资源目录
压缩包内文档预览：
编号：209455099
类型：共享资源
大小：1.69MB
格式：ZIP
上传时间：2022-04-25
上传人：机械设计Q****6154...
认证信息
个人认证
陈**（实名认证）
上海
IP属地：上海
50
积分
- 关 键 词：
-
经济型
龙门
数控
雕铣机
机械设计
- 资源描述：
-
经济型龙门四轴数控雕铣机机械设计,经济型,龙门,数控,雕铣机,机械设计
- 内容简介：
-
基于特征设计的铣床的过程规划托马斯克拉默博士天主教大学国家标准局研究员助理摘要 在NBS自动化制造研究机构的垂直工作站（VWS）中，金属零件是从基于特征的设计自动加工的。 可以在一小时内设计和加工一个简单的二维半零件，从而允许设计输入的一半时间。 通过设计已经存在，VWS软件（由LISP编写并在Sun计算机上运行）将自动准备铣床的过程计划，以作为给定设计的一部分。 过程计划的核心是要执行的加工操作列表。 这些操作由系统从其21个可能操作的所有组成部分中选择。 过程计划还包括一个标题和工具要求列表。 该系统生产的过程计划后来被用作为铣床控制器编写代码的自动NC编码系统的输入。介绍 国家标准局（NBS）的自动化制造研究设施（AMRF）是开发自动化制造技术和标准的实验设备。 海军是AMRF的共同发起人，提供了大量的资金。 AMRF已经在几篇论文1,2,3中进行了描述。 AMRF包括三个加工工作站，清洁和去毛刺工作站，检验工作站和物料搬运系统。 其中一个加工工作站是垂直工作站（VWS）。VWS可以在独立模式下运行，也可以作为AMRF控制层级中的下级元素运行。 以独立模式运行，VWS是一台计算机集成的自动加工工作站。 它包括控制系统，用于创建和编辑设计的交互系统，自动过程计划系统和自动NC代码生成器。该系统由Sun微机控制。 VWS的其他机械和电脑包括具有GE2000控制器的Monarch VMC-75铣削中心，具有Unimate控制器的Unimate机器人，可倾斜铣削中心，作为VWS和材料处理系统之间的接口的两个滚轮台， 一个强大的真空吸尘器，用于切屑去除，气动虎钳夹持正在加工的零件，用于机器人的气动NBS制成的夹具，液压托盘夹紧系统，信号处理电子设备和位于Sun和所有其他机构之间的HP 9000计算机 设备作为监督员。VWS生产加工的金属部件。 在VWS中可以在一小时内设计和加工简单零件。 为了实现这一点，有必要设计一种自动加工的设计方案。 已经开发了一种用户友好的零件设计编辑器，它以必要的格式准备设计文件。 用户坐在Sun工作站，并使用编辑器创建一个设计。 然后，流程计划员被要求编写如何加工该设计的一部分的计划。 下一个NC代码是从设计和计划自动生成的。 最后，用户告诉控制系统做零件。 控制系统协调工作站设备的活动，使零件坯料加载到铣床上，NC代码发送到铣床并执行（制造零件），成品零件卸载。VWS中感兴趣的部分家族是那些被碾磨的部件，而不是在某些其他成型操作中转动，冲压或制成的部件。 重点在于小批量加工，大约一到五十部分的单一设计。 感兴趣的材料是可加工的材料，主要是金属和一些塑料。 部件在试运行期间由铝，钢和黄铜制成。 VWS的软件由作者Michael McLean先生，国家统计局的Jau-Shi Jun博士，Kes Nakpalohpo先生等人一直在发展三年。 在本文中，该软件称为VWS2系统。 它是用计算机语言Franz LISP编写的，并在Sun微机上运行。 六个主要模块包括VWS2系统：生产管理操作系统（控制系统），状态表编辑器，设备程序生成器，零件设计编辑器，过程计划器和数据执行模块。 其中两个VWS2模块（过程计划模块和数据执行模块）处理过程计划。 