鈑金加工計算機(jī)輔助工藝系統(tǒng)研究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在機(jī)械制造的領(lǐng)域當(dāng)中，鈑金加工有著逐漸關(guān)鍵的作用，鈑金加工的CAPP制造屬于一個極其重要的理念，這個理念可以大大減少成本，還可以對生產(chǎn)效率與生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行有效的提高。在本文中，簡單分析了研究鈑金CAPP的目的與意義，闡述了鈑金CAPP主要研究的內(nèi)容與解決的問題，還描述了鈑金CAPP總體的設(shè)計和開發(fā)原型系統(tǒng)的相關(guān)流程。

關(guān)鍵詞：鈑金加工；CAPP；工藝設(shè)計；原型系統(tǒng)

一、前言

近年來，我國計算機(jī)行業(yè)迅速發(fā)展，開始從單一的數(shù)學(xué)等領(lǐng)域逐漸影響到電子、機(jī)械等行業(yè)，并且通過一系列軟件設(shè)計帶動機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展。針對于機(jī)械制造行業(yè)而研發(fā)的計算機(jī)輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、信息化、智能化的方向發(fā)展，對于鈑金行業(yè)發(fā)展的帶動作用尤為明顯。

二、針對于計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢的探究

1、計算機(jī)輔助工藝設(shè)計發(fā)展?fàn)顩r

早在60年代計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（CAPP）就已出現(xiàn)，但是開始時叫做AUTOPROS。而對于生產(chǎn)生活影響最大的CAPP系統(tǒng)是在1976年由一個國際性的組織研制成功的，這一系統(tǒng)的出現(xiàn)使計算機(jī)走進(jìn)生產(chǎn)線，借助計算機(jī)對零件進(jìn)行設(shè)計，以及生成零件加工的工藝過程大大的促進(jìn)了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過法國人研制的GARI、日本研制的CIMS等過程發(fā)展為現(xiàn)在的計算機(jī)輔助工藝設(shè)計軟件。CAPP在我國起步相對較晚，但是經(jīng)過近年來的研究也取得一定成績，并且開始由最初的僅僅在網(wǎng)絡(luò)研究發(fā)展到現(xiàn)在對于世紀(jì)生產(chǎn)的應(yīng)用。其中最杰出的代表應(yīng)該是由西北工業(yè)大學(xué)研制的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)以及眾望公司等生產(chǎn)的CAPP系統(tǒng)。

2、CAPP發(fā)展趨勢

計算機(jī)輔助工藝設(shè)計逐漸向集成化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化的方向不斷發(fā)展。

第一，集成化發(fā)展。在原始的計算機(jī)輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)是相對獨立的，每個部門之間不能互相采用對方的文件，這也就導(dǎo)致了人類在進(jìn)行設(shè)計時要不斷輸入初始條件等信息，工作量過于繁雜，另外，各部門之間獨立也導(dǎo)致了設(shè)計產(chǎn)品有時產(chǎn)生矛盾，缺乏連貫性。針對上述問題，現(xiàn)在的CAPP系統(tǒng)一般集成了CAM以及CAD系統(tǒng)，內(nèi)部之間可以進(jìn)行信息交換，大大節(jié)省了工作量和設(shè)計誤差。

第二，智能化發(fā)展。而智能化的目的就在于將人類的決策作用逐漸交由計算機(jī)獨自完成，使其自動化程度更高。這其中主要包括工藝知識的采集、工藝路線的確定以及工藝參數(shù)的生成等。

第三，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。上述集成化是針對于某個行業(yè)內(nèi)部的信息交流，而網(wǎng)絡(luò)化要實現(xiàn)的就是各行各業(yè)在技術(shù)、工藝等各方面的信息流通。使技術(shù)不再僅僅局限于一個領(lǐng)域，促進(jìn)各行各業(yè)的全面發(fā)展。

