d c a m 的基本功能，用户使 用的c a d ，c a m 必须要针对本企业的特点二次丌发才好用。应用二次开发的 c a d c a m 见效快、易操作、效率高、便于普及，适合国情。 因此，要用好q 如c a m 技术，不仅仅是投资和选择哪家公司产品的问题， 因为这些支撑系统只提供g 虹) 弘m 技术的基本应用平台，即工程图处理系统， 几何造型系统，物性计算系统，几何定义系统，图形显示系统。较高档的还提供 有限元分析系统，数控加工系统。如果开展删c a m 应用，只利用c a d c a m 系统进行绘图( 只占设计工作量的1 8 ) ，大量的资料检索，设计思考还需人工大 量地去翻阅、查找，再将查到的数据、图形地输入计算机，比如t 形槽的设计( 如 图1 4 所示) 。目前企业面临多品种生产，有十几名、上百名设计人员进行工作， 如果按照上述的c a d c a m 系统进行工作，各自输入计算机进行处理，就会造 成大量的重复劳动，并没有达到优化设计工作的目的。所以一个比较完整的 c a d c a m 系统至少应将以上设计时所需查找的资料、数据、图形库、方法库、 知识库及其应用程序，达到这一水平才能真正发挥c a d c a m 系统的优越性闭i 1 2 1 1 。 翰翻 图1 4t 形槽 k = h + 2 不透端形式及尺寸 p r o e 是三维设计软件当中应用广泛的c a d 软件。利用p r o e 进行传统的 设计过程如图1 5 所示。 6 第一章绪论 图1 5 传统的设计过程图 利用机械零件工艺结构特征库的设计过程如图1 6 所示。 图1 6 利用工艺结构特征库的设计过程图 本课题选题的目的和意义 零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行 性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较 差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。 1 机械零件工艺特征库的创建不仅能够使年轻的机械工程师在设计机械 零件时更加轻松方便，而且对于有经验的机械工程师来说更加方便快 7 青岛人学硕士学位论文 捷，使他的设计更加合理、规范。 2 机械零件工艺特征库的创建将使机械零件工艺特征设计标准电子化、规 范化，免去了设计工程师翻查设计手册的烦恼。 3 很大程度上提高了设计工程师的效率，缩短了产品开发的周期，提高了 产品的竞争力。 4 机械零件工艺特征库的创建使传统的结构工艺设计更加规范，更加标 准。 1 6 本课题研究的主要内容 机械零件结构工艺性结构设计的基本原则，指出机械零件工艺性结构设计 是一个涉及诸多因素的综合性问题，它与所选的制造机械零件材料的性能、制造 工艺过程、生产的现场条件、生产批量及经济性等因素有关，机械零件工艺结构 尤其应考虑零件整个生产工艺过程结构的合理性。指出机械的结构应与生产工艺 过程相适应，与零件加工工艺路线相适应。通过实例分析表明：在许多情况下， 材料一旦选定，零件的生产工艺过程也基本确定，零件结构的基本形式也相应确 定；同时，零件的毛坯成形工艺对零件的结构起着至关重要的作用【2 列。 本课题选用p m e n g n e e rw i l d f i r e4 o 版本作为开发平台，。选用面向对象 的程序设计语言v c + + 2 0 0 5 n e t 和s q ls e e r 2 0 0 5 作为开发工具，着重于机械零 件工艺结构特征智能设计和p m e n g i n e e r 提供的基于w i n d o w s 平台的开发工 具包p 枷o l k i t 的研究。 主要包括： 1 总结机械零件结构工艺特征的基本规范，并对这些工艺待征进行分类归 纳。并建立参数化结构工艺特征模型库。 2 研究p r o e 当中各种几何特征的特征元素树，从根本上理解几何特征生 成的原理。 3 研究p r 0 e 点放型特征开发的原理。 4 研究v c + + 2 0 0 5 n e t 集成开发环境与s q ls e r v e r 数据库在 p r o e n g i n e e r 二次开发中的应用。利用p r o ，e n g i n e e r 提供的二次开 发工具包p r o 厂r o o l k i t ，开发机械零件结构工艺特征。 8 第二章t 艺结构的分类及要素 第二章工艺结构的分类及要素 规范、整理、分类工艺性结构能够缩短产品设计的周期，提高产品设计的质 量，从而达到快速、高质量设计的目的。 工艺性结构种类繁多，设计复杂，通过对工艺性结构的研究，将工艺性结构 按加工、成型方式及要素分类是非常必要的。能够为工艺结构特征库的设计打下 坚实的基础。 