（机械工程专业论文）基于cadcamcnc的液压接头设计与制造.pdf

摘妻 论文题目：基王旦丝趔型g 的遗压 接达遮进皇壹4 造 学科名称： 论文作者： 指导教师： 答辩时间： 扭越王猩 监卫 盏麴 2 q q 曼生! q 旦 摘要 签名： 签名： 趁 液压接头是人型筑养路棍械的一个重要纽成部分，利角c a d c a i v u c n c 技术实 现接头的模块化设计和快速制造是保证其质鼙品质和加t 效率的有效途径。本文对基 于c a d c a m c n c 韵液压接头设计与制造进行了较全面的研究，主要研究内容如f ： l 、嚣标液压接头的模块化：在分析了我公司液压接头的类型与特点的基础上建 立了液压接头的基本摸型。根据模型分解成基本模块( 主体) 和附加模块( 子体) ， 将其进行归类并定义，同时建立系列主、子模块，并最终将之模块化。 2 、基丁c a d 的液压接头设计：按_ ! 液压接头的归类方式，以公司液压接头为研 究原删，从参数化酲计角度研究了液压接头白菜单开发、模玳构建、数据阵设计、模 块合成的各个步骤。 3 、基丁c a m 的液压接头n c 代码生成：探讨液压接头的j ：艺路线规范化、切削 要素的标准化研究工作、特别是在深入掌握e d g e c a m 的后置处理器后，对其进行改 造，并建立适合公司机床数控系统的新模扳从而由e d g e c a m 衍生实用性n c 代码。 4 、基丁c n c 的传输与制造：通过对n c 代码的安全性复核、c n c 与p c 间的实 时传输及数控机床快速加i 的研究与返州，实现了自设计至制造的过程自动化。 在以上研究的基础上建立了基丁c a d c a m ，c n c 的液压接头设计与制造的总 体框架，开发与改造了相应的软硬什，井经实际运行加l 证明了其可行性。 关键词：液乐接头模块化设计参数化建模数控加 ：c a d c a m i c n c a b s t r a c t s u b j e c t ：旦5 珏磐垦坠亟丛垦烈照i 丝i n gq f 珏y 照r 垦丝! i 王丛b 量e i 丛i n g b a s e d o nc a d c a m j c n c c a n d i d a t e 均均 s u p e r v i s o r ：玉卫i 皿_ b a r g u m e n td a t e ：o c t o b e r 2 0 0 5 a b s t r a c t s t g n a t u r e h y d r a u l i ct u b ef i t t i n g s ( h t f s ) i sa l li m p o r t a n tk i n do fp a r t si nt h ec o n s t r u c t i o na n d m a i n t a i nh i g h w a ym a c h i n e i ti sa na v a i l a b l ew a yt op e r f o r mm o d u l ed e s i g na n dq u i c k m a n u f a c t u r i n gb yu s i n gc a d c a m c n ct e c l m o l o g y t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h ep r o c e s s e s o fd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n ga b o u th t f sb a s eo nc a d c a m c n c t h em a i nc o n t e n ta s f o l l o w s ： 1 m o d e l i n go ft h en o n - s t a n d a r dh t f s t h eb a s i cm o d e l s o fh t f sw e r ee s t a b l i s h e d b a s eo na n a l y s i st h e i rt y p ea n dc h a r a c t e r i s t i c t h eb a s i cm o d e li sm a d eu po f m a i nb o d ya n d s u bb o d y t h e yw e r ec l a s s i f i e da n dd e f i n e dr e s p e c t i v e l y a tt h es a m et i m e ，t h es e r i e so f m a i nm o d u l ea n ds u bm o d u l ew e r ee s t a b l i s h e da n dt h e i rs o l i dm o d u l e sw e r eg e n e r a t e d 2 d e s i g no fh t f sb a s eo nc a ds y s t e m ：w i t ht h es u p p o r to f s o l i d w o r k sa n dv b ， t h em e n ud e v e l o p m