三、鈑金計算機(jī)輔助工藝系統(tǒng)的意義

一般情況下，鈑金所包含的零件基本上都是部件或設(shè)備的面板，所以鈑金零件的加工質(zhì)量會很大程度上影響產(chǎn)品設(shè)備質(zhì)量以及產(chǎn)品外觀，如果想要得到質(zhì)量較高的鈑金零件，那么就應(yīng)該采用高效率、高能力以及高質(zhì)量的加工設(shè)備、加工工藝與加工方法。現(xiàn)階段，我國大部分的鈑金加工設(shè)備基本都是數(shù)控折彎、數(shù)控剪床以及數(shù)控沖床等一些比較先進(jìn)的設(shè)備。

然而，鈑金工藝的設(shè)計作為鈑金零件制造與鈑金零件設(shè)計之間的有效連接，其中關(guān)鍵步驟還應(yīng)該憑借相關(guān)設(shè)計人員的手工操作來實現(xiàn)。例如，在進(jìn)行鈑金工藝規(guī)劃時，車間工作人員應(yīng)該對鈑金件展開件的實際外形尺寸進(jìn)行計算，之后按照計算出來的結(jié)果確定小料的尺寸。因為個人工作經(jīng)驗的局限性、手工操作的低效率性以及多樣性等原因，鈑金加工工藝過程的優(yōu)化與標(biāo)準(zhǔn)化過程難度相當(dāng)大，根本不能有效滿足逐漸縮短新產(chǎn)品更新周期的要求，造成成本很高、重復(fù)性勞動較多、工作量比較大、很難保證工藝設(shè)計的一致性以及加工的周期過長等一系列的問題，無法滿足現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的實際發(fā)展需求。

除此之外，相關(guān)工作人員不能很好的把握鈑金零件塑性變形等基本機(jī)理，鈑金零件設(shè)計人員在進(jìn)行鈑金工藝設(shè)計時，一般按照自身工作經(jīng)驗或者公認(rèn)的經(jīng)驗公式、理論。積累這些經(jīng)驗需要漫長的時間，而且精確性得不到保證，這會導(dǎo)致鈑金工藝水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于制造與設(shè)計水平，最終嚴(yán)重影響鈑金生產(chǎn)效率。現(xiàn)階段，實現(xiàn)鈑金工藝設(shè)計的實用性、標(biāo)準(zhǔn)化與智能化已經(jīng)變成了一個迫切應(yīng)該解決的主要性任務(wù)。計算機(jī)輔助工藝系統(tǒng)基本框架（如圖1所示）。

圖1 CAPP的基本框架

四、鈑金CAPP應(yīng)解決的主要問題

第一，建立鈑金零件的模型以及對相關(guān)信息進(jìn)行詳細(xì)描述。這些基本都是后續(xù)相關(guān)工作的基礎(chǔ)以及前提。第二，提取鈑金件模型中包含的完整信息。當(dāng)將一個鈑金模型打開之后，能夠在模型當(dāng)中獲得實際需要的所有信息，例如零件圖號、材料代號、材料規(guī)格以及零件名稱等等。第三，建立完善的鈑金工藝知識庫。建立該知識庫會在一定程度上涉及加工設(shè)備信息、加工操作工作人員信息、量夾具信息以及加工工藝流程等信息。第四，解決各個系統(tǒng)模塊之間的數(shù)據(jù)交換問題。第五，實現(xiàn)工藝結(jié)果輸出，在該階段當(dāng)中可以有效生成面向數(shù)控設(shè)備以及面向普通設(shè)備的工藝卡片。

