（机械制造及其自动化专业论文）基于加工工艺参数优化的capp系统关键技术的研究.pdf

基于加工工艺参数优化的c a p p 系统关键技术的研究 摘要 工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品 设计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过 程。计算机辅助工艺设计( c a p p c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ) 是应 用计算机快速处理信息功能、辅助生成与完善工艺。此论文针对计算机辅助 工序设计的一个环节工艺参数优化，采用面向对象的程序设计方法，运 用v i s u a lb a s i c 6 0 和a c c e s s 进行c a p p 系统的开发，旨在建立通用模型和算 法，将得出的优化结果传送到工序设计中。 工艺参数，又称切削参数，一般指切削速度( v ) 、进给量( ，) 和切削深度 ( d 。) 。这些参数值的选择对于加工时间、切削表面的质量、加工精度、机床 所能提供的切削力和切削功率，以及加工费用等会产生直接的影响；同时加 工机床、工件材料、刀具、切削液和温度对这些参数也有一定的要求；而且 很多约束条件又是互相制约的。所以，在进行工艺参数决策时，必须综合考 虑多方面因素，努力求得各切削参数的优化组合。 工艺参数选择的合理与否对发挥机床的效能，保障产品的质量至关重要。 尤其近年来，随着数控技术的普遍应用，可靠性和易操作性的提高及各种先 进制造技术的迅速发展，辅助时间在总工时中所占的比重大幅度降低。为了 进一步提高生产效率，如何在保证产品质量的前提下缩短加工时间就成为当 前要研究的主要问题。本课题对工艺参数优化进行研究与探讨，对工艺参数 优化算法进行选择，并开发出相应的工艺参数优化软件。 t 在把工件的加工参数抽象为模型时应考虑的问题较多，比如工件材料、 冷却液、表面粗糙度、刀具几何形状、刀具寿命、工件硬度、进给量、切削 深度等等均应表示成为数学函数，参数较多，模型的建立较复杂。但作者采 取抓住主要矛盾的策略，对特别重要的因素进行考虑，建立数学模型，这个 数学模型以效率为主，简化优化变量，建立了目标函数。利用复合形法对其 目标函数进行优化，经实际验证得到了所要的结果，达到了优化的目的，实 现了预期的目标。 关键词：c a p p ，工艺参数，工程数据库，优化 t h ec a p ps y s t e mk e yt e c h n o l o g y s t u d yb a s e do nt h eo p t i m i z a t l o n o fp r o c e s sp l a n n i n gp a r a m e t e r s a b s t r a c t t h et e c h n i c a ld e s i g ni sa ni m p o r t a n tc o n t e n tf o rt e c h n i q u ep r e p a r a t i o ni nt h e m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ，i sar e a lp r o d u c i n gb e l tb e t w e e np r o d u c t d e s i g na n dw o r k s h o p ，i s a d e c i s i o n m a k i n gt h a te x p e r i e n c ei sv e r yi m p o r t a n ta n di t c h a n g e sw i t hc o n d i t i o n s c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) i su s e dt o g e n e r a t ep r o c e s sa u t o m a t i c a l l yb ys o f t w a r et h a tc o n t a i n sf u n c t i o no ft r a n s a c t i n g i n f o r m a t i o nr a p i d t yb yc o m p u t e ra n dh a sm u l t i t u d i n o u sd e c i s i o n - m a k i n gf u n c t i o n s t h ep a p e ra i m sa tap a r to fc a p p - - - o p t i m i z a t i o no ft e c h n i c a lp a r a m e t e r s - u s i n g t h ed e s i g nm e t h o do fo b j e c to r i e n t e dp r o g r a m ，e m b o l d e n i n gc a p ps y s t e mw i t h v i s u a lb a s i c6 0 & a c c e s s ，t h et a s ki sa i m