基于应用服务提供商的刀具CAD系统建模与开发

2 3 2 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n u f a c t u r e 第 9期 2 0 1 1 年 9月 文章编号 t O 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 9 0 2 3 2 0 3 基于应用服务提供商的刀具 C A D系统建模与开发 母 李效 民 严胜 利 商丘职业技术学院 教材科 商丘 4 7 6 0 0 0 z 周口职业技术学院 机电工程系 周口 4 6 6 0 0 1 Mo d e l i n g a n d d e v e l o p me n t o f c u t t i n g t o o l s CAD s y s t e m b a s e d o n a p p l i c a t i o n s e r v i c e p r o v i d e r L I Xi a o mi n YAN S h e n g l i O f f i c e o f T e a c h i n g Ma t e r i a l s S h a n g q i u V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e S h a n g q i u 4 7 6 0 0 0 C h i n a 2 D e p t o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c E n g i n e e r i n g Z h o u k o u V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e Z h o u k o u 4 6 6 0 0 1 C h i n a 摘要 在全球网 络化制造的背景下 提出 基于应用 服务提供商的刀 具在线设计与 仿真模型 进 行了系 统总 体设计 包 括体系 结均设 计和功能设计 给出了系 统各模块的具体功能 然后 采用U M L 技 i术对7 7 具C A D系 统进行建模 垮出了 基于U M I 的刀具C A D系统建模过程模型 建立了系 统B u s i n e s s U s e C a s e 图 A c t i v i t y图 U s e C a s e图和 I n t e r a c t i o n图 最后 基于A S P N E T 技术 使用V i s u a l S t u d i o i N E T 2 0 0 3 开发环境 以V B N E T作为主要语言 开发了基于应用服务提供商的螺杆成形铣7 C A D及仿 l真子系统原型系统 试运行结果证明了方案的可行性 关键词 A S P C A D 刀具 建模 i l A b s t r a c t 1 U n d e r t h e b a c k g r o u n d o f t h e g l o b a l n e t w o r k m a n u f a c t u r i n g o n l i n e d e s ig n i n g a n d s i m u l a 一 l t i o n m o de l s f o r c u t t in g t o o l s b L s e d a p p l i c a t i o n s e r v i c e p r o v i d e r a r e p r o p o s e d i n it in w h i c h t h e s y s t e m l d e s ig n c o v e r i n g a r c h it e c t u r e d e s ig n d f u n c t io n d e s ig n w it h s p e c ifi c f u n c t io n des c r ip t io n f o r e ach mod u l e i s c a r r ie d o u t T h e n m o d e l s c u t t it t o o ls C A D s y s t e m a r e b u i l t b y u s i n g U M L t e c h n o l o g y t h e p r o c e s s l m o del s b a s e d o n U M L t e c h n o l o y i s wL CI S w e l l m e a n w h i l e t h e s y s t e m B u s i n e s s U s e C ase d i o g r o m s A c 一2 t i v i t y d i a g r a m s U s e C a s e d i a g r a m s a n d I n te r act io n d ia g r a m s a r e e s t a b l is h e d F in a l l y b y usi n g A S P N E T t e c h n o l o g y a n d V i s u a l S m o N l j 2 0 0 3 d e e l o p m e n t p l a tf o r m as w e ll u s in g V B N E T as th e m a i l d e v e l 一 l o p rn e