（机械工程专业论文）矩形花键拉刀计算机辅助工艺系统设计研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页 摘要 随着经济全球化进程的加快和世界制造业中心逐渐向中国的转移，以及 各种先进制造技术的不断发展，生产工艺环节已经成为制约实施计算机集成 制造系统的瓶颈。本文全面探讨了c a p p 理论及开发技术，并针对矩形花键 拉刀的生产过程，研究建立交互式计算机辅助工艺系统的开发技术。 阐述了传统手工编制工艺的不足，分析了计算机辅助工艺设计的优越 性，指出了利用计算机辅助工艺系统是现代工厂缩短工艺设计周期、保持工 艺设计的一致性和提高制造业信息化管理的重要手段。 在分析了目前多数企业工艺设计技术现状的基础上，制定了在 s o li d w o r k s2 0 0 6 和v i s u a lb a s i c 6 0 环境下，开发矩形花键拉刀计算机辅 助工艺系统的策略，拟定了矩形花键拉刀计算机辅助工艺系统的系统功能、 总体结构及运行模式。 以工艺的先迸性和实用性为目标，对矩形花键拉刀计算机辅助工艺系统 进行了详细设计。分析了矩形花键拉刀制造过程中工艺装备的特点及其工艺 设计所需要的各种资料和数据，选用了基于数据库的后台管理模式的由毛坯 尺寸确定、过程卡填写、工序卡填写、时间定额确定、过程卡导入、工序卡 导入等模块组成的计算机辅助工艺系统实施方案。 以s o l i d w o r k s 和a c c e s s 为支撑，并用v b 语言进行了系统集成开发， 建立了矩形花键拉刀计算机辅助工艺系统。最后通过工程实例的运行，证明 了系统开发思路和技术路线的正确性及开发策略的可行性。 【关键词】：矩形花键拉刀；辅助工艺设计；交互式c a p p ；v b ；数据库 西南交通大学硕士研究生学位论文第v 页 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h eg l o b a le c o n o m ya n dt h ec e n t e ro ft h e g l o b a lm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yb e i n gt r a n s f e r r i n gt oc h i n aa n dt h e d e v e l o p m e n t o fv a r i o u sa 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 ， m a n u f a c t u r ep r o c e s sp l a n n i n gi sb e c o m i n gt h eb o t t l en e c k o ft h e d e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ( c l m s ) t h i s p a p e rm a k e s ac o m p l e t e l yd i s c u s s i o nf o r t h et h e o r ya n d d e v e i o p m e n tm e t h o do ft h ec 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 ) 。 b e i n ga i m e d a tt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，r e s e a r c hh o wt od e v e l o p i n t e r a c t i v ec a p ps y s t e m s t h i sp a p e ra l s oe x p o u n d st h ed e f e c t so ft r a d i t i o n a la n dm a n u a l m a n u f a c t u r ep r o c e s sp l a n n i n g ，a n a l y z e st h ea d v a n t a g e so fc a p p ，p o i n t s o u tt h a tm o d e r ni n d u s t r i e ss h o u l dt a k ea d v a n t a g eo fc a p ps y s t e m st o s h o r t e nt h ec y c l eo fm a n u f a c t u r ep r o c e s sp l a n n i n g ，t ok e e p c o n s i s t e n c yf o rm a n u f a c t u r ep r o c e s sp l a n n i n g ，a n dt oi m p r o v et h e l e v e lo fm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ep r e s e n tc o n d i t i o no fm a n u f a c t u r e p r o c e s sp l a n n i n go fv a r