e dt ob u i l dac o m m o nm o d e la n d a r i t h m e t i ca n ds e n dt h er e s u l tt ot e c h n i q u e sc a r d t e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，a l s on a m e da sc u t t i n gp a r a m e t e r s ，c u r r e n t l yc o n t a i n c u t t i n gv e l o c i t y ( v ) ，m o v i n g f o r w a r dq u a n t u m ( 厂) a n dc u t t i n gd e p t h ( a ，) - t h e o p i n i o n o ft h e s ep a r a m e t e r sw i l ld i r e c t l yi n f l u e n c em a c h i n i n gt i m e ，c u t t i n g o s t e n s i b l eq u a l i t y , m a c h i n i n gp r e c i s i o n t h ec u t t i n gf o r c e & p o w e rt h a tm a c h i n e p r o v i d e sa n dp r o c e s sc o s t ，e t c ；m o r e o v e r ag o o dm a n yr e s t r i c t i o nc o n d i t i o n s r e s t r a i ne a c ho t h e r t h e r e f o r e ，m a k i n gt e c h n i c a lp a r a m e t e rd e c i s i o n ，w em u s t i c o n s i d e rm a n ya s p e c tf a c t o r si n i n t e g r a t i o na n dt r yt or e s o l v et h eo p t i m i z a t i o n c o m b i n a t i o n i nc a p p s y s t e mt h ec o m m o nm e t h o di st ob u i l dc u t t i n gd o s a g ed a t a f i l e s ( d a t a b a s e ) ，t h e np r o c e s st h e s ed a t af i l e su s i n go p t i m i z a t i o na r i t h m e t i c w h e t h e rt h eo p t i o no fc u t t i n gp a r a m e t e r si sr e a s o n a b l eo rn o ti si m p o r t a n tt o g u a r a n t e et h ep r o d u c tq u a l i t y e s p e c i a l l yr e c e n t l yw i t ha p p l i c a t i o no fn u m e r i c a l c o n t r o lt e c h n o l o g ya tl a r g e t h ea d v a n c eo fn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e mr e l i a b i l i t y & o p e r a t i o ne a s i l ya n dr a p i dd e v e l o po fa l l k i n d s o fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y , t h ea s s i s t a n tt i m er e d u c eg r e a t l yi na l lm a n h o u r s t oi n c r e a s ep r o d u c e e f f i c i e n c ym o r e ，t h e nt h ec u r r e n ti n v e s t i g a t i v et a s ki sh o wt os h o r t e nt h ec u t t i n g t i m e t h et a s ki st os t u d ya n dd i s c u s st h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n a n dc h o o s et h eo p t i m i z a t i o na r i t h m e t i c t h ea u t h o rh o p e st od e v e l o ps o f t w a r eo f c u t t i