机械制造工艺过程通常可区分为热加工工艺过程( 包括铸造、塑性加工、焊 接、热处理、表面改性等) 及冷加工工艺过程，它们都是改变生产对象的形状、 尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。 零件的机械加工工艺过程是机械生产过程的一部分，它是研究如何利用切削 的原理使工件成形而达到预定的设计要求( 尺寸精度、形状、位置精度和表面质 量要求) 。工艺性结构的设计是零件加工工艺过程的重要组成部分。各种用途的 零件其结构的多样性乃是机械制造中采用多种工艺结构的产物，而零件结构的多 样性则往往又是工艺结构多样性的重要原因【2 3 1 。 2 1 工艺结构的概念 在机械设计中，不仅要保证所设计的机械零件具有良好的工作性能，而且 还要考虑能否制造、便于制造和尽可能降低制造成本的问题。这种在机械设计中 综合考虑制造、装配工艺、维修及成本等方面的技术，称为机械设计工艺性f 2 4 1 。 机器及其零部件的工艺性主要体现于结构设计当中，所以又称为结构设计工艺 性。零件结构设计工艺性，简称零件结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用 要求的条件下制造的可行性和经济性。零件结构工艺性存在于零部件生产和使用 的全过程中，包括：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器 使用、维护，直至报废、回收和再利用等。 一般我们在设计机械零件的时候都要考虑两个方面的内容，使用性能和设 计要求，如表2 1 所示。 表2 1 机械零件使用性能及设计要求 使州性能设计要求 能j j好川 耐用好做好装好修 然后我们再根据使用性能和设计要求设计结构、选择材料、确定尺寸。其 实零件的结构工艺性就是其制造的难易程度及结构是否适合于所规定的生产批 量，材料和工时的消耗，掌握新结构所需的时间以及生产资金的相对耗费量等结 构性能的总和。它是评价零件结构设计优劣的重要指标。 9 青岛人学硕十学位论文 主要决定因素有：结构的继承性，零件的重复性，结构的标准化，毛坯选择 及工艺过程的合理化，材料品种是否适当及材料和工时消耗等1 2 5 j 。 2 2 考虑工艺性结构的目的和原则 结构设计时，在保证设备性能和满足结构要求的前提下，应尽量减少结构特 殊的零件，尽量采用由专业生产厂家的标准件或是规格化的零件，尽量采用本厂 生产的并在其它产品上广泛使用的零件；在选择材料上，在满足使用要求的前提 下，应尽量选用来源方便，工艺性好，而且价格低的材料，并尽量减少品种及规 格的种类；加工方面，应尽量采用无屑加工工艺，将切屑加工零件数量降到最低 水平，采用高效率工艺措施和行之有效的新工艺。此外，零件在设计过程中，其 加工工艺还必须适应本厂的生产水平和设备水平，降低加工成本f 圳。 2 2 1 考虑工艺结构的目的 研究和学习工艺结构有利于机械制造业的发展、有利于工艺的信息化、数字 化。具体目的如下： 1 零件工艺性结构对零件加工、装央影响很大 产品精度或是工装央具精度的高低在很大程度上取决于工艺结构的科学合 理性。正确合理的工艺结构在产品及工装夹具制造过程中起着举足轻重的作用， 所以要制造高精度的产品或工装夹具必须采用正确合理的工艺结构来保证瞄7 1 。 例l ：车床小滑板的燕尾槽，常采用刨削或铣削加工，应设置工艺凸台如表 2 2 所示，否n 4 , 滑板不能水平装夹。设计零件结构时要充分予以考虑。 表2 2 车床小滑板的结构设计 2 碰到结构工艺性不好时会做一般处理 ( 1 ) 与设计者协商修改原设计 在机械加工过程当中，经常遇到结构设计不合理的情况，这个时候需要与设 计者协商，修改零件结构，能够根据现有的加工设备推荐几种工艺性结构供设计 者参考。 例2 ：需要插削的表面，为便于退刀，应设置插削越程槽。如表2 3 所示。 1 0 第二章t 艺结构的分类及要素 表2 3 插削表面 ( 2 ) 不能修改时，在工艺上想办法 3 工艺性结构随科技发展而变化 我们学习研究工艺性结构的目的，还要知道工艺性结构是随着科技发展而变 化的，所以我们要经常关注、学习国内外新技术新工艺。 2 2 2 考虑工艺性结构的原则 结构设计时，在考虑方案阶段即应反复推敲，力求结构简化，删除那些不必 要的结构，改进那些不合理的结构，结构要素要符合工艺方法。比较有效的方法 是：在完成装配草图时，认真而仔细地分析每一个零件，考虑其作用和结构特点， 判定能否删除和与其它零件合并，能否进一步简化其结构，能否改变其装配位置 和尺寸从而简化其它结构等。要做好此工作，有一定难度，此依赖丰富的设计经 验和广泛的工艺知识。在设计过程中采取这种方法不仅可以提高结构工艺性，而 且还可以减少设计差错1 2 8 1 。 1 必须满足使用要求 考虑工艺性结构首先要满足使用性能也就是方便用户。其次我们就要考虑 工艺要求这样才能方便厂家。这两个方面相互配合、相辅相成，这就要求我们在 设计的时候二者兼顾。 