流程计划是流程规划模块的输出，是数据执行模块输入的一部分。 除了主要模块之外，还有几个不同的子系统（如绘图，可用于两个模块）。 本文仅详细介绍了流程规划模块。 工作站在4中有更详细的描述2。 部件设计编辑器，过程计划和数据执行模块可以由用户通过称为vws_cadm的小型友好前端访问。 Vws_cadm向用户询问有关用户想要做什么的许多问题，然后根据用户的需求激活适当的模块。 Vws_cadm有其他几个用途。 VWS2系统的整体架构主要是由于国家统计局生产管理系统集团负责人Charles McLean先生所致。 AMRF的流程规划概念和问题已经由Peter Brown先生和McLean先生5以及“国家标准局过程计划研究课题”6在“AMRF的交互过程规划” Brown先生和Steven Ray博士。 本文仅在与VWS铣床相关的过程中讨论过程计划。 在本文的其余部分，我们将描述（1）VWS2系统中的设计协议，（2）VWS铣床的过程计划协议，（3）过程计划增强，（4）VWS铣削的过程规划生成 机器和（5）系统的限制。VWS2系统中的设计协议 VWS2系统使用基于特征的设计协议7。 零件的设计表示为一张纸上的功能列表。 股票总是一个矩形块。 相对于块的底部，前部，左侧的三维笛卡尔坐标系，该股票是固定的。 设计系统目前假设所有功能都是从块的一侧进行的。 虽然所有功能和子功能都是纯粹的几何尺寸，但是它们被选择为在加工零件上通常发现的特征的基础上被包括在系统中，这些特征可以在一个或最少很少的加工操作中生产。 每个功能和子功能是已移除的音量。 1987年9月的系统的主要特点是：倒角，凹槽，孔，口袋，直线槽，文字，轮廓_凹槽，contour_pocket和side_contour。 还可以在主要功能上进行子功能：chamfer_out，chamfer_in，锪孔和线程。 通过给出其名称和指定其位置，形状和大小的几个参数的值，在系统中指定一个特征。 通过存储每个参数的名称后跟其值来保存参数信息。 有关功能的信息摘要如表1所示。表1特征参数和子功能特征名称特征外观必需参数可选子功能可选参数倒角出来边缘45度斜面倒角深度没有没有轮廓槽凹槽使用轮廓轮廓作为刀具路径或边缘。 底部是圆形或扁平的。角深度无底型没有偏移参考功能轮廓口袋轮廓轮廓内的材料被移除到恒定的深度角落深度没有参考功能沟槽沟槽使用带圆角的矩形作为工具路径。 底部是圆形或扁平的上部l x上部y下部r x下部深度宽度底部类型拐角半径倒角深度倒角深度倒角深度倒角深度参考功能孔可以通过部分圆形孔，平底或圆锥底。中心x中心y直径深度底部类型倒角螺纹倒角深度沉孔深度螺纹直径螺纹深度每英寸螺纹参考功能口袋（2种）口袋角落在圆角的矩形内的材料被移除到恒定的深度上部l x上部下部r x下部角部半径深度倒角倒角深度参考功能口袋中心与口袋角相同中心x中心y长度角度半径深度倒角倒角深度参考功能侧面轮廓轮廓轮廓外的材料移至恒定深度角落深度没有参考功能直槽槽使用直线作为工具路径。 底部是圆形或扁平的x1 y1 x2 y2深度宽度底部类型倒角倒角深度参考功能文本字母和数字五种字体。 仅限大写。 圆底只功率l x较低的文字高度深度线宽没有字体参考功能 “文本”功能类型要求存储在数据库中的每种字体的每个字母都有一个模板。 Alton Quist为系统创建了一个名为“plain”的默认字体。 VWS2系统具有font_making功能，可以通过平原字体的转换来创建新的字体。 我们一直在使用四个额外的字体，称为“宽”，“圆”，“斜体”和“角”，这是由这个设施。 在本文稍后的示例部分中，使用该工具不到一分钟就创建了一个名为“cilati”的字体。 三个轮廓特征共享轮廓轮廓的想法。 轮廓轮廓是一连串的直线段和圆弧。 