i o u si n d u s t r i e s ，t h i sp a p e rd r a w su pap l o y t od e v e l o pc a p p o fr e c t a n g l es p l i n eb r o a c hw h i c hb a s e so ns o l i d w o r k s 2 0 0 6a n dv i s u a lb a s i c 6 0 ，a n dt h ef u n c t i o na n dt h et o t a ls t r u c t u r e a n dt h em o d eo fc a p po fr e c t a n g l es p li n eb r o a c h t h i sp a p e rd e s i g n sc a p po fr e c t a n g l es p l i n eb r o a c hi nd e t a i li n o r d e rt or e a l i z ei t sa d v a n t a g e sa n dp r a c t i c a l i t y a n a l y s i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h et e c h n o l o g ye q u i p m e n tf o rm a k i n gt h er e c t a n g l e s p l i n eb r o a c ha n d t h ed a t af o r t h er e c t a n g l es p l i n eb r o a c h s t e c h n o l o g i c a ld e s i g n ，s e l e c t i n gap r o g r a m m ef o rr e a l i z a t i o nc a p p s y s t e m sw h i c hi sb a s e do i lt h em a n a g e m e n tb yd a t ab a s e ，t h i sc a p ps y s t e m i s c o m p o s e d o ft h e s em o d e l s ：t h em o d e lo fc a l c u l a t i n gt h e s e m i f i n i s h e dp r o d u c t sd i m e n s i o n s ，t h em o d e lo ff i l l i n gt h e m a n u f a c t u r ep r o c e s sf o r m ，t h em o d e lo ff i1li n gt h ew o r k i n gp r o c e d u r e 西南交通大学硕士研究生学位论文 第v i 页 f o r m ，t h em o d e l o fc a l c u l a t i n gn l a n h o u rq u o t a ，t h em o d e lo f r e p r o d u c i n gt h em a n u f a c t u r ep r o c e s sf o r m ，t h em o d e lo fr e p r o d u c i n g t h ew o r k i n gp r o c e d u r ef o r m t a k i n ga d v a n t a g eo fv b ，t o g e t h e rw i t ht h ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n t f o rc a p ps y s t e mw h i c hi sb a s e do ns o l i d w o r k sa n da c c e s s ，t h i sp a p e r e s t a b l i s h e sc a p ps y s t e mr e c t a n g l es p l i n eb r o a c h t h ep r o j e c te x a m p l e s h a v et e s t i f l e dt h a ti t sd e v e l o p i n gl o g i c s ，t h et e c h n o l o g i c a lr o u t e ， a n dt h ed e v e l o p i n gt a c t i c si sf e a s i b l e k e y w o r d s ：r e c t a n g l es p ii n e b r o a c h ：a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ； in t e r a c tiv ec a p p = v b ：d a t ab a s e 西南交通大学硕士研究生学位论文第v l l 页 独立完成与诚信声明 我保证该篇论文是在田怀文老师的指导下由我独立完成的，没有抄袭他 人只言片语。如有不实，我愿意接受学校给予的任何惩罚。 