五、鈑金CAPP主要的研究內(nèi)容

首先，使用Pro/E等軟件構(gòu)建鈑金零件幾何造型。在軟件中應(yīng)包含鈑金設(shè)計基礎(chǔ)以及專門模塊，包含的內(nèi)容具體表現(xiàn)為折彎、要素的生成、表格的修改、選擇非折彎與折彎的特征、對鈑金零件進(jìn)行二維展開等各種具體的功能；其次，運用Access軟件完成鈑金工藝數(shù)據(jù)庫的建立，根據(jù)VB軟件來開發(fā)相應(yīng)的軟件。對鈑金CAPP的各個模塊分別進(jìn)行設(shè)計，在VB的大環(huán)境之下實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的讀取、創(chuàng)建以及修改；最后輸出工藝的結(jié)果，設(shè)計輸出的工藝結(jié)果主要包含兩個部分，分別為生成工藝流程以及形成輸出工藝卡片文檔。按照實際的鈑金加工特點來整理鈑金零件的實際加工流程，并將其建立成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，另外還應(yīng)該建立包含全部工藝信息以及零件信息的一個Word模版。之后再利用VB來建立相應(yīng)的模塊匯總庫中存在的工藝信息以及提取出來的零件信息，通過合理的組合最終形成完整的鈑金件加工流程，并且將該信息在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中進(jìn)行存檔。VB編程能夠?qū)⒁呀?jīng)生成的零件信息以及工藝流程輸出到相應(yīng)的模版當(dāng)中并形成電子文檔。

六、鈑金CAPP總體設(shè)計的詳細(xì)分析

設(shè)計鈑金CAPP的具體步驟如下：

第一步，通過Pro/E完成鈑金件建模。利用Pro/TOOLKIT中的應(yīng)用程序，將調(diào)入Pro/E的三維模型參數(shù)傳遞與修改，并實現(xiàn)參數(shù)的更新，最終得到新的鈑金件三維模型，傳遞三維模型參數(shù)的過程【2】（如圖2所示）。

圖2 程序參數(shù)的傳遞

第二步，通過VB的編程提取鈑金模塊當(dāng)中的相關(guān)信息。

第三步，通過Access對鈑金加工的工藝信息以及零件信息建立相應(yīng)的信息庫。

第四步，根據(jù)VB實現(xiàn)鈑金CAPP軟件各個界面的初步建立，同時實現(xiàn)界面與數(shù)據(jù)庫的連接。

第五步，借助Word建立鈑金件的加工工序模版。

第六步，通過VB編程提取模型信息、加工工藝模塊以及數(shù)據(jù)庫之間的集成所輸出的工序卡片。

七、詳細(xì)分析開發(fā)原型系統(tǒng)的具體流程

1、鈑金件模型庫的建立

根據(jù)API函數(shù)控制程序打開鈑金模型庫，并調(diào)用其中的鈑金件模型，將所需的鈑金件參數(shù)輸入后，完成鈑金參數(shù)更新即可得到新鈑金件。實現(xiàn)鈑金件模型庫建立的第一步是繪制三維模型，然后將其展開。一般而言，Pro/E可以實現(xiàn)絕大多數(shù)鈑金件的模型搭建，本文將介紹繪制難度較大的三通管。由于三通管屬于相貫鈑金件，通過鈑金模塊很難完成。首先通過Pro/E完成三通管實體模型構(gòu)建（如圖3所示），借助Pro/E里“應(yīng)用程序→鈑金件”可以把完成的實體模型轉(zhuǎn)變成三通管鈑金模型（如圖4所示）。通過上述得到的鈑金件無法直接展開，因此在展開之前應(yīng)使用縫特征以及剪切命令將圖4的封閉模型人為切分開，然后才能進(jìn)行展開。

圖3 三通管實體模型

圖4 三通管鈑金模型

實現(xiàn)參數(shù)化建模應(yīng)確保零件形狀一定，尺寸根據(jù)參數(shù)發(fā)生改變。使用盡可能少的參數(shù)控制模型尺寸，可以有效簡化參數(shù)化過程。建模時應(yīng)多采用對稱、平行等技巧減少參數(shù)數(shù)目。在三通管建模的參數(shù)化過程中，僅需橫向的軸向長度、直徑、定位尺寸、厚度，以及斜向的長度、直徑以及傾角7個參數(shù)即可準(zhǔn)確得到模型尺寸。