零件设计编辑器提供了轮廓轮廓的简单方法。 当工具遵循轮廓轮廓时，轮廓线会被做出。 contour_pocket是通过将轮廓轮廓内的所有材料移除到固定深度而制成的平底特征。 side_contour是通过将轮廓轮廓外的所有材料移除到固定深度而创建的台面状特征。 轮廓轮廓轮廓轮廓或轮廓轮廓必须关闭，并且不能相交。设计协议包括使用“参考功能”。 如果特征A在特征B的底部进行，则特征A的参数之一是“reference_feature”，该参数的值是特征B的特征数。只要B是A的参考特征， 特征A的轮廓必须适合于特征B的轮廓内，并且特征B的底部必须是平坦的（除了在同心钻孔的情况下）。 参考特征的想法在图1中示出，其示出了具有口袋的孔作为其参考特征。 设计数据结构是一个属性值对的树。 一些属性的值是一个子树。 例如，设计本身由两对组成：属性“标题”，后跟标题子树（其中包括设计的编号，非常简短的描述和块的大小）以及跟随的属性“特征” 由特征子树。 特征子树由属性为整数的对组成，值为特征描述。 这种成对结构下降到设计的最低水平。 特征按照从1开始编号。特征号作为特征的标识符是重要的，但是如果特征被加扰和重新编号，那么它将对系统没有任何影响。表2显示了零件设计的一个例子。 我们将其称为ASME部分供将来参考。 图2显示了由VWS零件设计编辑器准备的ASME零件的图片。ASME零件是一个演示部件，包含五个特征类型和三个子特征类型。 使用交互式设计编辑器在15分钟内准备了表2的设计文件和图2的图片。 ASME部件没有机械功能。大众铣床过程计划协议 在ASME出版的ANSI标准Z94.10-1972中，术语“过程规划”被定义为“确定将材料从一个状态转换到另一个状态所需的操作或操作的过程”8。 Chang和Wysk说，“流程规划可以被定义为准备详细指令来制作零件的行为”9。 在本文中，我们使用“过程计划”来表示Chang和Wysk提到的详细说明。 描述过程计划的方法称为过程计划协议。 要在VWS2系统中使用，LISP环境中铣床加工计划的格式必须是LISP属性列表。 在LISP环境之外，VWS可以使用两种流程图格式。第一个是AMRF标准的VWS的实现10。 第二个是LISP可读格式。本文仅介绍LISP可读格式。两者的完整描述在11中给出。 虽然这里描述的过程计划协议是为VWS铣床创建的，但是根据协议制定的计划可以由具有相同功能的任何铣床使用。 除了探测之外，大多数现代NC控铣床具有执行VWS中生成的过程计划所需的功能。 因此，计划本身不需要修改（尽管NC编码系统会）。 在这个意义上，VWS过程计划协议是机器独立的。 制造ASME部件的过程计划如表3所示。它是由VWS2过程计划模块在用户输入15秒后十秒内准备的。 对于作者使用计算机编写相同的计划文本编辑器将需要一个多小时。 没有进行测试以将系统与专家机械师的性能进行比较，但似乎不可能将人的速度提高到自动系统的十分之一 AMRF标准格式的过程计划有四个部分：（1）标题部分，（2）参数部分，（3）要求部分和（4）过程部分。 用于VWS铣床的LISP可读格式不需要参数部分，但其他三个部分对应于AMRF标准。表3 ASME工艺流程图 以LISP可读格式，标题必须指定计划ID，设计标识以及使用该计划打算研磨的材料种类。 可以选择性地包括其他信息，例如计划版本和过程计划器的名称。 流程计划的核心是程序部分。 这是要执行的步骤的列表。 每个步骤描述一些操作。 执行操作时应该发生什么，计划员和执行计划的控制人员必须通常理解。 通过指定几个参数的值给出描述，其中一个参数总是“工作元素”，即操作名称。 每个工件都有自己的一组参数，但是给定的参数类型（例如刀具类型，速度，进给速度，通过深度和换刀槽）可用于许多或所有类型的工件。 