e n t ，m o d e lg e n e r a t i o n ，d a t a b a s ed e s i g na n dm o d u l ee o m b i n a t i o nw e r e c a r r i e do u tf o re a c ht y p eo fh t f s ，s ot h a tt h ep a r a m e t e rd e s i g no f h t f sc o u l db er e a l i z e d - 3 n cc o d eg e n e r a t i o nf o rh t f sb a s eo nc a ms y s t e m t h es t a n d a r d i z a t i o no f p r o c e s sa n dc u t f i n gf a c t o r sf o rt h em a n u f a c t u r i n go fh t f sw a s d i s c u s s e df i r s t t h e nt h ep o s t p r o c e s s o r o fe d g e c a mw a sr e s e a r c h e da n dr e c o n s t r u c t e d a n e wt e m p l a t ew a s e s t a b l i s h e dt oa d a p t e dt h en cs y s t e mi nt h em a c h i n et o o l ss ot h a tt h en cc o d eg e n e r a t e d f r o me d g e c a mc a nb eu s e df o r t h em a c h i n et o o l sc o r r e c t l y 4 m a n u f a c t u r i n gb a s eo nc n c t r a n s m i s s i o n t h ep r o c e s sa u t o m a t i o ni sr e a l i z e d f r o md e s i g nt om a n u f a c t u r eo fh t f sb ym e a n so fs e c u r i t yc h e c ko fn cc o d e ，r e a l t i m e t r a n s m i s s i o na n dq u i c kp r o d u c i n go f n cm a c h i n e 曼堕! ! ! ! ! ! g 竺竺堡! 旦望! ! ! 望竖! ! 垒型! ! ! ：茎! ：! ! 竺堕! ! 堡! 望! ! 堡! ! ! 型型 w i t ht h er e s e a r c h e sm e n t i o n e da b o v e ，af r a m ef o rd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n go f h t f si sb u i l d e db a s e do nc a d c a m c n c ，s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dh a r d w a r em o d i f y i n g b yr e a lo p e r a t i o ni no u rc o m p a n y , t h ef e a s i b i l i t yo f f r a m ei sp r o v e d k e yw o r d ：h y d r a u l i ct u b ef i t t i n g s ( h t f s ) ，m o d u l a r i z ed e s i g n ， p a r a m e t e rm o d e l i n g ，n cm a c h i n i n g ，c a d c a m c n c 独创性申明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学 位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知， 除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我 一同工作的同志对本文所论述的工作的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并已致谢。 本论文及相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任。 论文作者签名：拜rc ) rf pr 保护知识产权申明 本人完全了解西安理工大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在 校攻读学位期间所取得的所有研究成果的知识产权属西安理工大学所有。 本人保证：发表或使用与本论文相关的成果时署名单位仍然为西安理工大 学，无论何时何地，未经学校许可，决不转移或扩散与之相关的任何技术 或成果。