声明人：朱超 2 0 0 6 年1 1 月 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 擞 第1 牵绪论 1 1 本文研究的背景及意义 1 1 1 工艺设计过程概述 王憩 筻谤是王装入受援撂产燕舞发售惠每黧产诗翻，在众鼗条转及势爨 环境条件下，确定产晶工艺的各种信息，主要识括下歹f 内容： 1 工艺调研 为了掰产品的开发或老产品的敬进，工艺人员应了解国内终强行有关置 艺的情凝和存在的闻越，然后疆磁誓艺可行住势辑报告，锋黠主要技术阏麓 提出建议。 2 产品结构的工慧性审查 奁凝产瑟蓄次投入生产之鬟，稳应遴霉结擒爱艺毽率套，傻英在薅足缓 用功能的前提下，符合一定的工慧性及技术经济指标。 3 正艺方案的设计 工笼方案的设谤澎在充分保诞产品质量翻满足生产纲领的裁提下，选择 生产成本鼗低的超z 方案。工艺蠢鬃设计时应积彼采用国内外先进酶工艺技 术，同时注意改善势幼条件和环蟪保护。 4 t 艺路线的设计 惫镑鼹产品零传燕产滚程豹设诗，善宠是要燧定每令鑫麓零律熬合理戆 工艺路线，设计出零酃件工艺路线袭或车间分工明细表，并掇如工艺关键件 明细表和外协件明细寝。 5 蔗艺规程豹设计 工芑规程是工艺义侔的主体部分，应当袄据产品弱复杂稷度、生产类蘩、 企业具体条件以及工芝条件和工裁方案与工艺路线规定的要求来确定工就 规程的种类、文件形式及其内容。麓艺规程的设计般包括置芑过程设计尚 工廖浚谤。工艺蓬纛浚诗主要包糕互搴蠹容懿翱分耪工彦宠瑟次序豹 棼裂， 需要考虑加工基准与加工方法的选择、加工阶段的划分，确定工序的集中或 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 分散和工艺过程各工序的顺序安排和作业要求。工序设计包括工序图的绘 制、工步的内容与顺序、所使用的加工设备和工装以及工艺参数、精度要求、 检验方法等的确定。工艺规程设计是工艺过程设计的主要内容。 6 工装设计 主要指非标准刀具、夹具；模具、量具、检具、辅具及专用机床的设计， 这些都需要由工艺人员根据工艺文件的规定，提出设计任务书并提交有关单 位安排设计制造。 7 定额的制定 通常根据有关的工艺文件采用计算法、实测法或经验统计法进行确定， 并编制出材料消耗定额和劳动定额明表。 8 工艺验证 是保证工艺符合预定生产要求并促进工艺技术不断进步的必要措施，其 实质就是对生产工艺的鉴定和确认。主要目的在于检验确保工艺方案、工艺 规程是否满足生产纲领的要求，选用的工艺设备，工艺装备、检测手段能否 保证产品质量，工艺消耗是否达到规定的要求，生产现场的工艺设施能否保 证工人的安全操作和文明生产。 1 1 2 传统手工编制工艺规程的不足 传统的机械加工工艺规程一直是由工艺人员根据他们多年从事相关生 产实践积累起来的经验，以手工方式进行设计的。这种手工编制零件工艺规 程方法存在着很多不足，主要表现在： 1 需要经验丰富并具有扎实理论基础的工艺师。 为了编制出合理的零件工艺规程，工艺师必须熟悉本企业各种设备的使 用情况、企业内各种生产工艺方法、各种工艺规范、各车间工人的技术状况， 并与生产有关各方保持良好的沟通。工艺师必须透彻理解零件工艺过程设计 的各种原则和方怯，具有丰富的生产经验，并能在生产实际中灵活应用。因 此能胜任这项工作的制造工艺师一般需要有十年以上的生产经历，并受过系 统正规的培训，这样的专业人员在生产实际中是很缺乏的。许多缺乏经验的 工艺员编制的零件工艺规程，就不能保证零件的制造质量，或者效率低下、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 斑 生产成本裹，难苏竣生产车勰掰接受。 2 工艺规程一致性差，设计质薰不稳定。 由于一个人考虑问题的侧重点、工作经历、思维习惯等的差异，不同的 工艺员对同一零件编制出的工艺婉程是各不摆黝的。即使是嘲一个工艺员， 在不同辩期对丽一零襻编裁出夔童艺氇是寄所麓髯酶。 机械制造工艺学是- - f - 经验憔很强的学科，没有严格、统一的工艺原则， 往往会幽于人的主观因素而造成的同类零件工慧规程的不必舞的多样性。这 是毽梵辍城零舞具毒多令鸯羹工表瑟，每令表瑟霹以骞不嚣鹣鸯羹王方法蠢笼爱 顺序，遮些都会导致熬个零件加王王艺规程的藏髯。这样就人为地使零怦制 造过程产生了不必爱的多样化，对生产的组织管理、降低产晶生产成本、提 高生产效率和保证加工璇量是楣囊不剩豹。 3 竣许效率豫下，需要大量鹩耋复往莠魂。 在产品设计一生产准备一加工生产这一过程中。生产准备是决定产品质量的 重要环节，一般来说生产准备包括工艺过程设计、专用夹具和刀具设计、专 用枧器及其他工艺装锯设计等。据绕计，工艺避羧设计所占的比重，约为熬 令生产潍鍪露润戆。疑班工艺浚诗是确缳产瑟覆量戆耄簧巧蔫之一。 编制零件工艺规程时，常常需要查阅大量的王艺手册、努考许多工艺文 件、并填制很多表格、绘制大量的加工简图，还鞭进行一些烦琐的尺寸换算、 余量搜核。这些工穆舅动量大、周期长，很多怒霾复性劳动，麴鬃纯粹建孚 工进行剃穰难满足生产自动诧嚣簧求。 4 t 艺过程很难窳现优化。 工慧设计主要是在分析和处理犬量信息的旗础上根据设计人员的知识 _ 程经验遴行热工方法、凝痣、刀爨、热王颓旁等戆选择帮热z 余量、王穿必 寸、公麓、切削参数、时间定额等的计算以及王序简图绘制以及工艺文件填 写等工作。这些工作劳动量大，脊很多重复劳动，容易出错；而计算机能肖 效建管联丈量静数攒，避行快速、凇确豹计算，送行各耪形式豹比较和选择， 能自动绘图和编毒表格文件等。