表4列出了工作要素的总结。 加工操作的参数通常包括来自设计的特征的特征号。 这用作指向关于特征的几何信息的指针，例如其深度或其中心。 如果步骤与设计中的功能无关（例如，在零设置操作中），则必须在步骤中携带几何信息。由于计划步骤和设计特征之间的关系，只能对设计进行局部加工的过程计划是可行的。 根据这样的计划制作的零件将具有设计中指定部件的一些但不是全部的特征。第一步总是初始化计划，最后一次总是紧密的计划。 之间的所有步骤都是加工操作。 VWS2系统目前还支持19个加工操作，除了初始化和关闭，16个用于切割金属，3个用于探测。 有关这些操作的信息将保存在“机器操作”数据库中的LISP环境中。 传统上，过程计划中的步骤按顺序排列并执行。 然而，通常可以以某种其他顺序执行步骤，只需要在执行给定步骤之前，必须已经完成了一些其他步骤。 这些其他步骤称为给定步骤的“先例步骤”。 在VWS2系统中，过程计划的步骤按顺序编号，作为一种方便的识别方法，但执行并不一定是顺序的。 计划中的每个步骤，除了初始化计划（不得有先例），都带有先例步骤。 先前步骤的分配必须使得在执行所有其他步骤之前无法执行关闭计划步骤。 在LISP可读格式中，需求列表是制作零件所需工具的工具类型名称列表。 类型名称不是铣床中工具的唯一标识符。 机器中可能有几种工具，也可能没有给定类型的名称。过程计划增强 为了使过程计划尽可能广泛地有用，希望某些信息不在计划中，执行计划的系统可以自由地对计划进行更改。 然后，根据用户的需求和执行时的工作站条件，执行系统在执行之前，该计划被改变（或增强）。 12 VWS2数据执行模块在执行之前以几种方式增强了流程计划11。 执行之前最好省略的一种类型的数据是工具的更换槽位号。 这样，只要所有必需的工具都在一些更换槽中，单个计划可用于许多不同的机器设置。 插槽号码插入增强计划。 如果铣床上不存在任何所需的刀具类型，则数据执行模块会通知用户该问题并退出 如果单个计划可用于不同的初始工件，这是方便的。 例如，在VWS中，如果工件太高，则可以通过插入增强计划中的面铣操作将其铣削到正确的高度。 或者，如果工件已经具有设计中的某些功能，那么将使已存在的功能的计划中的步骤被删除。 对于工件的不同夹具使用单一方案也是方便的。 例如，如果计划预期在虎钳中铣削并且相对于虎钳建立z的零值，但是用户希望在托盘区域中铣削并且相对于零件的顶部建立z零，则数据执行 模块将改变计划的set0拐角步骤，并插入一个set0 z步骤。 一些用户喜欢加工流程计划中包含的速度，进料速率，转速和通过深度，而其他用户更喜欢省略这些项目，并在NC代码写入时确定它们。 VWS2系统为用户提供了一个选择。 如果这四个项目中的任何一个是必需的但是缺少，则数据执行模块会将其插入到增强计划中。 如果存在四个项目中的任何一个，则使用现有值。 只插入缺少但必需的值。 在增强期间，如果插入或删除步骤，则模块重新编制计划的步骤，并更改每个步骤的先例步骤以匹配新的编号。 如果插入需要新工具的步骤，则该工具将被放入工具要求列表中。如果删除了一个步骤，并且该步骤中使用的工具没有用于任何其他步骤，则该工具将从工具要求列表中删除。大众铣床的过程计划生成 VWS2流程规划模块是嵌入在VWS2 LISP环境中的一组功能和数据。 它将部分设计（以VWS设计协议格式）作为输入，并生成用于铣削给定设计的一部分的过程计划。 一旦用户指定应该做什么，该模块就是全自动的。 流程计划存储在LISP环境中。 可选地，模块将以先前描述的格式中的一种或两种打印出计划的副本。 用户可以使用文本编辑器来编辑流程规划模块生成的流程图，如果需要的话。 