学校有权保留本人所提交论文的原件或复印件，允许论文被查阅 或借阅；学校可以公布本论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或 其他手段复制保存本论文。 论文 后，以上申明同样适用) 导师签名：宰逝6 洚 t 。月 、疗同 第l 章绪论 1 绪论 1 1 课题的研究背景和目的 1 1 1 课题的研究背景 a 企业及产品背景 陕西建设机械股份有限公司现有员工1 1 0 0 人，2 0 0 2 年工业产值8 亿元，2 0 0 3 年1 0 1 亿元( 工业不变价) ，于2 0 0 4 年7 月进入沪市交易， 流通股0 4 亿股。公司产品主要有7 种摊铺机、2 种稳拌机、2 种铣刨机、 2 种压路机、2 种场拌设备、系列翻斗车及非标钢结构等。在上述产品中， 目前由我公司自行加工的8 7 种液压接头( 只涉及6 米摊铺机和2 1 型稳 拌机，已数控机床手工编程的有1 8 种) 。 ( 1 ) 液压接头在c a d ，c a m c n c 方面存在的问题 1 ) 用c a d 建立模型方面存在如下问题： 接头的不规则性导致基本模型的建立受到了局限，难以达到对各 类接头的覆盖。 在菜单设计界面中可采用下述左边图形作为贴图使用( 图1 1 ) ， 而在数控车床实际加工时只能单个部位逐个加工( 图1 2 ) 。 而在数控车床实际加工时只能单个部位逐个加工( 图1 2 ) 。 酗l - 1y q 方液托接头造型幽l - 2 某部位加t 样倒 西安理工太学工程硕士专业学位论文 所以，在参数化造型阶段及c a m 生成的g 代码也必须是分段独立 的( 即一次装兴、2 轴车削能够完成的工序形成一个独立的程序n c 代码) 。 2 ) 用c a m 生成加工代码方面存在如下问题： c a m 可生成多种专用c n c 机床的加工程序( 如f a n u c t 系列、 s i m e n s 8 1 0 d 、n u m 等各类数控系统的专用代码各不相同) ，对于配置 不同数控系统的机床就必须通过不同的后置器生成不同的g 代码。 为机床安全考虑，所生成的加工代码必须经验证。 3 ) 用c n c 数控车床加工方面存在如下问题： 断续车削产生对刀具及c n c 机床的冲击，必须充分、慎重考虑对 机床的损伤及寿命问题。 数控机床内置的存储程序空间很有限，而通过c a m 后置生成的程 序若较大，有可能存储空间不够。 ( 4 ) 从目前公司数控车床手工编程过程来看，反映出如下问题： 手工编程速度慢，效率低下。 操作人员技术素质不高，复杂编程难以实现。 不能实现预编程及自动化编程。 随着以液压为驱动力的筑路机械新产品开发，类似的液压接头将 不断增多，导致手工编程工作重复进行。 b 公司具备的软、硬件背景 ( 1 ) 硬件：金工车间现有两台数控机床型号为 1 ) 国产c k 7 8 1 5 d 全功能性数控车床( 具备x 、z 两线性轴，同本 f u n a c o i t 数控系统，r s 2 3 2 接口) 2 ) 进口e t 5 0 0 车削中心( 具备x 、z 随线性轴，c 旋转轴，德国 s i e m e n s 8 1 0 d 数控系统，r s 2 3 2 接口) ( 2 ) 软件：目前已具备的软件 1 ) s o l i d w o r k s ( c a d 类软件) 三维造型 2 ) e d g e c a m ( c a m 类软件) 仿真加工与生成n c 代码 第1 幸绪论 3 ) c i m c o 、s e r t r a n s ( 校验、传输类软件) 一代码传输 由以上条件来看，本公司已具备了进行液压接头参数化建模、衍生 g 代码、导入数控加工的基本条件。通过对现有软件的二次开发和集成， 可以达到课题设想的要求。 c 本课题背景、依据 ( 1 ) 目前使用的c k 7 8 1 5 d 、e t 5 0 0 两台数控机床已可匹敌于一个普车 班( 8 - 1 0 台普车的效率) ，但仅仅开足马力、连续加工并非高效的表现。 机床的手工编程、选参数部分耗时颇多，而零件多为单件小批，种类复 杂( 如液压接头计有8 7 种) ，经充分调查与论证，完全可开发设计、造 型、传输、加工的过程自动化解决方案。 ( 2 ) 我公司余工车间铸造区所用摊铺机螺旋叶片铝型模的制造，是委 托外协厂家利用其数控机床及c a m 系统、花费4 0 万元高额费用制作而 成，对方控制着设计及加工的模具图及程序代码。通过本课题组利用数 控车床开发液压接头的解决方案，进而利用加工中心可延续开发铝型模 的自动化设计及加工的解决方案，为今后铝型模损耗后的自行加工开辟 降本节耗的道路。 ( 3 ) 提升生产单元迅速加工高技术产品的核心技术能力，亦是与外方合 作时的一种技术资本 如与英格索兰( i n g e r - s o 砌。a n d ) 公司的合作、与 其子公司a b g 的合作1 。 1 1 2 课题的研究目的 在基于液压驱动的运动机械行业中( 如筑养路机械行业) ，液压接头 类精密件是液压泵、液压马达、集流块与高液压管路间的核心连接件，其 品质好坏直接影响相关液压部件的动作稳定性及压力承载可靠性，其加工 周期直接影响整机装配与销售档期，目前，我公司加工液压接头的方法主 要是靠普车或数控车床( 机上手工编程) ，此种方法适用于单一品种小批 量，面对筑路机械行业的高技术蚕食与激烈竞争，本课题的目的是以液压 西安理工大学工程硕士专业举住论文 接头为起点，探索出适合我公司特点的设计与制造之路。