2 必须综合考虑，分清主次 在考虑工艺性结构的时候我们要综合考虑，考虑毛坯制造、切削加工、热处 理、钳工装配等，尽可能使之均具有良好工艺性，当产生矛盾时，要保证主要的， 照顾次要的。 3 必须考虑具体生产条件 工艺性结构随生产条件不同而异，需要我们在设计的过程中充分考虑具体的 生产条件，生产条件主要指设备、批量等。 2 3 零件工艺性结构举例 1 采用标准化 青岛人学硕十学位论文 我们在机械设计的时候，我们要尽量用标准件：螺钉、垫圈、销子、轴承等。 标准参数为：孔径、锥度、螺距、模数等。 2 便于装央 我们在设计的时候要尽量考虑能够装央、装央可靠、减少装央次数、尽可能 “一刀活 。 例3 ：配合的内外表面的端部应有倒角，便于装配导向，且有利于安全和美 观。如表2 4 所示。 表2 4 轴设计 3 便于加工 我们在设计结构的时候，应有足够刚度、避免内表面加工、减少i j n - r 面积、 减少机床调整、减少刀具种类、便于进刀退刀、减少加工困难。 4 便于测量 便于测量主要是便于尺寸误差测量和形位误差测量。 5 便于装配 ，便于装配方面的工艺主要有，配合零件端部要倒角、柱销营孔应有出气处、 轴肩与孔端应能贴紧、配合零件只能有一对配合面、螺钉连接应有扳手活动宅 问、螺钉连接应便于螺钉的安装、应有正确装配基面、应有合适调整补偿环、 结构最好为独立装配单元。 2 4 零件工艺结构分类 零件的结构形状应满足设计要求和工艺要求。零件的结构设计既要考虑工艺 美学和造型学，更要考虑工艺可能性，否则将会导致制造工艺复杂化，甚至无法 制造或造成废品。零件上的常见结构，多数是通过铸造( 或锻造和冲压) 和机械 冷加工获得的，故称为工艺结构。了解工艺结构的分类有助于机械零件工艺结构 特征库方便用户使用。从结构成型方面考虑，我们将机械零件工艺结构分为铸件 工艺结构、锻造和冲压件工艺结构、焊接和铆接件工艺结构和机加工工艺结构等 1 2 9 l i 刈如图2 1 、表2 5 所示。 1 2 第二章t 艺结构的分类及要素 图2 1 工艺特征类型分类 表2 5 工艺特征类型分类 机加工件工艺特征铸件上艺特征 辩jj月li ：纠iz 筠a 馋 i j z 4 ：j t l - d k 戎舳fi 7 n 五0 矗l1 0 n 7 、 铸造内网绝j b z o4 2 5 51 9 9 7 ) 哥彤格( ( ；b t1 5 81 9 9 6 ) 铸造外圆f f i ( i i i 绷4 2 湘1 9 9 7 ) t 0 4 巾，c , - j l ( g b t1 4 52 0 0 1 ) 妇i 强筋 姒，j 硝f j b z q4 2 3 81 9 9 7 ) f l 边r 、赍 越，l ! 榴( 1 ；册6 4 0 3 51 9 8 6 ) 分f ! i i ：缴：稚i 体k 囊j l ： = 0 0 3 1 3 结构工艺特征定位模块的设计 结构工艺特征定位模块是机械零件结构工艺特征库的核心之一。主要包含定 2 0 第二章机械零什j i ：艺结构特征库系统结构设计 位方式的确定和参照的选择两个方面，在这个模块里面有多种定位方式，如轴加 面的定位方式、三面的定位方式、面加两边的定位方式等。 1 定位方式的设计 工艺结构特征多种多样，不同的工艺特征可能定位的方式就会不一样。在开 发的过程当中，从定位方式上我们把特征主要分为三类，轴加面的定位方式、三 面的定位方式、面加两边的定位方式。其实这三种特征定位方式并没有严格的区 别，它们的原理都是相通的，它们最终都要转化为自定义坐标在x 、y 、z 三个 方向上的定位，定位模块结构如图3 6 所示。 图3 6 定位模块结构l ! 目 2 自定义坐标系的研究 在工艺特征的创建过程当中，有时系统默认的坐标系并不是我们想要的坐标 系或者说如果我们用默认的坐标系，会不方便。这时我们需要根据特征需要自定 义一个坐标系。 ( 1 ) 创建自定义坐标系有以下几种方法如图3 7 所示： 图3 7 白定义坐标系方法 ( 2 ) 下面我们以使用一个现有的坐标系创建坐标系为例说明自定义坐标系的 创建过程。 如果坐标系的原点使用一个现有的坐标系确定时，使用表3 3 中的元素。 2 1 青岛人学硕十学位论文 表3 3 使用一个现有的坐标系时使用的元素 元素说明 p r o e c s y s o r i g i n c o n s t r s强制的 p r o e c s y s o r i g i n c o n s t r强制的 p r o e c s y s o r i g i n c o n s t r r e f强制的 p r o e c s y s 一0 f f s e t1 y p e 可选的 p r o j l c s y s _ o r i e n t m o v e s 对丁1 卜p r o _ c s y s _ o f f s e t _ c a r t e s l a n 为强制的 p r o j l c s y s _