n t z 翻 r a g e p r o l o t p e y s t e m o z c A D 8 d s i m u l a t i o n s u b s y s t e m o f s c r e w f o r m e d m i l l i n g c u t t e r b as e d 凡 A S P is d e v e lo p e d u h i以is re c tiff e d tria l te s b e f e as ib le K e y w o r d s A p p l i c a t i o n s e r v ic e p r o v i d e r C o m p u t e r a i d e d d e s i g n C u t t i n g t o o l s Mo d e l i n g 中图分类号 T Hl 6 T P 3 9 l 文献标识码 A 1引言 刀具是制造业 的重要工艺装备 刀具生产 水平的提高 是提 升一个国家制造水平的重要手段之一 从 2 O 世纪 6 0 年代中期开 始 我国刀具生产从仿制走向独立开发 2 0世纪 8 0年代以后 我 国刀具设计制造水平有了较大提高 然而 在当今量球化的市场 中 市场竞争日益激烈 刀具的设 滞0 造越来越呈现 i 更新的 快速化 交货期限的缩短化 刀具制造企q b Z 须 速 低成本 高 质量的设计制造出产品 力此 学 卸制遗 f 泛地 f 眨7 具 先进制造模式的研究 其 f l 刚 匕 设计 与制造技术将 J 具设计制 造推向了一个新的平台 应朋服务提供商 l i c a t i n n S e r G c e P r o v i d e r A S P 是指从一个集 L 管理 的组织r 收心用的部署 供应 管理以及对应用访问的契约式服务 在共州 酱的外包协 议基础上 企业将与业务流程悄关的部分或个部计 机软硬件系 统委托给服务商 服务商负责管理 维护和更新这些软硬件系统 的功能与服务 向客户提供方便 快捷 有设的服务 A S P模式作 为 I T应用服务的一种新模式 具有较大的发展前景 基于 A S P模式的 具 C A D系统的建立为月具制造企业提 供统一 丰富的刀具资源租赁平台 以I n t e r n e t 为纽带 以共享刀 具 C A D资源库为载体 为远程用户和协同制造企业提供方便快 捷的资源平台 电子商务平台和制造服务平台 动态优化资源 提 供专业化服务 实现了刀具 C A D资源库的远程使用 缩短了刀具 制造企业的产品研制周期 降低产品制造成本 2基于 A S P的刀具 C A D系统总体设计 2 1系统体系结构 图 1基于 A S P的刀具C AD系统体 系结构 顽百 爵 面面 丽面7 5 2 5 5 河 南省 创新型科 技人才队伍建 设工程资助 项目 o 8 4 1 o 0 5 1 o 0 l 4 第 9期 李效民等 基于应用服务提供商的刀具 C A D系统建模与开发 2 3 3 通过应用服务提供商平台可以进行刀具的设计与仿真 也可以 在平台上搜索所需刀具的C A D资源 基于A S P的刀具C A D系统为 客户陕捷 有效地提供设计资源 实现对区域或行业内相关刀具企业 制造资源 包括产品资源 技术资源 设计资源 设备资源 人力资源 市场渠道等 的共享与整合 提高了设计效率 加强企业间的协同 促 进了优势互补日 基于 A S P刀具 C A D系统体系结构 如图 1 所示 2 2系统功能结构 在设计 A S P平台基本功能的基础上 结合刀具设计的一般 原理与方法 将此 C A D系统从总体上分为以下几个功能模块 如 图 2所示 基于 A S P的刀具 CA D系统 用 户注册I f 后 否 甄 l 信息 发布l l刀具资源库l I刀具企业l f其他 骨 旧 薪 l登 f薹f蒌f f霎f萋f l囊l耋f蓁f蓁f f l量l 理 其 他 系 统 图 2基于 A S P的刀具 C A D系统功能结构 2 2 1信息发布系统 信息发布模块主要发布 A S P新闻 A S P技术文章 刀具信息 与共享 刀具供应商信息 电子商务信息等 这是一个互动系统 网页浏览者也可以发布消息 后台管理系统可以对发布的新闻进 行修改和删除 用户通过搜索相关的刀具设计 制造信息 找到所 需信息进行网络化协同设计与制造 2 2 2 注册登 录 系统 网站会员可以直接由欢迎界面登录系统 非会员可以通过 注册 申请成为会员 管理员根据会员是否缴费把会员分为普通会 员和 V I P会员 普通会员可以看到刀具 系统的一般页面 享受一 部分服务 V I P会员能看到完整的页面 享受全部服务 2 2 3后台管理 系统 后台管理系统负责对会员帐户和新闻发布系统进行后台管 理 设置和分配权限 管理用户信息 管理员可以根据申请者是否 缴费来确定让其是普通会员或 V I P会员 也可 以根据需要发 布 修改或者删除新闻 2 2 4帐单管理 系统 管理和查看用户的交费记录 统计交费总额等功能 2 2 5 刀具 C A D与仿 真 系统 该模块的功能是通过选择刀具的重要参数 由系统判断后 会根据选择的参数自动调出相应的刀具和相关信息 首先应该先 得到工件的各个重要参数 由这些参数来约束刀具的设计 然后 进行刀具结构及刀槽设计 最后生成实体和工程图模块 完成以 上步骤后可以通过 e d r a w i n g 文件调出所选刀具三维实体图 并 可以下载相关的A u t o c a d和S o l i d w o r k s 文件 3基于 U ML的刀具 C A D系统建模 3 1 U ML建模技术 统一建模语言 