具体地说，本课 题考虑选用s o l i d w o i l k s 建立三维实体、利用c a m 类软件( e d g e c a m ) 衍生程序代码( 以下简称g 代码或n c 代码) 并传输至c n c 数控机床实 际加工，再加上前端窗口化菜单开发( 作为参数化输入界面) 、中间以数 据库链接，构架成参数化设计及快速制造液压接头的总体研究框架。 1 2 模块化设计与参数化建模技术概述 1 2 1 模块化设计 文献认为，模块是一组同时具有相同功能和相同结合要素，而具 有不同性能或用途甚至不同结构特征，但能互换的单元。并进一步指出 模块化设计是基于模块的思想，将一般产品设计任务设计成模块化产品 方案的设计方法。它包括两方面内容：模块创建和模块综合。 u l r i c h “认为模块化与设计中的两个特点紧密相关： i ) 设计中功能域与物理结构域之间地对应程度影响模块化的程度； 2 ) 产品物理结构间相互影响程度的最小化。 这两点从设计学角度指出了影响模块化设计的基本因素，首先是在 系统分析规划时，采用适当的方法对设计过程中各个部分，尤其是产品 的功能域、结构域以及二者之间映射关系的合理分析，是模块化设计技 术的关键影响因素。其次。要保证模块的功能、结构的相对独立性，即 将模块之间相互影响的因素尽量减小。 r 0 1 p a h l 和b e i t z ”。认为模块设计是完成从功能需求域到模块功能域的映 射，然后在考虑模块性能( 如尺寸、重量等) 基础上完成从模块功能域 到模块结构域的映射 r 文献认为；“模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功 能不同性能、不同规格( 图1 3 、图1 - 4 ) 的产品进行功能分析的基础上， 划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的 第1 章绪论 产品，以满足市场不同需求的设计方法。” ( a ) 含m 4 8 2 外螺纹 ( b ) 含m 2 2 * 1 5 外螺纹( c ) 含m 1 4 * 1 5 外螺纹 图i 3 外锥密封接口模块化设计 ( a ) 含m 5 2 2 外螺纹 ( b ) 古m 3 6 * 2 外螺纹( c ) 含m 2 2 15 外螺纹 图1 - 4 内锥密封接口模块化设计 文献4 3 认为：“经划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择 和组合( 图1 5 ) 可以构成不同的产品，以满足市场不同需求。” ( a ) 内锥密封接口 ( b ) 六方主体( c ) 外锥密封接口 ( d ) 六方液压接头 图1 - 5 模块组合成零件示例 西安理工大学工程硕士专业学位论文 1 2 2 参数化建模 a 参数化方法 参数化( p a r a m e t r i c ) 造型系统是一种尺寸驱动( d i m e n s i o n - d r i v e n ) 系统。采用预定义的办法建立图形的几何约束集，指定一组尺寸作为参 数与几何约束集相联系，因此改变尺寸值就能改变图形。其主要技术特 点是：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关“。，广 义的“参数化”包含关系驱动造型、变量化设计以及基于约束的设计等诸 多内容。 参数化造型记录建模过程和其中的变量( 也就是捕捉设计意图) 以及用 户执行的c a d c a m c a e 功能操作，因此，参数化建模通过捕捉模型中的 参数化关系记录了设计过程。这种记录过程与次序有关( 是顺序化的) 。同 时，它利用一系列定义好的参数对模型进行顺序计算。 采用这种技术的理由在于：它彻底克服了自由建模的无约束状态， 几何形状均以尺寸的形式而牢牢地控制住。如打算修改零件形状时，只 需编辑一下尺寸的数值即可实现形状上的改变。尺寸驱动已经成为当今 造型系统的基本功能。 参数化建模的优势在于其速度快。利用参数化设计手段开发的专用产 品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来， 可以极大提高设计速度，并减少信息的存储量。其缺点是用户必须提供 几何元素的全部尺寸、位置信息，然后才能定义下一个元素。目前参数 化技术大致可分为如下三种方法：( 1 ) 基于几何约束的数学方法； ( 2 ) 基于几何原理的人工智能方法；( 3 ) 基于特征模型的造型方法。 参数化造型系统一般不能改变图形的拓扑结构，因此想对一个初始设 计做方案上的重大改变是做不到的，但对系列化标准化零件设计以及对原 有设计作继承性修改则十分方便 b 建模技术 建模技术是c a d 的核心技术。建模技术的研究、发展和应用，就 6 第1 章绪论 代表了c a d 技术的研究、发展和应用。从5 0 年代至今建模技术的发展经 历了二维建模、三维几何建模( 包括线框建模、曲面建模、实体建模) 、 特征建模( 包括参数化和变量化建模) 及产品集成建模的发展过程。