n gp a r a m e t e r s t h e r ea r et o om a n yq u e s t i o n sc o n s i d e r e di nt h ew o r kp i e c ep r o c e s s ，s u c ha s w o r kp i e c em a t e r i a l ，c o o l i n gf l u i d ，s u p e r f i c i a lr o u g h n e s s ，r e a m e rt o o lg e o m e t r y f i g u r e ，r e a m e rt o o ll o n g e v i t y , w o r kp i e c er i g i d i t y , m o v i n gf o r w a r dq u a n t i t na n d c u t t i n gd e p t he t c t h en u m b e ro fp a r a m e t e r si sm o r e ；t h e r e f o r eb u i l d i n gm o d e l si s m o r ec o m p l e x t h ea u t h o rc a t c h e sh o l do ft h em o s t l yp a r a d o x ，c o n s i d e r i n gt h e e s p e c i a l l yi m p o r t a n tf a c t o r sa n db u i l d i n gt h ee a s i e ra n dm o r ea p p l i e dm o d e l s k e yw o r d s ：c a p et e c h n i c a l p a r a m e t e r s ，e n g i n e e r i n gd a t a b a s e ，a n d o p t i m i z a t i o n 第1 章绪论 企业信息化建设的龙头和核心a p p 技术叽 本章将概述计算机辅助工艺设计( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 系统的发 展和应用以及本课题研究的背景和主要工作。 1 1c a p p 技术的发展及应用 c a p p 是连接c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 与c a m ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r e ) 的桥梁，是许多先进制造系统的技术基础之一。c a p p 技术从6 0 年代中期出现以来，在国 内外其研究开发工作一直蓬勃发展，c a p p 系统的基本类型有：派生式c a p p ( v a r i a n t ) 、 创成式c a p p ( g e n e r a t i v e ) 、综合式c a p p ( h y b r i d ) 、智能式c a p p 和交互式c a p p 等五 类吼它们的特点如表1 1 所示。 表l 一1c a p p 的基本类型及特点f 3 l t a b l - 1c a p pb a s i cs t y l e sa n dc h a r a c t e r s 类裂 ；黼t ；，鼍；。；誓羔；，。 ；。j 强。 派生式c a p p应用效果依赖于工艺设计人员的知识和经验水平 创成式c a p p 以逻辑算法和决策表为特征，基本上排除了人的干预，使工艺规程的编制不 会因人而异，容易保证零件工艺规程的一致性。 综合式c a p p是派生式和创成式的综合，我国现有的c a p p 系统大都采用这种类型。 智能式c a p p智能式c a p p 以推理加知识为特征，它把工艺规程中的专家知识和经验，以计 算机编程的形式存放在知识库里。 交互式c a p p实用性较好 1 1 1c a p p 技术的发展概况 计算机辅助工艺设计是2 0 世纪6 0 年代后期出现并开始发展的一个新的技术领域，从 本质上来说它就是模拟人工编制工艺的方式，代替人完成编制工艺的工作。c a p p 系统的 开发研究始终是以克服传统工艺设计缺点和推进工艺设计自动化为主要目标的，目前，已 向智能化、面向并行工程以及适应动态变化环境和基于p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 的方向发展f 4 1 。 从六十年代提出c a p p 概念以来，国内外对c a p p 的深入研究已经持续了四十多年， 其最直接的成果是产生了为数众多的c a p p 原型和实用的应用系统以及大量的相关技术文 1 献。这些文献从各个角度阐述了某些具体的c a p p 理论、技术、方法以及其应用。近年来， 在相关软件技术、网络通讯技术以及先进制造技术发展的带动下，人们对c a p p 概念的理 解已经完全突破了其字面含义，因此，c a p p 的研究和应用也进入了一个新的历史阶段， c a p p 系统的规模、复杂性和适用范围也空前的膨胀起来，c a p p 系统正在向制造工艺信 息系统( m a n u f a c t u r ep r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e m ，m p i s ) 的方向发展。