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PDM/PLM/CAPP |
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基于知识的轴类零件CAPP系统的实现 |
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作者：大连大学 于靖华 甄恒洲 崔艳龙 |
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摘要：讨论了创成式CAPP系统的工作原理及基于知识的轴类零件CAPP软件系统的开发，在介绍系统总体框架及相关的功能子模块的同时，详细叙述了系统软件的实现。对CAPP系统中零件信息描述和工艺决策逻辑等关键技术提出了切实可行的解决方法。
关键词：轴类零件；CAPP；创成式
1 前言
计算机辅助工艺规程设计(CAPP)是连接CAD/CAM的桥梁和纽带，是建立计算机集成制造系统(CIMS)的关键性技术环节。CAPP不仅能实现工艺设计自动化，而且能实现优化设计和动态设计，从而提高设计效率和设计质量，降低设计成本。因此，CAPP的研究、开发和应用，对改革我国工艺设计现状、促进企业的发展，提高企业的适应能力和竞争能力，有着重要作用。
2 系统总体设计
系统是采用创成式原理进行设计的。当输入零件的有关信息后，系统根据存储在计算机内的工艺数据库和加工知识库，应用各种工艺决策逻辑自动生成该零件的工艺规程，同时也可通过人机交互方式对工艺规程作编辑修改。
如图1所示，系统包含以下功能模块：
1)文件管理模块：管理和维护系统文件。包括对所完成的工艺文件存盘、调用、打印等模块。
2)零件特征信息提取模块：将零件的几何形状和技术要求转化为计算机识别的代码信息。包括表头信息模块、零件信息模块和毛坯图模块。
3)工艺过程设计模块：此模块主要完成大量工艺数据和加工知识的收集，根据工艺设计的基本原理建立工艺决策逻辑表，生成零件的工艺规程文件(工艺卡、工序卡、检验卡)，并可对其修改。其中包括了3个子模块：工艺知识子模块、工艺推理子模块和工艺生成子模块。
图1 系统总体框架图(系统主菜单)
4)数控加工仿真模块：对所设计的工艺方案自动生成NC代码，对其数控车削部分进行加工过程模拟，实现零件的软件试切过程。包括：NC代码模块和加工仿真模块。
3 系统软件的实现
3.1 零件特征信息提取与描述
零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，在计算机内部必须有一个专门的数据结构来对零件信息进行描述和传递，如何输入、描述和记录零件信息是CAPP最关键的问题。
系统采用型面描述法。这种描述方法把零件看作是由若干种基本型面按一定规则组合而成，每种型面用一组特征参数描述，并用相应的代码表示。每组型面对应着一组加工方法。零件信息包括总体信息(如零件名称、图号、材料等)、结构形状、尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求等方面的信息。如图2所示，即为轴类零件圆柱体型面信息的输入界面。
图2 圆柱体型面信息的输入界面
3.2 建立工艺决策逻辑
工艺决策是创成式CAPP系统的控制指挥中心，建立工艺决策逻辑是其核心问题。它的作用是：以零件信息为依据，按预先规定的顺序或逻辑，调用有关工艺数据或规则，进行必要的比较、计算和决策，生成零件的工艺规程。
1)建立工艺决策逻辑的依据
根据工艺设计的基本原理，总结生产实践经验，集中有关专家、工艺人员的智慧，建立工艺数据库和加工知识库，作为文件储存在计算机内。
软件系统在工艺过程设计模块的工艺知识子模块中，建立了加工方法库、工艺方案库、加工余量库、切削用量库、机床库、刀具库、以及工件材料库等数据库。采用表格、线图、公式、图形及格式化文本等表示。
2)工艺决策逻辑的实现方法
软件系统采用决策表的形式表达工艺逻辑关系。系统建立了内孔加工决策表、外圆柱体加工决策表、端面加工决策表等。决策表中，条件状态和决策行动使用高级语言中的选择控制结构编程。这部分工作由工艺过程设计模块中的工艺推理子模块完成。
3)工艺规程的生成及修改
软件分手工编辑和自动编辑两种功能来生成工艺卡片。在输入完零件信息后，若选择手工编辑，则系统直接进入图3所示的工艺卡片集成编辑界面，设计人员可根据系统所提供的工艺数据库和加工知识库在表中自行完成工艺路线的设计。若选择自动编辑，系统调用工艺生成子模块自动完成工艺规程设计，并可对其人机交互编辑修改，直至满意。
图3 工艺规程设计集成环境界面
工艺生成子模块提供一个良好的工艺卡片集成设计环境。该模块可对工序、工步、加工内容、机床、刀具、夹具、加工面尺寸、加工余量、切削余量等工艺数据进行集成设计。
工艺规程编辑好后，可调用系统文件管理模块对其保存、调用、输出及打印。
4)数控车削加工仿真
除了上述功能外，本系统还具备自动生成NC代码和数控车削加工仿真功能。能自动采集零件输入信息和加工信息，生成NC代码，将实际加工过程在计算机屏幕上显示出来。
3.3 软件系统特点
软件系统是采用VB设计的Windows应用程序，可实现人机实时交互设计，界面直观性很好，操作也简单易学，便于使用。主要有以下特点：
1)零件信息输入与描述采用型面描述法，对于轴类零件来说，可以用沿轴线方向的一维空间的一个坐标参数来描述，简单适用。
2)收集了大量的工艺数据和加工知识规则，建立了较完善的工艺数据库和加工知识库等数据库。
3)数据库采用链式数据存储结构，便于数据的增加与删除，适合动态变化的工程数据结构。在整个系统中，信息的记录、处理和交换是一致而有效的。
4)系统采用多种计算方法，包括优化设计方法，例如切削用量优化模块和工艺方案工序排列优化模块。
4 结束语
系统的开发是在创成式CAPP研究领域的探索与实践，这里提出的零件信息输入、工艺决策逻辑及工艺规程生成方法是行之有效的，充分体现了基于知识系统的创成式CAPP的设计方法和设计思想。系统采用可视化编程技术，人机交互性好，软件运行安全可靠，具有实用价值。
[参考文献]
[1]蔡颖，薛庆.CAD/CAM原理与应用.机械工业出版社，2002
[2]孔庆复.计算机辅助设计与制造.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997
[3]甄恒洲等.箱体类零件CAPP系统零件信息描述及处理.大连轻工业学院学报，2001，9(3)
[4]汪永明.计算机辅助工艺卡片集成系统研究.机械设计与制造，2001，12(6)
作者简介：于靖华(1963-)，女，辽宁大连人，大连大学副教授，工学硕士。(end)
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(11/20/2004) |
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