目前， 在建模技术方面应用最广的是参数化建模技术，主要应用于结构形状比较 定型、可以用一组参数来约定尺寸关系的产品造型，各参数与设计对象的 控制尺寸有显示对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。 建模技术的另一关键是产品数据模型。它是产品生命周期中所有信 息的集合”1 ，是经过抽象整理后建立在语义、结构方面有一定形式的数 据模型。它基于信息理论和计算机技术，以一定的数据模式定义和描述 整个生命周期中产品的数据内容、活动过程及数据联系。从设计视图来 看，产品模型分为”。：产品结构模型和零件定义模型两个子模型。在概 念设计阶段涉及最多的是产品结构模型，而零件定义模型则属于c a d 造型的范畴。在表达上，产品数据模型有局部表达和整体表达之分，所 谓产品模型的局部表达，即通过预定义与特定制造活动相联系的局部信 息来表达，诸如几何形状、公差及表面粗糙度等，而整体表达则是对整 个产品信息的完整描述。 对产品数据模型的研究，经历了由简到繁，由几何模型到集成化产 品数据模型这样的发展阶段，提出的产品数据模型主要有以下几种“： 面向几何的产品数据模型。主要目的是表达产品的形状，也可用 于有限元分析和数控加工应用。 基于特征的产品数据模型。这一模型充分考虑了形状、精度、材料、 管理、技术等方面的特征，不仅使设计者能利用具有明显工程含义的体 素( 如孔、槽等) 来表达产品，提供更自然的词汇表达设计对象，以捕 捉设计者的意图，而且可为整个设计制造过程的各个环节提供统一的产 品数据模型。这种模型研究发展迅速，同趋兴旺。 基于知识的产品数据模型。这一模型是使用人工智能技术，如面向 对象的编程语言、基于规则的推理技术、约束及真理维持系统等建立起 西安理工大学工程硕士专业学位论文 来的。 集成化的产品数据模型。这一模型包容了上述模型的所有功能，所 有类型的产品信息都集中存储在一个集成的产品数据模型中，除产品信 息的统一表示和集成管理外，产品的开发过程还可以由产品历史、产品 开发规则、用户模型等一般性产品知识支持，它的表达已将产品生命周 期中的不同阶段的信息都考虑进去。 1 3c a d c a m c n c 技术的发展与选择 1 3 1c a d c a m c n c 技术的发展 a c a d 技术 r l l l c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ；计算机辅助设计) “是借助计算机系 统在工程和产品设计的各个阶段提供快速、有效的工具和手段，以辅助 设计人员加快和优化设计过程和设计结果，以达到最佳的设计效果的一 种技术。c a d 系统包括科学计算、图形及数据库三个部分。c a d 技术发 展至今已有三十多年历史。从六十年代丌始，西方一些公司就- 丌始了对 计算机辅助设计绘图技术的研究，1 9 6 3 年，s u t h e r l a n d 发布的s k e t c h p a d 系 统是第一个c a d 实验系统，丌辟了计算机图形学和c a d 的新纪元。七十 年代，在西方国家c a d 软件开始实用化，二维设计系统得到比较广泛的 应用。但二维设计系统的建库方式，己很难满足现代制造业的需要，在 三维c a d 系统平台上建立三维参数化实体模型( 它非常有利于后续利用 c a m 进行仿真加工和代码衍生) ，是目前国内外研究的热点问题。到了 八十年代，商品化的三维实体造型系统投入使用，p c 机上的c a d 系统迅 速普及，集成化的c a d c a m “系统开始出现。进入九十年代，c a d 系 统向集成化、智能化方向发展，二维c a d 技术全面普及，三维特征造型 技术和参数化技术以及并行工程等技术获得了巨大的发展。 b c a m 技术 第1 章绪论 c a m 系统的体系结构基本上有下列三种。模式： ( 1 ) c a m 子系统与c a d 和c a e 等子系统在系统底层一级集成式 开发，c a d 子系统提供强大的复杂产品造型与设计功能，生成的产品数 字化定义模型为c a m 子系统提供完备的数据服务。c a m 子系统直接在 产品数字化模型上进行n c 轨迹计算，利用强大的后置处理模块生成n c 指令。这种系统很多像u g s 公司的u n i g r a p h i c s ，p t c 公司的p r o e n g i n e e r ，i b m 公司的c a t i a 等，其基本特点是功能完备，系统庞大， 模块组合发售，价格昂贵。 ( 2 ) 以现有侧重产品造型的系统为平台的插件式c a m 系统，此类 c a m 软件大多基于w i n d o w s 环境，利用w i n d o w s 体系提供的各种软件 技术，以第三方的形式为产品造型系统提供插件模块或予系统( p l u g i n ) 。如a u t o d e s km d t 内嵌h y p e r m i l l ；s o l i d w o r k s 内嵌c a m w o r k s 和e d g e c a m ；负责s d r c 系统c a m 模块开发的伙伴公司c a m a x 提供 的c a m a n dm o d e l e r ( 支持3 d 曲面造型) 并配以s m a r t c a m ( 支持多曲 面加工) 。