制造工艺信息系统 是x p p m 的集合，其中p p m 是工艺规划和管理( p r o c e s sp l a n n i n ga n dm a n a g e m e m ) 的缩 写，x 是集成( i n t e g r a t e d ) 、并行( c o n c u r r e m ) 、敏捷( a g i l e ) 、分布式( d i s t r i b u t e d ) 、智 能化( i n t e l l i g e n t ) 、动态( d y n a m i c ) 等的英文首字母的总和，代表工艺规划和管理在不同 环境下的应用模式【5 】。 计算机辅助工艺设计( c a p p ) 是多种先进技术在工艺设计上的综合应用。它的研究 始于6 0 年代后期，美国计算机辅助制造国际组织于1 9 7 6 年所推出的c a m - - i sa u t o m a t e d p r o c e s sp l a n n i n g 系统将其正式命名为c a p p ，这是在发展史上具有里程碑意义。c a p p 的 出现不仅彻底改变了手工编制方式对人的依赖，而且显著提高了编制工效，缩短了工艺设 计周期，避免了不必要的差错，为实现工艺过程优化创造了条件。到目前为止，对于c a p p 的理论研究和实际应用已取得了长足的进步【6 j 。 c a p p 技术研究到现在，经历了4 0 多年的时间，综观这段历程，可以将c a p p 技术分 为以下三个具有代表性的发展阶段：基于成组技术的派生式c a p p 系统、基于人工智能技 术的创成式c a p p 系统、基于知识的( k n o w l e d g e - b a s e d ) 创成式c a p p 系统或c a p p 专家 系统。 第一代c a p p 系统，有两种代表性的设计模式：检索式和派生式。检索式c a p p 系统 早在6 0 年代末就出现了。 第二代c a p p 系统，两种代表性的设计模式是：创成式和专家系统。创成式系统的研 究与开发始于7 0 年代中期。 到8 0 年代，人工智能( a i ) 、专家系统等研究成果应用到c a p p 系统的研究和开发中， 研制出了基于知识的创成式c a p p 系统或c a p p 专家系统。8 0 年代后期，人工神经元网络 技术、遗传算法、模糊推理以及基于实例的推理等被引入c a p p 的研究中，使c a p p 系统 的多样性和智能性有了长足的发展1 7 l 。 总的来说，这一阶段的c a p p 系统在追求智能化方面获得了很大的进步，但是由于片 面强调工艺设计的自动化，而忽略人在工艺决策中的作用，因而系统的实用性不足，且开 发难度大。随着机械制造业中c i m s 或i m s 等先进制造系统的出现，向c a p p 提出了挑战， 这对c a d c a m 集成化的要求越来越强烈。 c a p p 的发展己经历多年，尽管在生成原理、系统结构、决策方法等方面取得了很大 的进步，开发了为数不少的c a p p 软件系统，但随着制造业信息化水平的不断提高，c a p p 的技术还将不断的深化发展，它的发展以制造业的发展为先导，并向集成化、智能化和工 具化等方面发展1 5j 。 c a p p 系统的针对性强，导致了c a p p 系统通用性和实用性差，其主要原因在于：c a p p 不同于c a d ，其开发系统需要与具体工厂的应用实践相结合，而机械制造业的范围很广， 不同的工厂，甚至同一工厂的不同车间，由于加工对象、加工设备、生产批量、工艺方法 和工艺习惯不一样，对该工厂适用的工艺规程，不一定适合另一工厂。适应性差、研制周 期长、开放性差以及低水平的重复c a p p 是传统系统及其构造方法的致命缺陷，而归根结 底，这些缺陷产生的根本原因在于c a p p 系统的针对性耐引。 为了使c a p p 系统实用性、适应性更强，c a p p 除了继续沿着智能化、集成化、柔性 化和并行化的方向发展外，还应进行通用模型、非传统规划等方面的研究，概括如下： 1 ) 由传统的c a p p 系统向智能化的c a p p 系统发展； 2 ) 由孤立的c a p p 系统向集成化的c a p p 系统发展； 3 ) 由开发研究性质和专用c a p p 系统向企业级c a p p 系统、c a p p 开发系统和专家系 统工具的方向发展； 4 ) 由线形规划系统向非线性的、动态的、准时的、可选的工艺规划系统发展； 5 ) 由单领域规划向多领域的分布式规划发展； 6 ) 从独立的c a p p 系统向c a d 、c a m 同时考虑的并行化c a p p 系统方向发展； 7 ) 从考虑纯技术因素的c a p p 系统向技术和社会、环境等因素同时考虑的绿色c a p p 系统发展； 8 ) 由传统的c a p p 系统向非传统的c a p p 系统发展，如检测c a p p 、装配c a p p 、板 材加工c a p p 、焊接c a p p 等 9 1 。 1 1 2c a p p 技术在机械制造业的应用 尽管国内外在决策方式、工艺、智能化和集成化等方面取得许多成绩，但其应用基础 还不很牢固，研究开发方向也和当前的实际需求有较大差距。 