这魑功能恰恰适应工艺设计的需要，所以 c a p p 不仅能实现工慧设计自动化，还能把生产灾践中行之有效的若干工愁 设计原则及方法转换成工艺设计决策模型，并建意科学的决策逻辑，在产品 震量，黧产成本帮生产效率三方甏获褥最佳豹平簿，获悉编颧壅最霞戆逑 方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 越 s 攀麓适应现代集或裁造系统豹震求。 计算机集成制造系统c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) 要求工艺设计能够实现自动化，也就是能够自动地将产品设计数据转化为制 造数撼。抟统豹工艺蠖程设诗难以嶷现蠡动化，其数据缀鼹纛接转位成摹l 造 系统中的数据，所；fc a p p 是实现计算枫制遗系统的关键饿环节。另外， c a p p 述能为产品数据管理系统撮供大量数据。 1 1 3 拉刀计算梳辅助工艺静意义 控削是利用多刀谨的拉刀对工件进行切削加工，其加工运动简单、生产 率毫、热王精度农表蕹质量高、宓蠡工成本 螽，被广泛应矮予天簧乏量生产帮一 些其它方法难以加工的特型面的嫩产中。拉刀憔能和质量的优劣，将直接影 响加工效率、加工精度和表面质爨。拉刀能加焉的表面种类比较多，拉刀的 足寸像惑经系残纯，羧刀豹生产既蠢专韭位豹嶷产，选育工厂戆工具车闽巍 制，既露成批生产也肖单件小批量生产。但是多数工厂拉刀的设计与管理仍 然主要浆用手工设计和人工管理为主，造成了犬屋的重复性势动，标准化程 度低、设计优化性惹、周期长、难管理。剩用计算机辅助工艺技术就能克服 手工编潮工艺壤程的上述缺陷。霹潋撵毫工艺设计的质量秘致往，大耨波 缩短设计周期，快速响应修改设计、变更计划，编制的工艺规程更加详尽和 完善，减少了产生计算错误的可能性，提高工落过程典型化稳度和工装利用 率，减少了重复绩写蔗艺文舞豹工终量，工艺入燹款经验可敬缮到积累和继 承，为计算机集成制造系统提供基础信息和数攒。有的工厂程拉刀c a d 、 c a m 方面已经取得了较好的效果，但是在c a p p 方面一直j l 展很小。因此 将计算机辅助工艺设诗技术引入刘拉刃的工艺设计具有重要的现实意义： l ，谣黻显著挺蘸艺设诗懿蔟塞和效率、犬幅度缩短设计震赣： 2 可以使编制的工艺规程更加详尽和完善，减少产生计算错误的可能 性； 3 。搿潋提裹工艺j 建壤典垄毒乏稳爱霸王装裂麓率，减乡7 爨爱编写工艺文 件的工作量； 4 可以积累和继承工艺人员的经验，提高工艺设计的一敬性： 西潲交通大学硕士研究生学位论文第5 炎 5 褥瑷为诗雾撬簇残毒l 造系绞提供充分豹蒸破售怠秘数撰。 掘哈尔滨第一王艇厂的数据鼹示，该厂的籀、市级科技攻关项目：播 齿刀具及拉削刀具c a d 应用研究，经过多年的开发、研制，已取得很好 豹技术、经济效益，这些c a d 系绕提离设计效率达8 0 倍。搿刽年产值2 4 0 0 万元，芨孛薪增产壤6 0 0 万元，新缮帚l 税5 0 万元。可j | 鬟预黧将拉刀静诗簿 机辅助工艺系统用于工厂，也一定能取得很好效果，本研究对解决拉刀工慧 设计自幼化问题具有很好的参考价值。 1 2 计算机辅助王艺设计技术综述 1 。2 。1 计算机辅助工艺设计麓介 1 9 4 6 年2 月世界上第一台电予计算机e n i a c 在美国的嶷夕法尼亚大学 诞生，从此计算机在机械设计、制造领域得到了快速发展，并分别形成了 c a d 、e a e 、c a p p 、c a m 霆令荚系密秘夔效零簇域。 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 即计算机辅助设计，是掇工程技术入赞 以计算机为工具，用备自的专业知识，对产品谶行总体设计、绘图、分析和 编写披零文档等活动酌总称。c a e ( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ) 即计算枕 辅助王携，是指工程技术人员颤诗雾税为工兵，剿用有限元法、有限差分法、 最优化湖法、仿真技术、运动学、动力学计算等方法对零部件和产品进行分 析。c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 即计算机辅助制造，狭义的讲 藏是诗箨撬疆爨捷王，重点是数羧撵孝豹缡潮，镪嫠刀关照线戆魏划、刀佼 文件的嫩成、刀具轨迹的仿真以殿后置处理和n c 代码的嫩成等。c a p p ( 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 ) 即计算机辅助工艺设计，是指根据产品 设计所绘爨静信息进缮产品搬工方法耱制造过程黪设计。c a p p 主要豹功貔 应包括燕坯的设计、鸯赫_ 工方法的选释、工艺路线的制定、工玲设计( 加工设 备和工数的选用、加正余量的分酉己、切削用量选择、机床、刀具、夹具的选 择、必要的工序图生成等) 、工时定额的计算。 c a p p 系统熬疆究移发震经历了较惫漫长熬避程。叁麸1 9 6 5 年n i e b e l 首次探讨用计算机来辅助工艺设计开始，c a p p 系统的实现方法经历了派 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 生式、创成式、半创成式及采用人工智能( 专家系统) 的几个阶段。