生成过程计划的软件基于选择和排序加工操作的简单规则。 规则内置于软件中，不保存在单独的数据库中。 可以通过相对简单的例程创建计划的原因是VWS2设计协议是专门定制的，以促进流程规划。 方便流程规划的设计协议的主要特点是： 1.它是一种建构性的实体几何类型系统，其中原始体积的减法是允许的唯一操作。 2.协议中的每个原始卷（或特征）可以通过一个或几个常见的加工操作来产生。 3.参考功能的概念使得部分订购加工操作变得容易。 过程计划的标题很容易从用户提供的信息生成，并且在生成步骤之后，简单地从计划的步骤中提取工具需求列表。 第一个，第二个和最后一个步骤总是分别是“初始化计划”，“set0 corner”和“close plan”。 该系统假设零件要在铣床的台面上进行制作，并且对于虎钳适当地设置set0的角度参数。 计划的其余部分如下创建。将设计分为几级 一，设计分为两个层次。 可能只有一个级别或许多级别。 没有最大值，但是级别的数量不能大于功能的数量。 第一级包含所有没有参考功能的功能。 第二级包含所有参考功能处于前14级的功能。 第三级包含所有这些功能的参考功能在第二级，等等。 如果已经将参考特征的任何闭环放入设计中，则在将设计分为等级的过程中检测到该错误。 ASME部分有三个等级：1级包括功能1,4和5，2级包括功能2和6，3级仅包括功能3。 请注意，将要素分配到某个级别不是由特征的深度决定的。 例如，1级的功能1比2级的功能6更深。 通过为每个级别制作一个步骤子列表，然后将所有子列表按顺序附加在一起，将步骤列表放在一起。 这确保任何给定功能的参考功能将始终在给定功能之前进行。 由于功能总是符合其参考功能的轮廓，因此一旦参考功能完成，就可以确定从上方到功能的清晰访问。 有其他方法可以获得这种保证，但这似乎是合理的，并且已被实施。 将设计划分为多个层次也可以将问题降低到如何计划加工单一级别的问题。为每个级别生成步骤 在一个级别内，选择操作以使每个功能分两个阶段。 1.在特征数据库中命名的特征类型的操作选择功能选择进行主要特征的操作。2.对可选参数进行检查，表明它具有子功能。 如果找到这些参数，则每个子功能类型的操作选择功能选择用于进行子功能的操作。 除了孔特征之外，每个操作选择器只有一个选择加工操作来进行特征或次要功能。 每个操作选择器调用刀具选择器选择一个工具来执行操作。 表5总结了12个操作选择器和刀具选择器的动作。为每一步选择一个工具 一旦选择了操作，工具选择器首先根据操作和特征选择一种工具。 在所有情况下，选择工具类型都很简单。 接下来，它选择工具的直径（以及每英寸的螺纹数量）。 最后，它查看工具目录，并返回具有正确类型和直径的工具的名称，并适用于切割给定的材料。 如果目录中没有此类工具，则会返回错误消息。 在所有情况下，选择刀具直径很简单，除了制作轮廓凹坑和侧面轮廓。 刀具直径由以下特征决定：槽，轮廓槽，直槽，文字，孔（如果通过钻孔操作制成）和螺纹。 选择小于一定尺寸的目录中最大的工具：面铣，飞切和mill_pocket（上限由凹槽的拐角半径确定）。 倒角工具（0.375）和埋头孔（0.75）只有一个尺寸。 对于轮廓口袋和侧面轮廓，目录中最适合该功能最小角落的最大工具是暂时选择的。 然后生成切割特征轮廓所需的刀具路径，并检查刀具是否将切割当跟随该路径时不应切割的材料。 如果支票正常，则选择是最终的。 否则，尝试使用目录中的下一个较小的工具。 这一直进行到找到工作的大小。订购每个级别的步骤 接下来，需要对每个级别上的所有功能进行操作。 为了最小化刀具更换，当前版本的订购功能具有使用刀具类型的特定顺序：飞刀，面铣刀，立铣刀，球头铣刀，钻头，倒角，埋头孔，龙头。 在类型中，工具用于减小直径顺序。 