为适应企业进入市场经济，解决t ( t i m e ) 、q ( q u a l i t y ) 、c ( c o s t ) 和s ( s e r v e ) 问 题，在优化产品设计的同时，必须优化工艺设计，才能为优化管理打好基础。工艺过程设 计是典型的复杂问题，包含了分析、选择、规划和优化等不同性质的各种功能要求，所涉 及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞大，又与具体的生产环境及个人经验水平密切相 关。 计算机技术的应用推动了企业科技的进步，要提高产品的市场竞争能力，就必须在工 艺技术准备工作中加大应用c a p p 的力度，以提高企业的工艺快速反应能力。目前，c a d 已经在许多企业得到广泛应用，但是，c a p p 的发展比较艰难和缓慢。其主要原因在于工 艺因素的错综复杂，工艺理论不完全成熟，许多问题还不能建立实用的数学模型和通用算 法，且早期的c a p p 过分偏重于工艺生成的智能化或自动化【l 。 c a p p 的主要功能是能够集中大量的工艺信息，并对其进行分类和整理，建立各种工 艺参数、技术手册、企业实际生产过程中积累的经验数据的数据库，便于查询和帮助决策； 能方便地生成和处理各种工艺文件以及文件的电子化管理。 迄今为止，国内外在c a p p 技术的研究与系统的开发上己投入大量的资金与力量， 已开发出为数众多的c a p p 系统。在所开发的c a p p 系统中，有些系统已得到实际应用， 少数已商品化。但总的来看，c a p p 的研究、开发方向与现实存在严重的偏差。从应用角 度看，已取得的实际效益和投入的精力很不相称。国内外的重点研究方向和当前的实际需 求相距甚远，其表现在：开发多，应用少；开发投入多，应用维护几乎没有投入；原型系 统多，得到实际生产应用的系统较少；商品系统很少，而且功能不足：同c a d 、c a m 、 m i s 和p d m 等相关计算机辅助技术相比，差距相当大【4 l 。 c a p p 是将工艺设计人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具。但能代替熟 练工艺人员的c a p p 系统仍未开发出来，现有的c a p p 系统不能成为企业的解决方案。 产品工艺数据是c a p p 和工艺信息系统的中心。产品工艺数据是产品数据的重要组成部 分，也是企业生产信息的汇集处。从发展看，c a p p 的主要功能应是生成和检索产品整个 生命周期中的基础工艺数据( 含有关工程信息及产品工艺信息) ，并保证产品工艺数据的 完整性、一致性，实现企业产品工艺信息的集成与共享，而不应是孤立地编制零件工艺规 程及输出工艺卡片。反过来，工艺卡片只是工艺数据的格式化表现形式，完全可由系统自 动生成。在此基础上，系统也完全可自动完成工装设备、工具、材料、工艺关键件、外协 外制件、工艺分配工时定额、辅助用料、关键工序等各类统计汇总工作，以及大量的各种 4 工艺文件的归档和日常管理工作。这不仅可以极大地提高工艺文件的编制效率、工艺管理 效率，而且可最大限度地减少不必要的人为失误，很好地保持工艺基础数据的一致性和完 整性。 总的来说，工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设 计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。计算机辅助 编制工艺规程是指用计算机设计零部件的制造工艺过程。有两种编制的方式：一种是指定 工艺路线，即确定加工顺序与其相应的机床；另一种是除上述内容外还包括详细的工序设 计，如决定工序尺寸、解算工艺尺寸链、刀、夹、量具的选择、确定切削参数和计算工时 定额等，最终能编制出完整的工艺规程。 1 2c a p p 系统的工作原理 派生式c a p p 系统也称样件式c a p p 系统，是建立在成组技术( g t ，g r o u pt e c h n o l o g y ) 的基础上，基本原理是利用零件的相似性即相似零件有相似工艺规程。一个新零件的工艺 规程是通过检索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以筛选或编辑而成的。计算机内存 储的是一些标准工艺过程和标准工序；从设计角度看，与常规工艺设计的类比设计相同， 也就是用计算机模拟人工设计的方式，其继承和应用的是标准工艺。派生式系统必须有一 定量的样板( 标准) 工艺文件，在已有工艺文件的基础上修改编制生成新的工艺文件。 创成式c a p p 系统也叫生成式c a p p 系统。创成式系统的工艺规程是根据程序中所反 映的决策逻辑和制造工程数据信息生成的，这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力 和对象，各种设备及刀具的适用范围等一系列的基本知识。工艺决策中的各种决策逻辑存 入相对独立的工艺知识库，供主程序调用。向创成式系统输入待加工零件的信息后，系统 能自动生成各种工艺规程文件，用户不需编辑或略加修改即可。创成式系统不需要派生法 中的样板工艺文件，在创成系统中只有决策逻辑与规则，系统必须读取零件的全面信息， 在此基础上按照程序所规定的逻辑规则自动生成工艺文件。 