此类插件系统在文件一级操作插件平台的c a d 产品模型，利 用特征识别( f e a t u r er e c o g n i t i o n ) 技术，直接在产品模型上获取一定复 杂程度的切削区域几何表示及其加工工艺规范( 当然，也支持用户的交 互指令操作) ，进而生成n c 加工刀位轨迹。此类c a m 系统的大多捆绑 平台软件，规模紧凑，集成度高，价格便宜。 ( 3 ) 支持简单曲面造型的专用n c 计算系统，如c a m a x 的c a m a n d 和s m a r t c a m ，n r e c 的坐标叶轮加工系统m a x a b ( 着重点位加工) 和m a x 5 ( 侧重端铣和侧铣加工) ，c n c 的m a s t e r c a m ，以及c i m a t r o n 等。这类系统提供主要面向复杂曲面形体的曲面( 或曲面实体) 造型和 编辑，和更为强大的n c 刀位轨迹计算、编辑、验证和后罱处理功能。 专用n c 系统对数控机床的适应能力较强，提供更多的加工工艺定制方 法。适用于中小企业或专用设备制造企业。 对于上述三类c a m 系统而占，第一类系统基本都建立在实体模型表 9 西安理工太学工程硕士专业学位论丈 示上，采用交互式指点、定制形成切削方案和工艺规划：第二类则在第 一类系统的基础上增添了加工特征自动识别技术；第三类系统依靠较为 完备的曲面建模，仍采用交互方式在面模型上快速生成多种加工形式的 刀位轨迹，但相对薄弱的造型功能制约了c a m 系统的应用。 c c a d c a m 集成技术 随着科学技术的发展，制造业正经历着一个从单品种大批量生产到 多品种小批量生产或单件生产的转变过程。制造技术也正在向系统自动 化、集成化、智能化和网络化的先进制造技术方向发展。先进制造技术 群和制造基础设施等各部分相互联系、相互促进共同构成一个完整的先 进制造技术体系。先进制造技术以达到缩短生产周期( t ) 、更好的产品 质量( q ) 、更低的成本( c ) 、方便用户和优质服务( s ) 等为目标，以满足不 断发展的产品多样化和个性化的需要。c a d c a m 技术是先进制造技术 中制造自动化技术的核心技术，也是实现先进制造技术目标的关键。 c a d c a m 技术的发展大致分为三个阶段“：第一个阶段为早期的 a p t 系统阶段，陔阶段c a d 与c a m 技术相对独立，其数据交换通过数 据转换接口来实现。由于a p t 编程系统具有几何定义复杂，缺乏图形功 能等缺点，在实际生产中已渐渐被淘汰，但该阶段为c a d c a m 技术的 发展奠定了技术基础。第二个阶段为c a d 与c a m 的集成阶段，c a d 设 计的结果，不仅仅是简单的图形输出，而且是为了完成设计产品的加工， 其数据结构也趋向统一。第三个阶段则为c i m s 技术的发展阶段。 c a d c a m 的集成是实现c i m s 的关键技术之一，是c i m s 发展的核心。 c i m s 是在自动化技术，信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及其 软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集 成起来，是适合于多品种，中小批量生产的总体高效益，高柔性的智能 制造系统3 。在c i m s 环境下，c a d c a m 对产品的几何描述更为完备， 数据结构与数据库采用统一的规则，整个系统包含了仿真、专家系统、 人一机接口以及信息管理系统等多种技术。 第1 章绪论 d c n c 技术 随着微电子技术的发展，数控技术被各种机床广泛采用，进一步实 现了柔性自动化加工。从1 9 5 2 年开始，美国m i t 发明第一台数控( n c ) 机床三轴立式数控铣床揭开了数字化制造( n u m e r i c a lm a n u f a c t u r i n g ) 的序幕，1 9 7 4 年，微处理器在数控系统中的应用，使n c 机床发展为c n c ( 计算机数控) 机床。随着计算机技术的不断发展，数控机床在价格， 功能和可靠性方面都有了很大发展，其应用范围也日益扩大。并已成为 柔性制造系统( f m s ) 、计算机集成制造系统( c i m s ) 和工厂自动化( f a ) 的技术基础。 数控机床广泛应用于国防、航空航天和国民经济各部门，是自动化 加工最基本的装备，数控机床的数量及其在生产装备中所占的比例，标 志着一个国家工业现代化的水平，也关系到国家的安全和工业生产能否 健康地增长。由于国内外市场竞争加剧，科学技术发展迅速，产品更新 换代速度加快以及人们对产品多样化的需求增加，使得机械制造业向多 品种小批量生产方式发展。进入2 1 世纪以来，制造业的研究重点和发展 趋势是“柔性化、集成化、智能化、网络化、全球化、敏捷化、虚拟化、 绿色化”2 0 。为此，世界工业国家，都在不断地采用新技术，积极 地进行数控机床的研究。 数控机床成功地解决了外形复杂工件的中小批量自动化生产问题， 提高了劳动生产率和加工精度，缩短了生产准备周期。2 0 世纪9 0 年代以 来，c n c 技术形成三种结构格局“：一种早期的专用体系结构：如采 用大板结构的同本f a n u c 3 5 7 系列及美国a b 公司的8 6 0 1 等；采用模 块化结构f a n u c l 5 门6 1 8 系列、德国s i m e n s 8 4 0 8 8 0 系列及美国a b 的8 6 0 0 系列。