已经考虑并可以实现用于排序操作的其他算法。 基于操作类型的排序算法早已实现，但舍弃了当前算法。 显然，任何排序算法都必须确保在子特征之前使其成为父特征。 在某些情况下，有一个优先的顺序来制作子功能（例如，在点击之前是锪孔）。添加其他项目到每一步 最后，如果用户要求加载速度，进给速率，缓冲器和通过深度（这四个作为一个包 - 该选项被称为“额外的项目”），这是为每个步骤完成的。 列表中添加了步骤号和先例步骤。 顺序分配先前步骤以强制顺序执行计划。限制 vws2工艺规划模块的方式在一个数量有限。其设计可以用VWS2设计协议表示的部件可以为其生成工艺计划。 由于设计协议假设所有功能都在零件的同一侧进行，所以需要在多个侧面加工的零件需要对每个加工面进行设计。 必须为每个设计制定单独的铣床加工计划，并且需要工作台级过程计划来控制铣床计划的顺序和切削之间的工件处理。 以这种方式制作非常复杂的部件是可行的，而且是乏味的。 自动过程计划员将为工具目录中找到适合直径工具（每英寸正确数量的丝锥，在抽头的情况下）的任何设计。 然而，过程计划人员假设该工具将始终足够长以完成该工作。 这通常不是一个正确的假设。 当数据执行模块运行时，验证子系统将捕获此类错误。 但在VWS2系统中没有重新设计功能，可能会尝试找到其他加工方法。 除了通过参考特征层次结构相关的特征之外，过程规划器没有关于特征之间的关系的概念。 如果口袋A完全包含在口袋B中（一个笨重的设计，可能是系统不排除的），计划者将计划制作两个口袋，只要只做外面的一个。 如果特征相交，系统生成的加工顺序可能不安全。 虽然VWS2系统在单独的加工操作（一个埋头孔，例如需要开孔操作和埋头孔操作）中使每个功能的每个功能都很舒适，并且可以适当地处理对置和中心钻孔，但是它不能处理 其他类型的制作功能在18多个加工操作中。 能够通过首先进行整理来制作大的特征将是很好的。 在加工操作列表中添加“铣刀袋”等操作并不困难，但是在数据执行模块中对此类操作的执行进行建模需要对该模块进行重大更改，并且尚未实施。 VWS2设计协议目前无法表达公差要求。 要表达公差是很好的，并且根据公差要求改变要做的功能所需的加工操作的选择。 目前在国家统计局进程规划项目中的工作，使用不同的设计协议，解决了这一需求12。 该系统在加工过程中不会产生切削力以及它们如何变形或断裂。 例如，如果通过铣削两个相邻特征导致薄壁，则系统不会检测到墙壁，并采取措施（如光切割）在墙壁周围小心加工。 过程计划员没有规定夹具。 它假设工件将被固定，以便可以执行计划的所有步骤。 验证子系统将通过定位来检测干扰，但是如前所述，不提供重新配置能力。致谢 海军制造技术计划部分支持NBS自动化制造研究设施。由Thomas Kramer博士进行的研究资助由国家标准局提供给天主教大学，授权号：60NANB5D0522和授权号：70NANB7H0716。免责声明 在本文中确定了某些商业设备和软件，以充分说明实验设施。 这种识别并不意味着国家标准局的推荐或认可，也不意味着设备或软件一定是目的最好的。引用1. McLean，Charles R.，“An Architecture for Intelligent Manufacturing Control”，Proceedings of Summer 1985 ASME Conference，1985年8月，Boston，Massachusetts，ASME。2. Nanzetta，P.，“更新：国家统计局研究设施解决小批量制造设置中的问题”，工业工程，1984年6月，第68-73页。3
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号