2 0 世纪 6 0 年代以前手工编制工艺规程，7 0 年代用数据库技术存储和检索格式化的 工艺规程，8 0 年代采用专家系统技术，并出现几何推理( 特征识别) 技术，9 0 年代开始初级机器学习，并朝专家系统开发工具的方向发展。经过几十年的 发展，c a p p 在生成原理、系统结构、决策方法等方面都已取得了很大的进 展，正朝着集成化和柔性化方向发展。集成化通常是指c a p p 系统与c a d 系统之间的集成，实现二者之间的信息及时传输与共享，从局部自动化走向 全面自动化，是自动化技术发展的必然趋势。柔性化是指c a p p 软件经过一 定程度的修改和调整后，就能用于不同零件和不同的生产环境，修改和调整 越容易，柔性化程度就越高。我国对c a p p 的研究是从2 0 世纪8 0 年代初在 推广应用成组技术的基础上开始的，目前国内c a p p 研究的深入程度、覆盖 面和发展水平已经基本上处于国际先进水平，据初步统计，在国内学术会议 和期刊上正式发表的c a p p 系统已有5 0 多个，有少数系统已经正式在工厂 使用。 1 2 2c a p p 系统的特点及分类 1 c a p p 系统的特点 自从1 9 6 5 年n i e b e l 首次在计算机上用数据库技术检索和查询一些工艺 数据及已有工艺以来，世界范围内的计算机辅助工艺设计的研究一直就没有 停止过，c a p p 的研究在机械制造领域获得广泛重视，也取得了较大进展。 但就目前的情况来看，真正意义上的通用c a p p 系统目前尚未出现，能够在 工厂实际应用，或至少能初步应用的系统仍然较少。成功的c a p p 系统的前 景仍然比较模糊，这与它在现代制造领域的重要作用很不相称。之所以存在 这些问题，这是由c a p p 系统的设计特点决定的。 ( 1 ) 难以构建通用的c a p p 系统 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) 的加 工对象、n i 设备、生产批量、工艺方法和工艺习惯都不一样，对一个工厂 适用的工艺规程，不一定适合另一工厂。工艺设计的这种特点，使得难以像 c a d 系统那样，能够研发出通用的、能普遍为制造企业所接受的c a p p 系 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 统。所以计算机辅助工艺系统的开发，应针对特定制造企业，和特定的项目 来实施。目前，市场上商品化的c a p p 系统的开发方法和侧重点各不相同， 有的c a p p 系统在二维c a d 图形平台的基础上开发，然后将生成的工艺数 据传送到其他的数据库系统中：有的系统在某种特定的数据库系统上生成工 艺数据，然后在c a d 平台上生成工艺卡片；甚至也有c a p p 系统是纯粹的 工艺卡片填写工具，其生成的工艺卡片是某种特定的文件。这些c a p p 系统 虽然存在若干问题，还不是通用的、理想的c a p p 系统，但这些c a p p 软件 能为工艺人员提供定的服务，能满足制造企业部分需求，为企业的实际工 作带来了很大的方便。一般认为，专家系统技术将是实现通用c a p p 系统的 较好方法，它将领域知识和决策推理机独立。但是在知识表达和通用决策推 理机的实现方面还存在许多有待解决的问题。 ( 2 ) c a p p 的自动化决策实现困难 工艺的知识大多是模糊的经验知识，不具备精确的定义也很难用数学模 型来描述，难以纳入程序开发中。工艺设计缺乏坚实的科学基础和优良的工 艺设计自动化理论。这使得难以实现工艺规程的自动化决策，难以构建真正 意义上的工艺自动化设计系统。只有针对具体的零件对象和制造环境，才有 可能实现局部的工艺决策自动化。 ( 3 ) c a p p 系统必须基于二维c a d 系统平台 工艺设计中要填写大量的规范化的工艺表格，例如工艺路线卡、机床工 序卡，还需要绘制大量的工艺简图，设计时还需要将零件图作为设计参考。 因此c a p p 系统的开发必须基于二维c a d 系统平台，并将c a d 内核与工 艺设计融为一体。理想的模式是由具有自主知识版权的c a d 软件商来开发 c a p p 系统，例如目前的开目c a p p 、c a x a 工艺图表及c a p pf r a m e w o r k 。 但是具有自主知识版权的c a p p 开发者毕竟是少数，因此大多数开发者都是 用商品化c a d 系统( 例如a u t o c a d ) 作为平台，借用其表面上的二次开发功 能或图表功能来实现c a p p 。这种模式存在的主要问题是开发困难，使用不 方便，依附性强，软件成本高。 ( 4 ) c a p p 系统开发要求的技术起点不高 系统涉及大量的选择性决策逻辑和数据库操作，纯计算模型较少。这使 得它与c a d 系统的开发不同，但也与纯粹的信息管理系统不同。开发c a p p 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 炎 系统教技零起轰要求不毫，鼓拳积蔡需求多。镞域垄戆c a p p 系统甚至零凌 工厂工慧人员自主开发。 2 o a p p 系统的分类 根攥实现c 矗p p 系统豹琢理，入 f 】一壹将c a p p 系统分为三类：派生式、 螯成式和混合式。 ( 1 ) 派生式c a p p 系统( v a r i a n ts y s t e m ) 派嫩式又称为变异式系统或栉件式系统。