综合式c a p p 系统是将派生式和创成式与人工智能结合在一起，综合而成的，兼具三 者的优势。在系统开发过程中，将工艺设计过程中一些成熟的、变化少的内容用派生原理 设计，而将经验性强、变化大的内容用创成式原理进行决策，从而避免了派生式系统的局 限性和创成式系统的高难度】。 1 3 课题的提出及主要工作 本课题以国营第一钟表机械厂加工的弧面分度凸轮装置为研究对象，在以往c a p p 研 究的基础上，进一步对c a p p 的重点部分进行完善，达到容易操作和实用的目的。采用v i s u a l b a s i c 6 0 可视化语言为依托，以工艺参数优化、工艺数据库为重点，建立c a p p 系统。 1 3 1 课题的指导思想 此软件的目标是实现工艺卡的辅助编制，而不是自动生成。是对工艺设计起到方便使 用，要求操作简单，对工艺人员的参数选择提供参考，编制出来工艺卡能够编辑修改、保 存和打印等。 1 3 2 课题的主要内容 其内容主要包括： 1 ) 系统用户界面的设计； 2 ) 输入对话框设计； 3 ) 三种工艺设计模式的实现； 4 ) 数据库的建立与管理； 5 ) v b 与a u t o c a d 接口的连接 6 ) 工艺参数优化模块的设计。 1 3 3 关键技术 1 ) 数据库的开发； 2 ) 工艺参数数学模型的构建； 3 ) 参数优化程序的编制； 4 ) 利用v b 二次开发a u t o c a d 5 ) 第三方控件的调用。 第2 章系统的总体设计 c a p p 是应用计算机快速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动生成工艺规 程的过程剐。系统的主要任务是编制完整的工艺规程，系统以产品特征建模技术为基础， 采用基于特征零件信息的描述方法来描述和输入零件的几何信息和工艺信息，采用复合形 法来优化工艺参数，并按特定的数据结构存储和组合各种特征信息。利用工程数据库技术， 生成和提供零件的典型工艺，自动生成和编辑零件的工艺路线，为用户提供工序卡的编制 平台。 2 1 系统概述 尽管c a p p 系统种类很多，但却离不开图2 1 所示c a p p 系统功能模块。 日 。 医丽 l 出与打印l 1一 丘聂订 | 工艺程序l 1一 图2 1c a p p 系统功能模块 f i g 2 一ls y s t e mf u n c t i o nm o d u l e 其基本结构包括零件信息的输入、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1 2 l 。 1 ) 零件信息的描述与输入 零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，计算机目前还不能像人一样来识别零件 图上的所有信息，必须通过一个专门的数据结构来描述零件信息，如何输入和描述零件信 息是c a p p 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，按预定的顺序或逻 7 辑调用有关数据或规则，进行必要的比较、计算和决策，生成零件的工艺规程。 3 ) 工艺数据知议库 工艺数据知识库是系统的支撑工具，它包含了工艺设计所需要的所有工艺数据和规 则。如何组织和管理这些信息，以便于使用、扩充和维护，使之适用于各种不同的企业和 产品，是当今c a p p 系统迫切需要解决的问题。 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、参数优化、工艺数据知识的 输入输出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c a p p 系统可能包括成百上千个工艺文件，如何管理和维护这些工艺文件是一项 重要的内容。输出部分包括工艺文件的格式化显示、存盘、打印等。 2 2 系统的总体结构与主要功能 系统采用面向对象的模块化设计，包括六大部分：用户管理、工艺设计、参数优化、 数据库管理、文件输出和帮助，程序结构清晰，便于系统的开发、维护和扩展。按照信息 输入，工艺设计和工序卡编制的顺序来进行总体结构的设计和实现工作，其设计思想如图 2 2 所示。 零件几何者l 3 - z 口_ 巴镕f 1 9 # 口l # l 一 设计者思想 设 员 3 - 程数据库自计 算机 孝羲优化 3 - z ”n 蕊i 计 b 轴 。赢群 设计者思想ii * lt 计l 撵 人款 目件 困2 2c a p p 系统的i d e f 0 圈 f i g 2 - 2c a p ps y s t e mi d e f 0f i g 一8 设计人员 悬 勰 酣 2 2 1 系统的组成 系统的组成如图2 3 所示。 总体系统 i l 用户管理 t 艺设计 参数优化 数据库管理文件输入输出帮助 l j一j1一 上 j【一 添更返成生双典系 零 系 加改回 太产 目 型 统件 统 用 密 登 为 蜜 杯工设 e 帮 户 码 录目为优 艺备息助 标目化库库库模 标 块 一 派综交 特标设 材刀 生互 征准备料具具 式式a 庄 库 廑 库库夹 具 库 图2 3c a p p 系统总体结构图 f i g 2 - 3c a p ps y s e e mc o | l e c t i v 崎f r a m ef i g 1 ) 用户管理包括添加用户、修改密码和重新登录三部分。 