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CAPP中工艺装备选择系统 |
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作者：航空精密制造技术 郑联语 杜裴 |
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在机械制造企业中，工艺装备是完成产品零件从毛坯到成品全过程所需的加工、装配手段，它是产品制造过程中所用各种工具的总称，包括刀具、夹具、计量器具、辅具、模具、钳工工具和工位器具等，其中机械加工所用的工艺装备主要是前四项。准确无误的工艺装备信息是保证生产过程正常运行的必要条件，它是企业计划管理、生产调度和工装制造与采购的重要依据。随着CAPP、计算机辅助工艺管理在企业中的普及与应用，目前应用计算机进行工艺装备的选择与设计及相关报表的管理正在国内外广泛地开展，工艺装备（以下简称工具）选择已成为当前CAPP系统以及CAD/CAPP/CAM集成系统的一个重要组成部分，本文是三牙轮钻头CAPP系统[1]的一个子系统，采用关系数据库FoxPro为开发平台。
1系统设计
1.1设计思想
计算机辅助工具选择是自动工艺设计（CAPP）工作的重点和难点之一，尤其是对自动化程度较高的工序，如数控加工和柔性生产线工序，必须确保工具选择正确无误。它包括两方面的工作：一是确定各工序需要哪些工具项目，即工艺装备清单中组成夹具、刀具和量具（或测具）的有关元件或部件，如定位销、压板、刀片、刀杆、连接杆、卡规、板规等。二是选择或设计各工具项目的具体规格尺寸，即确定工具号。因为工装设计与管理部门对每种尺寸规格的工具一般都给予唯一的编号。工具选择可以采用与CAPP类似的方法、即派生法。生成法和混合法。从目前国内外相关研究看，要完全采用生成法自动完成工具选择，技术上难度大且结果难以符合实际要求，尤其是前一方面的工作，例如自动选择夹具元件项目时。就涉及到夹具构形设计与布局的技术问题。
事实上，很多企业的产品是系列化和专业化的，属批量生产环境，其工艺过程较稳定，各工序所需工具项目变化也较少，而大多只是它们的规格尺寸发生变化。针对这一特点，本系统运用成组技术的思想，将派生法和生成法相结合，采用一种基于工艺特征的混合式方法进行工具选择，即首先用派生法生成工具项目，其次根据工具选择规则自动选择工具号，最后以交互选择为辅助手段，能够快速生成工艺设计所需的工具清单（即工艺装备清单）。
1.2功能模块
系统的功能结构如图1。
图1系统总体结构
1.3信息模型
系统功能的实现必须有相应的信息支持q因此要建立系统的信息模型，它包括两大部分。工艺信息模型和资源信息模型：它们的具体内容分别见表1和表2。前者用于描述和表示CAPP系统所生成的动态工艺信息，后者用于描述和表示系统准备工作阶段所建立的静态资源信息。表1工艺信息模型
| 数据库名 | 数据库结构 | | 工艺过程库 | 零件号，工序号，工步号，设备型号，定位特征，夹紧特征，加工特征 | | 工艺尺寸库 | 工序号，工艺特征，尺寸名，尺寸值，上偏差，下偏差，基准 | | 工具清单库 | 工序号，工步号，工艺特征，工具类型，工具名称，工具号，规格，数量，计划申请，备注 |
表2资源信息模型
| 数据库名 | 数据库结构 | | 典型工装清单库 | 工序号，工步号，工艺特征，工具类型，工具名称，数量，变异特征码 | | 工具库 | 工具类型，工具名称，工具种类，工具号，参数1,参数2,…，参数10 | | 工具选择规则库 | 工具名称，工具种类，工艺特征，规则类型，规则约束表达式 |
其中，工艺特征是指工具在工件上的作用面，对于夹具是指相关的定位基准、安装面和夹紧面，对于刀具是指它们能加工的面，对于量具是指待测量面。由于某工具在相同或不同的工序中可能作用于不同的工艺特征，其选用规则也不一样，因此工艺特征信息是必不可少的。工具类型是指刀、夹、量三类。工具种类是指具体工具的分类，如定位销种类，刀片种类等。工具选择规则根据不同的工具种类建立，规则约束表达式表示了选择工具时的决策逻辑。典型工具清单库需综合现有工具清单而设计，其中变异特征码是派生筛选工具项目的条件。
2系统工作原理
工具选择过程如图2，分为4个阶段：生成工具项目，自动选择工具号，交互选择工具号和工具清单报表生成。
图2系统工作流程
2.1生成工具项目
采用派生法，根据某产品工艺过程中有关工序的工序号（代码），从典型工序清单库抽取相应工序的工具项目，并且通过匹配变异特征码剔除本产品不需要的工具项目，便得到该产品的临时工具清单库，此时它只有工具项目而无工具号。
2.2自动选择工具号
工具号根据工具选择规则和工艺尺寸从工具库中自动选择。工具选择规则库（刀、夹、量具规则库分别为CUTRULE、FIXRULE和GAGERULE）存放所有的工具选择规则。工具库（刀、夹、量具库分别为CUTTER、FIXTURE和GAGE）存放所有工具的各种尺寸或规格的工具元件。产品的工艺尺寸存放在工艺尺寸A库（DATA)。工具号的选择按刀夹量具分别处理，目的是提高速度和效率，它们的处理过程类似。其主要过程如下：
①从临时工具清单库中取一工具项目；
②从相应的规则库中，找出该工具的规则约束表达式；
③分析处理该规则约束表达式，找出它所涉及的全部工艺尺寸（包括特征名和尺寸名）；
④从工艺尺寸库中取出；
③中所有的工艺尺寸值及偏差；
⑤从相应的工具库中搜索与该工具项目名称相同且满足规则约束表达式的工具号。若成功，则将工具号记录并填入临时工具清单库，否则标记“申请设计”；
⑥重复步骤①～⑤直至临时工具清单库中所有工具项目处理完为止。
至此，具有工具号的临时工具清单库可存入工具清单库，亦可继续供交互选择时使用。
2.3交互选择工具号
提供了友好方便的选择界面，当选择工具清单中某工具项目后，系统自动过滤出相关的工具元件列表，同时可查看工具图、工序图、选择规则和相关工艺尺寸，以便人工选择正确的工具。选定某规格尺寸的工具后，工具号自动记录。
2.4 工具清单报表生成
选择过程最终产生的工具信息经校对和审核后存储到工艺数据库中，可根据工厂实际使用的格式，格式化打印输出工艺装备清单。
3应用
本系统已用于JZCAPP系统中，在江汉钻头厂（CIMS应用工程工厂）投入实际应用。结果表明，使用本系统后大大提高了工艺装备选择与管理效率，工艺文件一致性好。降低了生产成本。系统采用的基于工艺特征的混合式选择方法效率高，实用性好，适应性强。(end)
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(9/7/2006) |
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