它是建立在成缀技术基础上， 翻臻零终懿耀繇毪送行系统竣诗秘颧零箨工艺筏程懿生残。蘩零藏瑾是系绫 预先对现有的零件分组得到零件族，并对每一族相似零件摄取其工艺特征， 建立能包容其所有特征的假想零件( 主样件) 及必工艺规程。猩设计工艺规稷 酵，按照零转特定编秘努依据查找对应静主群彳譬，检索其典型工艺热程势滚 行必蘩的修改，就可以生成该零俸的工艺兢程。派生式c a p p 的技术成熟、 原理简单，因而发展娥早，针对特定的零件类和制造环境，能够研制出实用 的系统。但这样的系统只能完成检索式设计任务，难以适应零件类型和加工 环壤豹爱毒乏；获实震上说编裁工芝麓疆帮是蘸久皋完成熬，不雅摇麓黠互墓 编制人员的依赖，因而自动化程度低，并且系统的准备时间较长。其工作原 理关系见图卜1 。 图 - 1 派生式c a p p 系统的曩作原理 岳翮 ( 2 ) 翩或式c a p p 系统c g e n e r a t i v es y s t e m ) 创成式主要是依艨系统的逻辑决策能力对零件的加工信息进行综合，自 圈。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 璇 动提取露l 造麓谖，蜜动宠或辍寡、刃具静选择帮翱工过程懿钱亿，逶过决繁 逻辑，模拟工艺设计人员的决策_ i 毫程，自动宦口成新零件的工艺规程。它不依 赖于标准的工艺规稷，因而具有较高的柔性，假是并不意味潜工艺过程的每 一个决策步骤都必须篷从无到寄媳翻残，这很容易成为研究创成式系统的谟 区。早期的刨成式c a 卵系统将凌策逻辑疆入稷侉代码孛，依靠决策褥窝决 策表避行设计。由于疋艺过程设计较为复杂，针对性强，这种创成式方法难 以随零件类型和生产环境的变化翻动生成所需的合理的工艺规程。为了解决 这令鞠戆，骚变天受萼莓专家系绫零| 入c a p p ，戳魏泉捷裹系统豹灵活鍪! 襄遥成 性。目前，专家系统已成为创成式c a p p 的关镳技术之一。它能将工艺实践 经验以产生式规则戚其他知识表达形式纳入知识库中，成为系统推理的依 据。系缝摆理规和知 ；： 痒实现了分离，有利予系统设计者翻忑艺拜约会份。 工艺设计过程中的圭簧问题不是数傻计算，丽怒辩工艺蓓怠和工艺知识酶魏 理，遮芷是专家系统的特长。创成式c a p p 系统的工作原理必系见图1 - 2 。 际司 i 据库 网 | 数据库f i 。_ j 8 蕊h 瓣 爽其lj 7 3 最蜒 选择广1 具选撵 切割鲻麓 数据库 霎裟h 主盖 决策程序 图1 - 2 铀娥c a p p 系统的工作原理 剖成式c a p p 系统无论是在理论探索还是实际应用，都还簸在发展之审， 还有很长的路要走。 ( 3 ) 综合式c a p p 系统 综念式c 矗鼯系缓莛撵派生式每裁成式耜鬃仑豹c a p p 系绫( 又藜梵擎翻 成式c a p p 系统) ；也有基于实例与知识的综合式c a p p 系统，还有其他的溜 西南交通大学硕士研究生学位论文第l o 页 合式系统。 半创成式c a p p 系统综合了派生式c a p p 与创成式c a p p 的方法和原理， 采取派生与自动决策相结合的方法生成工艺规程，如需对一个新零件进行工 艺设计时，先通过计算机检索样件的标准工艺，然后根据零件的具体情况， 通过自动决策系统对标准工艺进行自动修改，自动完成进行机床、刀具，工 装夹具以及切削用量的选择，并输出所需的工艺文件。综合式c a p p 系统兼 顾了派生式c a p p 与创成式c a p p 系统两者的优点，克服了各自的不足，既具 有系统的简洁性，又具有较好的快捷性和柔性，有很强的实用性。目前我国 开发的c a p p 系统多为这类系统。 1 2 3c a p p 应用现状及发展趋势 1 c a p p 应用的现状 由于工艺过程设计问题本身的特殊性，使其自动化决策实现比较困难， 无论是专家系统式还是传统式的创成式系统，完全达到企业的需求是非常困 难的，甚至是不可能的。一些学者甚至认为，派生式和创成式原理仅只有理 论价值，没有实践意义。目前，多数商品化通用c a p p 系统( 例如开目c a p p 、 c a x a 工艺图表) 的研发者们已抛弃了工艺自动化决策的想法，无视工艺自动 化设计已有的研究成果，以一种更实际的交互式工艺图表填充思想来开发 c a p p 系统。这种c a p p 系统主要提供一个工艺编制的平台，大量的工作还得 由工艺人员来完成。 我国c a p p 技术的开发及研究是从2 0 世纪7 0 年代初期开始的，虽然起 步较晚，但是进展很快，取得了很大的成绩，和发达国家的差距很小，目前 国内c a p p 研究的深入程度、覆盖面和发展水平已经基本上处于国际先进水 平。通过自主开发，初步形成了实用的、功能集成化的c a p p 软件，如：开目 c a p p 软件等。虽然在c a p p 技术的推广及应用方面越来越得到政府、企业和 工程技术人员的重视和支持，也取得了一定的经济效益。