2 ) 工艺设计采用派生式、综合式、交互式系统，在工艺设计的用户界面采用汉语提示 方式显示运行流程，同时提供了完善的在线帮助和编辑修改功能。可以输入零件的所需信 息，辅助生成工序卡，并可根据需要对生成的工艺路线进行修改、增加和删除等操作，使 系统能输出符合生产要求的工艺规程。 3 ) 参数优化是系统的主要工作，首先建立相应的数学模型，在工艺参数优化的进程中， 有以加工成本为目标的优化或以生产率为目标的优化，也有多目标的优化。其中，还有对 工艺参数优化的说明，通过阅读，可以更清晰地知道如何运用它。 4 ) 数据库管理是系统的难点和重点之一，可以实现数据库的更新和更正。在工艺设计 中占据着十分重要的作用。 5 ) 文件输出：采用v i s u a lb a s i c 连接a u o c a d ，打开文件，实现文件的输出打印。 应用a u t o c a d 的a c t i v e x 技术，通过v i s u a lb a s i c6 0 编程语言来调用、控制和操作 a u t o c a d ，进行二次开发，也可以直接打印工序卡。 2 2 2 系统的结构与功能 系统重点部分是：工艺设计、参数优化、数据库的开发及应用和文件输出模块的实现。 1 ) 在派生式模块中，通过检索获取零件的标准工艺规程，这里有两种手段来实现： ( 1 ) 由o p t i z 编码系统直接生成g t 代码，就可以调用相应零件族的标准工艺规程， 然后按一定的工艺决策模型，对工件的结构、形状和尺寸参数的特点进行分析、判断，筛 选出标准工艺文件中的有关工序，通过进行工艺参数的计算，最终输出零件的工艺规程。 其实质利用了数据库中已存在的按零件族编制的标准工艺文件。 ( 2 ) 直接在典型工艺库中检索出具体零件的工艺。 2 ) 综合式模块里有旋转体零件、箱体零件和异形体零件工艺生成的具体方法，这是在 检索式基础上发展起来的。交互式模块直接编制工艺卡，根据要求提供相应的帮助，体现 了“以人为本”的思想。 3 ) 参数优化，是以切削速度、进给量和切削深度为变量，以加工成本、生产率为目标 和以及二者组合而成的目标，运用复合形法进行优化，得出理论上的最优值。 4 ) 数据库的开发是系统的“血液”，为其它模块提供了依据和参考。 5 ) 文件输出主要采用a u t o c a d 的连接，在这里建立了图形模块，使零件工艺规程卡 得以生成并能进行保存和打印等。 2 3 系统开发工具及运行环境 系统的支撑环境包括系统的硬件、软件及支撑软件等。 系统在微机上进行开发，w i n d o w s 是它的开发环境，v i s u a lb a s i c 6 0 是其开发平台， a u i o c a d 是其输出的主要环境。 2 3 1 系统开发工具 系统采用v i s u a lb a s i c6 0 语言来进行编制，是按照w i n d o w s 的风格来设计和开发的。 1 0 v i s u a l 是开发图形用户界面( g u i ) 的方法。v i s u a l 的意思是“视觉的”或“可视的”，也 就是直观的编程方法。在v i s u a lb a s i c 中引入控件的概念，如各种各样的按钮、文本框和 复选框等。v i s u a lb a s i c 把这些控件模式化，并且每个控件都有若干个属性用来控制其外观 和工作方法。这样，采用v i s u a l 方法不需要编写大量的代码去描述界面元素的外观和位置， 而只要把预先建立的控件加到屏幕上。这就像使用“画图”之类的绘图程序，通过选择画 图工具来画图一样。 b a s i c 是指b a s i c ( b e g i n n e r sa l l p u r p o s es y m b o l i ci n s t r u c t i o nc o d e ) 语言，之所以叫 做“v i s u a lb a s i c ”就是因为它使用b a s i c 语言作为代码。v i s u a lb a s i c 是原有b a s i c 语言 的进一步发展，至今包含了数百条语句、函数及关键词，其中很多与w i n d o w sg u i 有着直 接关系。v b 与b a s i c 之间有着千丝万缕的联系i 1 。 由于在过程中有机械图、工艺卡片的生成，所以的开发工具还有a u t o c a d 和c a x a e b 等。对于数据库的开发采用m i c r o s o f t a c c e s s2 0 0 0 等。 2 3 2 系统运行环境 为运行v i s u a lb a s i c 、a u t o c a d 、a c c e s s 和c a x a e b 等，需要的硬件和软件如下： i ) 处理器：i n t e lp e n t i u m1 6 6 m x 或更高 2 ) 内存：6 4 m b 3 ) 硬盘空间：5 g b 4 ) 光驱：c d r o m 4 8 x 5 ) 显卡：s v g a 显示适配器 6 ) 操作系统：m i c r o s o f tw i n d o w s9 8 m e 2 0 0 0 x p 第3 章工艺设计及工艺文件输出模块的设计 通用的c a p p 系统是一个复杂的问题，所涉及的因素是大量的，这包括零件信息、制 造资源和工艺专家知识等众多信息( 数据) 的组织和管理，也包括单纯的数值运算、处理 图像、字符及表格等复杂的数据”】。