2、設(shè)計鈑金加工相關(guān)工藝的生成模塊

首先，設(shè)計窗口的主界面。在鈑金CAPP的整個系統(tǒng)當(dāng)中這個界面屬于各個板塊最終集成的結(jié)果，主要包含的內(nèi)容有：鈑金工藝的生成以及輸出的相應(yīng)模塊、提取鈑金零件的相關(guān)信息的模塊、打開鈑金模型的模塊以及對信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)的模塊等。主要包含的窗口界面具體為：顯示工藝圖的部分、控制各個命令的部分、顯示工藝流程圖的部分以及控制菜單的部分，系統(tǒng)主界面（如圖5所示）。

圖5 系統(tǒng)主界面

其次，設(shè)計生成鈑金工藝的窗口。在該窗口當(dāng)中主要包含的內(nèi)容具體為：填寫工序的相關(guān)信息的部分、連接數(shù)據(jù)庫的部分、填寫零件相關(guān)信息的部分、顯示并編輯工藝過程的部分。下面以折彎工藝模塊長度折彎計算為例介紹。折彎工藝模塊界面（如圖6所示）。

圖6 折彎工藝模塊界面

折彎件的展開長度是設(shè)計過程中的重點，必須在折彎工藝前精確地計算出折彎件展開尺寸，確定孔的位置與尺寸。折彎展開的計算方法通常采取三種形式，根據(jù)圓角R大小不同可以分為R<0.5t、R>0.5t和直角折彎三種情況，其展開長度計算界面（分別如圖7～9所示）。

圖7 R<0.5t時展開長度計算界面 圖8 R<0.5t時展開長度計算界面

圖9 直角折彎時展開長度計算界面

3、設(shè)計輸出工序卡片的模塊

在該研究的實際過程當(dāng)中，應(yīng)該對鈑金零件加工的相關(guān)工序卡進(jìn)行自動的生成，工序卡包含的內(nèi)容有三個部分，主要為：加工工藝的信息、工序圖以及零件信息。模塊化工藝流程圖（如圖10所示）。

圖10 模塊化工藝流程圖

首先，對相關(guān)的工序卡片的Word模板進(jìn)行建立完善。該模板主要包含的內(nèi)容有：工序圖部分、工序信息部分以及零件信息部分【3】。繪制出相應(yīng)的表格并在其中將需要進(jìn)行代替的項進(jìn)行填寫，例如材料的規(guī)格、材料的代號、材料的圖號、課題的代號以及工作的令號等，同時還應(yīng)該為工序圖以及工藝過程預(yù)留出相應(yīng)的單元【3】。

其次，設(shè)置VB當(dāng)中的OLE。在VB當(dāng)中對OLE進(jìn)行設(shè)置，利用ADO以及Application來實現(xiàn)生成工序卡的過程。應(yīng)該保證與Word的鏈接，實現(xiàn)對該模板的有效調(diào)用。

最后，添加模板當(dāng)中的信息。通過VB編程對相關(guān)的工藝信息以及零件信息在Word模型中實現(xiàn)快速查找以及準(zhǔn)確替換，利用相應(yīng)的一些工藝信息以及零件信息來對模板當(dāng)中的初始值進(jìn)行直接的替換，這些工藝信息以及零件信息主要包括的內(nèi)容具體如下：課題的代號、零件的圖號、實際日期、零件的名稱、數(shù)量、工作相關(guān)令號、工作人員以及材料的規(guī)格等一些內(nèi)容【3】。一般板材零件及工序（如圖11、12所示）。

圖11 一般板材類零件

圖12 板材類零件的一般工序

八、結(jié)束語

總的來說，零件（產(chǎn)品）工藝數(shù)據(jù)是鈑金零件的計算機(jī)輔助系統(tǒng)的一個主要的中心，綜合了信息管理以及工藝設(shè)計，屬于人機(jī)交互式的一個應(yīng)用框架系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以有效、方便的實現(xiàn)鈑金工藝設(shè)計的實用化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及智能化。

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