但是由于各企业的 要求千差力别，各厂的信息化进程参差不齐，再加上国外p d m ( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t 产品数据管理) 、p l m ( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t 产品生 命周期管理) 、e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g 企业资源规划) 等技 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 术的发展，使得人们对c a p p 制造业信息化中的地位和作用认识模糊，因而 c a p p 在的研究和应用有种进展缓慢的感觉。c a p p 在发达国家影响力很小， 但是在我国具有非常强的生命力，这是因为工艺信息化在我国制造企业的信 息化进程中处于极其重要的地位，我国制造业的装备和自动化水平不高，大 部分企业还采用人工或半自动加工方式，企业设备更新换代的周期比较长， 依存于此环境特点的辅助工艺系统必然具有相应的市场空间。从总体情况 看，c a p p 还存在一些不足： ( 1 ) 应用范围偏窄 目前绝大多数c a p p 的应用集中在机械加工工艺的设计方面。实际上， 除了机械加工工艺之外，在制造企业中产品装配工艺、锻造工艺、钣金冲压 工艺、焊接工艺、热表处理工艺和毛坯制造工艺等都可以应用c p p 。目前 c a p p 在企业中的应用广度也不够，局限于主要以零件为主体对象的局部应 用。c a p p 应强调以整个产品为对象的全生命周期的应用，实现产品工艺设 计与管理的一体化，建立企业级的工艺信息系统。 ( 2 ) 应用水平偏浅 目前绝大部分c a p p 的应用以工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总、 工艺流程和权限的管理与控制等基础应用为主，还不能有效地总结行业工艺 “设计经验”和“设计知识”，从根本上解决企业有经验的工艺师匮乏的问 题。如何提高c a p p 系统的知识水平，实现c a p p 的有限智能，如何帮助企业 总结工艺知识和经验是c a p p 下一步应用的关键。 ( 3 ) c a p p 系统与其他应用系统的集成进展缓慢。 工艺是产品设计和制造的桥梁，工艺数据是产品全生命周期中最重要的 数据之一，工艺数据同时也是企业编排生产计划、制定采购计划、生产调度 豹重要基础数据，在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。目前 c a p p 与企业的各种应用系统进行集成的情况还不理想，目前还存在信息孤 岛，工艺数据的价值尚未得到有效的发挥和利用。 2 c a p p 的发展趋势 纵观c a p p 的发展历程，c a p p 是一个不断完善自身在应用中出现的不足 和不断满足新的技术、制造模式对其提出的新要求的过程，未来c a p p 的发 展，将在应用范围、应用的深度和水平等方面进行拓展，表现为以下几个方 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 暇 嚣熬发袋趋势： ( 1 ) 面向产品龛生命周期的c a p p c a p p 的数据是产品数据的萤鼹组成部分，束来的c a p p 威当与p d m p l m 实现集成，支持产瑟念望翕蠲麓。 ( 2 ) 基于知识的c a p p 系统 目j i c a p p 主要解决了工艺设计效率和标准化等问题，如何有效地总髂、 提炼企业的工艺设计知识，提高c a p p 的知识水平，实现自我学习自我完耱， 番会蔑驻卵痉溪亵发器酶重要方淘。 ( 3 ) 基于三维c o 的c a p p 目前c a p p 都是躲于二维c a d 的，但是现在三维c a d 已缀逐渐普及，旗 亏：三缝c a d 戆工艺设诗( 特别是装配王艺设计) 疆成为金照辩求嚣热点，邀 将是c a 糟系统发震酾方向之一。 ( 4 ) 开放式的c a p p 工慧的个性很强，c a p p 必须熊持续满足客户的个性化和变化的需求。 凌魏萋予平台技术、鬃有二次牙发凌糍、霹耋褥豹c a p p 系统褥是重要豹发 展方向。 ( 5 ) 小而专的c a p p 爨霹王艺手段皖较单一熬专渡玩j 垒韭，开发一些诸簿熬娥毽、铸造、浊 压等专簸化c a p p 产敲，或者c a d 软件上增加编制工艺规程的模块，协助或 引导工慧人员进行z 艺设计，规范企业工艺行为，也是解决小型企业普及 c a p p 的方法之一。 1 3 本文研究的盘要内容 矩形藐毽控刀嚣雾褪i 辕韵王艺系统是为专黢翡王其厂或黉嚣要经常巍 制拉刀的制造业进行的拉刀工艺设计和工艺管联的一个综合像实用系统。本 文围绕邈立这样的系统，将主要究成如下研究： 1 遂雩亍拉刀制造她的“工艺设计”现实情况的市场调查，奁阕资料，究 成控7 】澍造韭计算税辖勃工艺系统盼露求分耩，魏翔实磊煞羧菇c 矗阡系绕 总体结构。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 深入研究s o l i d w o r k s 工程图的二次开发技术，利用s o l i d w o r k s 工程 图作为本系统图形界面的技术支撑，实现过程卡，工序卡、工序简图的显示、 编辑、存储、打印等功能。 3 研究v i s u a lb a s i c 编程技术以实现系统集成。将v i s u a lb a s i c 编程 技术与s o l i d w o r k sa p i 二次开发技术紧密结合，研制一个实用的矩形花键 拉刀计算机辅助工艺系统，该系统实现了工艺过程卡、工序卡的编辑、修改、 打印、存储、管理等功能。 