本章讲述设计思想实现的方法，三种工艺设计和文件 的输出形式。 3 1 工艺设计概述 本系统的工艺设计采用三种模式来实现。派生式是建立在成组技术( g t ) 的基础上， 利用零件的相似性，即相似零件有相似工艺规程。综合式灵活性较大，即采用比较人性化 的方法实现，达到计算机辅助的功能。交互式是根据已经设计好的模式来修改编辑。 3 1 1 派生式模块设计 图3 - 1 派生式模块界面 f i g 3 - 1d e r i v i n gm o d u l ei n t e r f a c e 1 2 派生式又称为变异式或修订式，它是按成组技术原理实现工艺设计自动化的。其基本 工作原理是将零件分类编码并按零件组编制出标准工艺文件，存入计算机的存贮设备或数 据库中。当编制某工件的工艺规程时，只要将工件进行编码并将它划分到一定的零件组中， 输入该零件的成组编码，就可以调用相应零件组的标准工艺规程。然后按一定的工艺决策 模型，对工件的结构、形状、尺寸参数的特点进行分析、判断、筛选出标准工艺文件中有 关工序，并进行切削参数的计算，最后输出零件的工艺规程。 成组技术是一门涉及多学科的综合性技术，利用事物的相似性，把相似问题归类成组， 寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力，以取得期望的经济效益。 其理论基础是相似性，核心是成组工艺，特点是可以扩大零件生产批量，提高生产效率， 降低成本。 零件分类编码系统是实现成组工艺的重要工具，是成组技术的重要组成部分。此部分 研究的就是利用成组技术对零件进行分类编码。 本系统的零件是以弧面分度凸轮为参照的，在派生式模块的界面内( 如图3 一1 ) 点击“进 入编码系统”，如图3 2 所示。 图3 2 登陆零件分类编码系统 f i g 3 2l a n d i n ga c c e s s o f ys o r tc o d i n gs y s i e m 零件分类编码系统必须适合本系统的特点和要求，本系统根据零件的特点，在采用德 国的o p i t z 系统和我国的儿b m 一1 系统的基础上，自行开发了h m t l 系统。 本系统是一个十进制9 位代码的组合机构系统，属于混合式结构，其基本机构如下： 其中1 3 位编码是零件类别码，4 7 位是零件形状码，8 9 位是零件辅助码。 ( 1 ) 零件类别码 其中第一位为零件大类，又分为回转体零件和非回转体零件；第二、三位为零件小类， 回转体零件可再分为各个小类；本系统中零件的特点是非回转体零件数量不多，无需再细 13 分。 ( 2 ) 零件形状码 形状码有四位编码组成，主要是针对回转体零件的，其码位表示为： 码位四：表示外形要素 码位五：表示内形要素 码位六：表示辅助加工要素 码位七：表示最大直径或最大边长 ( 3 ) 零件辅助码 最后两位为零件辅助码，它们表示的意义分别为： 码位八：表示材料 码位九：表示热处理 如图33 所示的选择界面。 图3 - 3 材料的选择 f i g 3 - 3m a t e r i a lc h o i c e 本c a p p 系统的零件分类编码系统由计算机辅助完成。用户可在系统引导下，点击按钮 “下一步”操作，进入下一步工艺设计阶段。计算机记录每一步的操作，并最后显示出成 组工艺码，如图3 4 所示。 成组技术是利用事物的相似性，将相似的问题归类成组。对零件设计而言，由于许多零 件具有类似的形状要素，就可以将其归为一种类型进行统一的工艺设计，从而通过修改同 族典型零件的工艺可以得到新的零件工艺过程。本系统采用的编码系统就是采用o p t t z 系 统和儿b m l 系统，结合国营第一钟表机械厂的典型零件的特点，编辑而成的9 位编码系 统。 本系统对零件生成成组工艺码的操作非常简单，用户只需按照系统提供的向导方式， 在系统的提示下进行选择操作，就可得到相应零件的成组编码。 进入编码系统有多种方法：选择“系统管理”菜单中的“编码系统”：选择工具栏的 快捷方式；选择右键菜单中的“编码系统”；从“新建零件信息”窗体或“零件信息检索与编辑， 窗体中进入编码系统。下面将逐步介绍如何使用向导来生成成组工艺码： 首先：选择零件类别码 从以上介绍的各种方法中选择其一进入编码系统后，首先出现的界面就是对零件类别 初选的界面，然后是零件类别再选的界面，用户可以根据零件信息做出相应的选择，得到 相应零件的码位值。 其次：选择零件形状码 选择好零件类别码后，即可进入零件形状码，零件形状主要包括外形要素、内形要素 以及辅助加工尺寸等三个方面的内容。 再次：选择零件辅助码 选择好零件形状码后，即可进入零件辅助码，其主要包括材料和热处理两个方面的内 容。 最后：生成零件的成组工艺码，并输出之。 图3 4 工艺码输出 f i g 3 - 4p r o c e s sp l a n n i n gc o d ee x p o r t - 1 5 待用户全部选择完零件的工艺码后，将进入工艺码的生成窗体，点击“显示”，在输出 框内将会显示出9 位零件代码，然后点击“确定并输出按钮，操作将回到最初的编码系 统界面，这就是生