另一种是基于通用p c 的体系结构：由于p c 技术的迅猛 发展及p c 的丰富技术资源，各大c n c 制造公司推出了基于p c 的p c - n c 的c n c 体系结构，如同本f a n u c l 6 0 b 、德国s i e m e n s 8 4 0 d 、法国 n u m l 0 6 0 、美国c i n c i n a t l 2 l o o m c 等，并已成为目前数控系统的主流。 西安理工失学工程硕士专业学位论文 第三种是开放式体系结构：专用结构数控系统虽然结构设计合理且具有 较高的性价比，但各公司自行设计的封闭式系统造成其功能、界面、操 作系统及软硬件接口各不相同，给工厂自动化系统的集成带来困难。开 放式体系结构就是为了适应柔性化、集成化、网络化、数字化制造方向 而提出的一种将数控系统规范化、标准化模式。 i 3 2c a d c a m 的选定及开发方式的选择 a c a d 的选定及开发方式的选择 参考目前国内较为风行的商用三维c a d 软件，诸如u g 、p r o e 、 s o l i d w o r k s ，i n v e n t o r ，以及公司实际情况( 根据公司现有生产格局、机 床特点，三维软件的广泛应用性和其性价比等几个方面) ，本课题选用 s o l i d w o r k s 作为c a d 平台，该软件是美国s o l i d w o r k s 公司推出的一套 优秀的三维机械c a d 软件，亦是三维机械设计软件市场中的主流软件。 在全球的销量已达二十万套“，排名处于3 dc a d 软件销售榜首，在国 内模具制造业具有相当多的装机量。另外，在世界范围内有数百家公司 基于s o l i d w o r k s 开发了专业的工程应用系统作为插件集成到s o l i d w o r k s 的软件界面中，其中包括模具设计、制造、分析、产品演示、数据转换 等等，使它成为具有实际应用解决方案的软件系统。 由于陔软件具有较好的丌发性结构和功能扩充性，并提供特征模板， 其特点是全参数设计、装配设计和工程分析、图纸的相关性等，并且 s o l i d w o r k s 可以提供完整的工业设计解决方案“，在工业界得到广泛应 用。 s o l i d w o r k s 在造型中采用其特有的参数管理机制，每一个尺寸都被 赋予了一个参数名；软件也提供给用户自主定义参数的方法。即由设计 者给某些尺寸命名。参数间可以添加方程式“( 即约束) ，在程序中可 以输入模型的各种有效关系。 s o l i d w o r k s 的二次丌发是参数化设计系统的主要技术手段，采用的 第1 章绪论 工具是s o l i d w o r k s 提供“的应用程序用户接口( a p i ) ，使用户或第三方能 够编写v b v c 语言程序代码，同s o l i d w o r k s 进行无缝连接，从而扩展 s o l i d w o r k s 的功能，使其更具专业化。s o t i d w o r k s 中的a p i 提供丰富的c 语言函数库，使外部程序可以安全的、可控的访问s o l i d w o r k s 的数据库 “和应用程序，从而完成设计、数据管理等功能。 本课题选定上述1 ，3 1 节1 小节2 ) 中第种开发方式，即基于 s o l i d w o r k s 三维c a d 平台，进行三维实体建模，并配以用v b 开发的前 端简洁菜单，利用窗口化菜单进入与s o l i d w o r k s 链接好的e x c e l 数据库， 从而达到液压接头参数化设计的目的。 b 。c a m 的选定 目前市场上可选的c a m 软件有：c a x a 、m a s t e r c a m 、c a m w o r k s 、 e d g e c a m 、f e a t u r e c a m 、d e l c a m 、c i m a t r o n 等，本课题研究的液压接 头是以2 轴数控车为基，远期考虑3 轴车铣复合作为加工平台。从对 s o l i d w o r k s 的直读能力，以及对车环境、车铣环境毛坯、工艺包络线、 工艺参数设定、仿真、后置处理器的智能化来讲，e d g e c a m 较c a m w o r k s 更为理想。堪为以车为主复合铣削功能类机床的首选c a m 软件，性价比 适中。另外，e d g e c a m 功能已覆盖世界最高端车铣复合机床的几乎所有 功能( 支持x 、z 、y 、c 、b 轴，支持双主轴、双刀塔) 。 c c a d ，c 龇讧的集成 利用e d g e c a m 的内嵌功能，将其安装在s o l i d w o r k s 环境中，可 以由e d g e c a m 直接调用s o l i d w o r k s 中所建立的三维实体，并选择加 工路径、加工工艺参数等，进行加工仿真，最后生成n c 代码。再加上 前端窗口化菜单开发( 作为参数化输入界面) 、中间以数据库链接，构 架成参数化设计及快速制造液压接头的总体研究框架。 1 4 本课题的主要研究内容 本文的主要内容是： 西安j i g r _ 大学工程硕士专业学位论丈 第l 章绪论 评述了国内外c a d c a m c n c 的发展概况，提出了本公司非标液压 接头的参数化设计及快速制造方法，并针对公司实际零件进行了客观、 详尽的分析，最后介绍了本课题的研究内容。 