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大型锻件CAPP系统开发及应用研究

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锻造在机加工行业中的地位十分重要，特别是大型锻件制造技术，是衡量一个国家工业实力的重要标志。工艺规程设计是机械制造生产过程中一项重要的技术准备工作，是产品从设计到制造的中心环节。长期以来，大型锻件锻造工艺规程主要依靠工艺人员手工进行编制，效率低、重复工作量大，规范性差。

随着CAD／CAM技术的不断发展，计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning，CAPP)作为两者之间的联系桥梁和纽带，是提高生产力、实现企业管理现代化的重要手段，大型锻件CAPP系统为减少工艺设计时间和设计费用，提高设计效率，降低对工艺设计人员的要求提供了一条良好途径。

从20世纪80年代开始，国内外对锻造CAPP系统开展了一系列应用开发研究，先后开发出冷锻工艺设计专家系统，钣金冲压工艺设计专家系统，模锻工艺设计系统，自由锻工艺设计系统等，为改变锻压工艺设计的落后面貌起到了积极的推动作用口。本文针对大锻件工艺设计的复杂性、特殊性，对大型锻件CAPP系统的关键技术进行了研究与分析，设计了锻造CAPP系统结构和模块功能，并分析了计算机辅助工艺设计系统在锻造工艺中的应用。

1 大型锻件CAPP系统开发关键技术研究

1．1 成组技术

成组技术是指建立在以相似性原理基础上合理组织生产技术准备和产品生产过程的一种方法，是将企业的多种产品、部件和零件，按照一定的相似性准则(如形状、结构、加工工艺等相似)分类编组，合理地组织生产各个环节的一种组织管理技术。锻造是一种通用性很强的工艺方法，他所锻出的锻件多种多样，形状各异。为了便于安排生产和编制工艺规范，需要运用成组技术对锻件进行分类。根据实际锻件的结构特点，将锻件分成了如下类别：法兰类、座类、直轴类、曲轴类、盘套类、块类、钩环类等。

锻件进行分类后，在系统软件实现时，对于同一类别锻件可采用相同的参数表达形式，以实现零件CAD信息的参数化输入。在系统中各个锻件类别都设定相应编码，系统通过这个编码来调用相应的模块代码。以实现该类锻件的工艺规程的编制。

1．2 专家系统技术

专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。专家系统通常是由知识库、推理机、知识获取部分和解释界面4个主要部分构成，其中知识库和推理机是专家系统的核心部分。大型锻件CAPP系统的建立离不开专家系统技术。大型锻件CAPP系统的知识库就是将锻造工艺手册和各种标准中的工艺信息以及工艺专家经验用数据库的形式表达出来，以被推理机随时调用。锻造CAPP系统的推理机是控制和协调整个专家系统工作的机构，它从知识库中提取基本数据，按照特定的推理策略和顺序，对这些原始数据进行加工处理，以获得最终工艺数据。

1．3 数据库技术

就锻造CAPP系统而言，数据库技术要解决的主要问题包括：如何从数据库中获取数据知识、如何对获取的数据知识进行修订、如何备份和恢复数据记录以及如何将数据信息汇总等。根据大型锻件锻造的实际情况，将数据库系统分为3个独立的子系统，即：工艺模板数据库系统、专家系统数据库系统和工艺文件数据库系统。工艺模板数据库用于存放工艺卡片模板信息，专家系统数据库存放的是各类工艺参数、判断条件等信息，工艺文件数据库用于存放工艺文件信息。

2 大型锻件CAPP系统结构

2．1 基本设计思路

锻造工艺的生成，是技术人员通过查询各种手册和标准获取基本数据信息，然后根据所掌握的经验公式及判断准则，进行分析和计算的一个复杂过程。CAPP系统的工作就是通过数据库技术将各种手册和标准转化成知识库，把技术人员长期积累的各类经验公式和判断准则，用数学的方式描述出来构成系统的推理机制。并把以上烦杂的过程通过程序的方法智能地实现。

大型锻件CAPP系统的体系结构和模块组成如图1所示。系统将实现如下的功能：产品输入与特征识别，零件工艺性分析，毛坯自动计算，工艺分析推理，工艺分析决策优化，自动化工艺卡文档生成等。

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图1 CAPP系统总体框图

2．2 主要功能模块

2．2．1 特征识别模块

CAPP系统所需的零件信息包括零件几何信息和工艺信息2部分。其中零件几何信息是指描述零件几何形状特征的信息，而零件工艺信息是指生成工艺规程所需的非几何信息，如生产批量、零件材料、表面粗糙度和热处理要求等。对于采用CAD模型表示的产品，只具有该零件的几何信息，需要通过特征识别技术，建立完整的产品模型信息。包括：通过输入和自动识别，确定产品中包含的所有工艺特征及其关键特征参数(几何形状、尺寸精度)；获取其他基本信息：材料规格、产量、零件厚度、技术要求等；采用数据库表结构储存此类信息。在输入工艺特征后，根据事先建立的工艺规则进行工艺性自动判断。

2．2．2 工艺决策系统

包括工艺方案的确定和工序图的生成2大部分。工艺方案主要包括确定所需要的加工工序及其先后顺序。锻件的加工方案制定与很多因素有关，尤其依赖于经验与实例，同时也应该充分利用模拟软件，在保证成型质量和模具寿命的前提下，最大限度减少工序数目。

基于上述思路，在系统开发实施中，将提供数据库实例智能检索功能和专家知识库辅助设计人员确定工艺路线和工艺方案，由用户交互确认成型的各工序及其顺序方案草案。通过2次开发的辅助功能迅速生成FEM所需的中间工序凸、凹模形状，以便通过FEM通过局部逆向模拟出中间工序图；必要时中间工序的成型质量还可通过增量成型软件正向模拟验证，确定最终的工艺方案。工序规则库的归纳将依据各种加工成型的工序，总结现有资料后提取。工艺规划规则在系统内的表达将采用KBE方式表达。

2．2．3 工艺卡生成与信息管理

企业工艺卡具有标准格式，第1道工序的表头和其他工序的表头不一。需填内容一般包括：工序名称、工序简图、设备名称及型号、工装及量具、辅助材料、工时定额、操作人数等。各工序简图要标注关键尺寸。在CAD环境下通过调入相应工序图编辑和标注，生成工艺卡所需的工序简图。其他派生信息采取自动填入用户认可方式，但对于难于判定的信息，则根据数据库信息，由用户通过输入界面选择填入。

3 大型锻件CAPP系统应用实例

下面以台阶轴的工艺编制为实例，具体说明锻件CAPP系统在实际工作中的应用情况。图2是应用锻造CAPP系统所生成的工艺卡片。

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4 结语

本文通过对CAPP系统的研究，探索了大型锻件CAPP系统的总体结构，研究了系统实现的各项关键技术以及主要功能模块，分析了CAPP系统在工程中的应用。研究表明，运用CAPP技术自动生成大型锻件工艺规程，可以大大缩短工艺规程的编制时间，提高设计效率，对企业的标准化、信息化和自动化工作有较大的促进作用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/9/2009)


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