U n i fi e d Mo d e l i n g L a n g u a g e U ML 是一个支持 模型化和软件系统开发的可视化建模语言 是以面向对象的方式来 描述系统 包括软件系统 机械系统 企业业务过程 以及其它信息 系统等目 U ML 通过建立各种类 类之间的关联 类劂象之间配合来 实现系统的动态行为 U ML提供了各种图形对模型元素及其关系 可视化 采用 Mi c r o s o f t V i s i o 作为刀具C A D系统建模工具 3 2基于 UML的刀具 C AD系统建模过程 3 2 1建立业务用例 B u s i n e s s U s e C a s e 框 图 业务用例框图用来建模一个业务的流程以及它们与外部各方 如 A S P服务提供商和用户 之间的交互 业务用例表示刀具没计流 程的过程 而业务角色表示业务要交互的角色 在基于 A S P的刀具 C A D系统中 归纳出主要的事务有基本信息浏览 用户注册 刀具图 形设计 资源库管理 权限分配 在本系统的U ML 建模中创建以下角 色 1 系统管理员 2 操作员 3 注册用户 4 游客 如图 3 所示 图 3基于 A S P的刀具 C A D系统的业务用例框图 3 2 2建立用例 U s e C a s e 图 用例是系统 子系统和外部的参与者交互的动作序列的说 明 在系统中 根据业务流程可分为几个用例 1 刀具图形设计 2 图形入库 3 图形审查 4 图形删除 5 图形下载 6 资源 库查询 7 资源库维护 8 历史记录查询 9 登陆系统 1 0 用 户注册 1 1 管理用户 1 2 缴费等 确定用例图后 用实体一 联系 E R 图表示实体型 属性 和联系 的方法 用来描述现实概念模 型 管理员 游客和资源库的E R图 如图 4 所示 图 4管理员 游客和资源库的 E R图 3 2 3建立工作流 A c t i v i t y 框图 工作流图描述了类的活动 着重于显示系统的功能流 从不 同角度描述对象间的行为和交互等动态特性 3 2 4 建立 系统交互 I n t e r a c t i o n 图 交互图有两种 即顺序图和合作图 它们都用来描述对象问的 交互关系 顺序图着重体现交互对象问的时间顺序 合作图则着重 体 职橡 间的协作关系 采用顺序图来表示对象之间的交互关系 由于系统建模与开发过程中涉及了大量 U ML模型图 限于 篇幅 仅列出了刀具 C A D系统 C A D操作员顺序图如图5 所示 在图 5中 描述了C AD操作员具有的操作步骤有系统登陆 浏览 三维形体 刀具详细设计 缴纳费用 图纸下载等 通过该流程 可 帐单管理 客户反馈管 接 口管理 历史记录 2 3 4 机 械 设 计 与 制 造 No 9 S e p 2 01 1 以实现查看信息 登陆 查看刀具信息 刀具设计 申请下载设计 图 缴纳费用和获取 图纸和模型等功能 L 二 J L L二 i 戳 带暂 i 耕 L 蚋 费 用 i 同 意 下 载 通 过 审 帻 I i 件 F 加 I 科 纸 F 载 徉 剜 I 图 5基于 A S P的刀具 C A D系统 C A D操作员顺序 图 4系统实现 4 1 A SP平台原型系统 基于A S P N E T技术 使用 V i s u a l S t u d i o N E T 2 0 0 3 作为开发环 境 以V B N E T作为主要语言 利用D r e a me a v e r F l a s h P h o t o s h o p 等工具对页面进行设计 使用 M i c r o s o f t S Q L S e r v e r 2 0 0 3 作为数据 库管理系统 完成了原型系统的开发 A S P 服务平台 如图6 所示 A S P 在线C A D系统入口 如图7 所示 图 6 A S P服务平 台 图 7 A S P在线刀具系统八 口 4 2基于 AS P的螺杆成形铣刀 CA D子系统 4 2 1参数选择与设置 如图8 所示 螺杆成形铣刀C A D设计的第一步为螺杆型线 选择 螺杆类型选择 铣刀类型选择 螺杆标准直径和生成中心距 等 本案例选取的是 单边不对称齿形 阴螺杆精铣刀 选择的 标准螺杆直径为 6 3 ra m 生成的中心距为 8 0 7 ram 通过该步骤的选 择和设定后 系统将根据设置参数进行螺旋槽及铣刀轮廓计算 图 8铣刀参数选择页面 4 2 2螺旋槽及铣刀轮廓计算与生成 根据工件螺旋槽的端面廓形和螺旋参数导出工件的螺旋面 方程 根据加工螺旋槽的包络法成形原理 求出铣刀 司 转面与工 件螺旋槽的接触线 以及接触线上的各点到铣刀轴线的距离和铣 刀半径 实现端面廓形和螺旋参数的自动计算 再根据精铣余量 求出该理论廓形的等距线即为铣刀的理论廓形 根据 3 2 1 节的 参数设置 计算和生成的铣刀参数及轮廓 如图 9 所示 轮廓图的 左边为理论轮廓显示数据 包括安装角度 理论轮廓线 铣刀轮毂 计算数据 刀盘轮毂计算数据等 图 9铣刀轮廓计算与显示 4 2 3椭圆拟合及误差计算 成形铣刀的理论廓形是一不规则的曲线 在刀具设计时往往求 得的是曲线上一系列离散点的坐标值 对于可转位式成形铣刀应根 据所选用刀片的尺寸及较小的廓形拟合误差等因素对铣刀理论廓形 进行分段17 1 当铣刀的理论廓形为凹形曲线时 可采用线形拟合法 即用最小二乘法求出拟合直线来代替理论廓形 阴转子铣刀的理论 廓形为凸形曲线 适合采用椭圆拟合法 可获得较高的拟合精度 4 2 4铣刀仿真 系统设计过程中将粗铣刀设计与精铣刀设计分开进行 如 果在前面的选择输入时选择的是精铣刀 则在后面设计中生成精 铣