第2 章液压接头模块的建立 分析、建立液压接头的基本模型，根据模型分化成基本模块( 本文 定义为主体) 和附加模块( 本文定义为子体) ，并将公司所有自制液压 接头的接口形式进行归类并定义，分别建立了系列主、子模块，为下一 步的参数化建模做好了准备。 第3 章基于c a d 的液压接头设计 基于s o l i d w o r k s 及v b 开发出一个能与s l d w o r k se x c e l 全链接 的菜单，通过菜单式对话框输入接头模块参数，增广e x c e l 表项，相关 自动生成同类模型，从而完成模块化设计、参数化建模的目的。 第4 章基于c a m 的液压接头n c 代码生成 规范、有效地确定了接头整体及各模块加工工艺路线、切削要素的 选择、刀具的解决策略，在e d g e c a m 下执行上述加工工艺总线，并进行 实体加工仿真，最终自动生成n c 程序。 第5 章基于c n c 的传输与加工验证 在公司现有设备的基础上，通过传输软件的实验确定、传输线的改 造和n c 代码的安全性复核等措施，将数控机床外电脑c a m 所生成的 n c 代码实地传输到数控机床，并进行了加工验证。 第6 章结论与展望 对本课题的研究成果进行了总结，并提出了今后进一步研究的设想- 1 4 第2 章液压接头模块的建立 2 液压接头模块的建立 本章首先概述了本文研究的液压接头，继而分析液压接头的类型与 特点，建立了其基本模型。将该模型分化成基本模块( 本文定义为主体) 和附加模块( 本文定义为子体) ，并将公司自制液压接头的接口形式进 行归类并定义，建立系列主、子模块，并将之模块化。 2 1 本文研究的液压接头概述 液压系统中液压接头的作用是液压管路( 一般为橡胶软管或铜管) 与泵、阀连接件。对于大型筑养路机械，液压驱动方式使接头成为液压 系统中的关键件之一。因我公司目前自制的百余种液压接头中有近7 0 是主体为四方的液压接头，2 5 是主体为六方的接头，本课题仅以主体 是四方类和六方类的液压接头为研究对象。 2 1 1 液压接头非标特性释义 重型筑养路机械中的液压系统庞大，管路繁杂，其液压接头的形式依 据需要各不相同。从市场采购获得的液压接头都有标准可依，而某些部位 ( 受设计空间要求，位置要求制约) 、某些接口形式( u n 制式螺纹接口) 的接头从市场上不易采购，这就决定了大型筑养路机械必然存在一些非标 性质的液压接头，需要依靠自己的力量解决制造问题。 2 1 2 非标液压接头的分类 非标液压接头虽然无法按标准件采购，但并不是无规律可寻，其各 种接口形式都有一定的特点。根据我公司自制的液压接头形式来看，主 要可以分为四方接头( 图2 - 1 ) 和六方接头两大形式( 图2 2 ) ： 西安理工大学工程硕士专业学位论文 图2 i四方接头图2 - 2 六方接头 2 2 接头模型的归类与定义 我公司制造的液压接头按构造形式可分为六方接头、四方接头；按 通口形式可分为二通、三通、四通等各种形式。通过对占多数液压接头 的分析，将液压接头按照其通口形式( 图2 3 ) 和接头的形状特征( 图2 4 ) 进行归类，从而建立其规范化的定义。 2 2 1 按照液压接头的通口形式归类 蚓2 - 3以波j 卡接头酒u 形分类的求意图 第2 章液压接头模块的建立 2 2 2 按照液压接头的形状特征归类 蚓2 - 4以土、了体形状特征分类的求意圈 西安理工大学工程硕士专业学位论文 通过上述液压接头主体与子体的按需组合，可得到所需的接头体，从 而完成模块化设计初步构思。 2 3 液压接头模块组合 本课题以接头的形状特征分类方式为研究框架，即以接头的主、子体 模块按需组合成零件。从上述图2 - 4 可以看出，接头的基本模块共计六种， 可以组合成六小类、两大类型的液压接头，即六方液压接头( 图2 5 ) 和四 方液压接头( 图2 - 6 ) 。 2 3 1 六方液压接头的组合 ( e ) w b 3 2 0 2 0 - 1 5 a 六方接头体( 三通有螺孔) ( 0 w b 3 2 0 2 0 - 0 1 六方接头体( = 通无螺孔) 蹦2 5 六方液压接头 第2 章液压接头模块的建立 2 3 2 四方液压接头的组合 ( e ) w b 3 2 02 0 - 0 2 叫方接叉体 ( 心通有螺扎) ( 0 w b 3 2 02 0 1 3 叫方接头休 ( 二三通青螺礼) ( g ) w b 3 2 02 0 - 2 2 叫方接头体 ( 三通无螺孔) i 垫l2 - 6 则方被佧接又 2 4 模块的建立与参数的定义 ( h ) w b 3 2 0 2 0 - 3 0 p q 方接头体 ( 二通无螺孔) 液压接头主、子体模块形状特征定义完成后，须进一步对其所有需 要进行参数化的特征尺寸的属性进行定义，从而使导出的系列零件设计 表具有含化标题栏，增加易读性。 2 4 1 尺寸属性的汉化定义 特征尺寸的属性定义( 图2 7 ) l 茎| 2 7 凡寸定义的示意图 9 西安理工大学工程硕士专业学位论文 2 4 2 全部尺寸汉化及衍生e x c e l 表基本框架( 图2 8 ) 图2 - 8 外锥密封子体各参数的汉化定义示意圉 2 4 3 通过s l d w o r k s 造型衍生的e x c e l 表实例 以w b 3 2 0