4 研究a c c e s s 数据库技术，利用a c c e s s 数据库作为s o l i d w o r k s 和 v i s u a lb a s i c 连接的桥梁和纽带。建立过程卡数据库，工序卡数据库、毛 坯尺寸数据库、机床参数数据库、刀具参数数据库、夹具参数数据库、切削 用量数据库、工时定额数据库，实现过程卡、工序卡及各种工艺数据的后台 存储和管理，提高了系统的自动化程度。企业可根据自身情况定制合适的各 种工艺数据库，并能根据需要及时进行修改和更新。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第2 章矩形花键拉刀c a p p 系统体系结构 2 1 矩形花键拉刀c a p p 系统的需求分析 2 1 1c a p p 系统需求分析 在开发一个软件的时候，首先必须进行需求分析，确定所开发的目标系 统的功能、性能、环境、可靠性、安全保密性、用户界面、资源使用、软件 成本消耗与开发进度等方面的需求，并提出这些需求的实现条件，以及需求 应达到的标准。在此基础上，分析员必须从信息流和信息结构出发，进行分 析与综合，细化所有的软件功能，找出系统各元素之间的联系、接口特性和 设计上的限制，判断是否存在不合理的用户要求，是否有用户尚未提出的真 正有价值的潜在要求，剔除其不合理的部分，增加其需要部分，最终综合成 系统的解决方案，给出目标系统的详细逻辑模型。完成了前面的工作后就应 着手编制需求分析阶段的文档，把已经确定下来的需求进行清晰准确的描 述。最后还应对需求分析的正确性、文档的一致性、完备性、准确性和清晰 性给予评审。 一般说来一个成功的c a p p 系统应是项目性质的，即针对具体制造企业 和制造环境进行开发。矩形花键拉刀计算机辅助工艺系统也是如此，它是针 对专门的工具生产厂或者经常自制拉刀的各种企业而设计的。在进行需求分 析时主要包括了下列一些内容： 1 明确系统所针对的零件对象 首先要分析研究系统将适用于哪一类型的零件。一般来说，零件范围越 窄、零件越简单，则系统开发难度越小；有时还要选择合适的零件分类编码 系统，对所要进行工艺设计的零件对象进行编码，目前成熟的分类编码系统 有o p i t z 系统和儿阴1 系统。本研究设计的矩形花键拉刀计算机辅助工艺 系统主要是针对标准或非标准的矩形花键拉刀，零件的范围不宽，零件的复 杂程度一般，因而不需要对零件进行分类编码。 1 2 调查分析零件的制造设备情况 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 5 页 一套辅助工艺系统应该适应工厂现有的设备制造情况，如果是在已有的 制造条件下设计零件工艺，则应掌握整个工厂或车间的加工设备情况，包括 机床的工艺范围、所处位置、设备状况等；如果是根据零件工艺建设新的工 厂，则应参考同类型工厂。在满足质量的前提下，使零件的制造设备在生产 效率和成本上获得综合平衡。为了增加适应性，本系统是针对有关工厂相关 工艺的常见设备为工艺条件的。 1 3 分析确定系统的功能要求。 计算机辅助工艺系统的功能要求一般包括零件工艺信息的描述和输入 方法、工艺文件的输出种类、工艺数据内容和格式、与其他系统的集成接口、 可用的工艺数据资源、工艺设计自动化程度的高低等。本系统是一个交互式 的计算机辅助工艺系统，零件工艺信息采用检索现有的工艺模板进行修改或 者交互式输入的方式获取；工艺文件的输出格式为s o l i d w o r k s 的工程图格 式，可以直接打印、保存或者在计算机上直接调用；工艺数据内容是严格按 照国家有关标准执行，数据库格式采用a c c e s s 格式；工艺数据资源可以在 “系统维护”子系统中直接输入也可以在设计系统时先录入部分然后在使用 过程中再修改；整个系统是本着继承工艺知识、减轻重复劳动、减少人工计 算、注重灵活性和实用性的一个交互式系统。 1 4 确定系统运行的软硬件环境。 本系统为生产一线服务，考虑到各个工厂、车间的实际情况，对软硬件 环境都没有特别高的要求，对硬件来说有一台中等配置的个人计算机即可， 无需网络支持。对于软件而言，只要具有w i n d o w sx p 操作系统、s o l i d w o r k s 2 0 0 6 和v b 6 0 平台即可、操作人员应具备一定的机械加工工艺知识和常见 的计算机操作技能，已有工艺文件存储在系统中需要时可以随时进行检索。 2 1 2 工艺设计的主要内容 机械加工工艺过程设计主要应考虑生产规模的大小、工艺水平的高低以 及本企业解决各种工艺问题的方法和手段。工艺过程设计应遵循基本的理论 和方法大多数是经验的总结，没有严格的数学定义，并且有些原则还是互相 矛盾的，所以在具体的制造环境中如何合理应用这些原则，需要工艺人员的 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 经验和智慧，总的目标是应使产品或零部件的制造达到“优质、高效、低耗” 的目的。 工艺规程是直接指导现场生产操作的重要技术文件。应做到正确、完整、 统一、清晰。在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外 先进工艺技术和经验。在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低 消耗，制定机械加工工