在CAPP20多年的發(fā)展歷史中,發(fā)表的論文已有數(shù)百篇,但其中大多數(shù)是介紹某一特定的CAPP系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中大多數(shù)屬于派生式系統(tǒng),只是最近幾年半創(chuàng)成式和創(chuàng)成式系統(tǒng)才較多地開(kāi)發(fā)出來(lái)。工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化是當(dāng)前CAPP研究熱點(diǎn)之一。本文針對(duì)滾動(dòng)軸承的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析,給出一種實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化的方法。
1 滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單相對(duì)于其他機(jī)械產(chǎn)品,滾動(dòng)軸承的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單,主要的結(jié)構(gòu)就是4大件:內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架,外形亦不復(fù)雜。這4大件的加工工藝比較簡(jiǎn)單,工藝種類不多,也不復(fù)雜。主要的工藝包括鍛造工藝、材料定額工藝、車削工藝、磨削工藝、熱處理工藝、工裝設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)和量具設(shè)計(jì)。
(2)加工工藝相似度較高軸承從形狀、功能和結(jié)構(gòu)來(lái)看相當(dāng)簡(jiǎn)單,并具有很大的相似性。但實(shí)際上其種類不少,從規(guī)格和品種來(lái)看卻非常繁雜。所幸其系列化標(biāo)準(zhǔn)化程度高,生產(chǎn)工藝比較成熟和規(guī)范,同一系列的同一類軸承件,其工藝過(guò)程基本相同。
(3)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)最主要的工作就是工藝參數(shù)的計(jì)算,并且所有參數(shù)都可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)驗(yàn)公式和規(guī)則來(lái)確定。工藝卡片模式統(tǒng)一化程度高。
2 滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化
2.1系統(tǒng)原理
鑒于滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn),完全可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化。滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)的主要工作是工藝參數(shù)計(jì)算、工藝方案制定、設(shè)備選取、工裝的選用和工藝卡片的繪制。其中,工藝參數(shù)可以通過(guò)查表或者公式計(jì)算得到。而在滾動(dòng)軸承的工藝設(shè)計(jì)中,查表的規(guī)則種類不多,參數(shù)的計(jì)算公式亦不復(fù)雜,所以實(shí)現(xiàn)把參數(shù)計(jì)算的方法存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中并在使用時(shí)取出并進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程并不困難。滾動(dòng)軸承的加工工藝方案種類不多,并且每種工藝方案的加工步驟都比較固定,一般變化的只是加工的參數(shù)。加工方案的選擇是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和外形尺寸來(lái)進(jìn)行的。因此可以把所有的加工方案和選用規(guī)則存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中,并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候根據(jù)規(guī)則來(lái)選取。設(shè)備的選取與加工方案的選用比較類似,很容易建立加工設(shè)備和選用規(guī)則庫(kù)。工裝的選用是根據(jù)加工方案以及外形尺寸來(lái)確定的,所以可以建立工裝的選用關(guān)系庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)工裝的選用規(guī)則。對(duì)于工藝卡片的繪制,滾動(dòng)軸承的工藝卡片種類不多,并且每類卡片的形式比較固定,所以可以為每類卡片制作一個(gè)模板,保存到模板庫(kù)中,然后在繪制的時(shí)候把工藝信息填到模板中相應(yīng)的地方就可以得到完整的工藝卡片。
綜上所述,可以通過(guò)建立公式庫(kù)、規(guī)則庫(kù)以及模板庫(kù)的方法,把滾動(dòng)軸承的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程信息化。配合適當(dāng)?shù)墓接?jì)算和規(guī)則解析模塊,就可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化。圖1為系統(tǒng)的原理圖。
2.2工藝知識(shí)庫(kù)建立和使用
公式庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和模板庫(kù)統(tǒng)稱知識(shí)庫(kù),是工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心部分。知識(shí)庫(kù)的建立和使用是系統(tǒng)的關(guān)鍵。
知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則表示方式有很多種,IF-THEN規(guī)則就是一種常見(jiàn)的表示方式。這里使用的方法為IF-THEN規(guī)則的擴(kuò)展規(guī)則,使用與計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言兼容的表達(dá)式來(lái)定義。定義計(jì)算公式使用的是支持函數(shù)的四則運(yùn)算表達(dá)式,而定義規(guī)則使用的是邏輯表達(dá)式。同時(shí),為了方便系統(tǒng)程序的處理,使用的參數(shù)變量的命名方法和一般高級(jí)語(yǔ)言的命名規(guī)則相同,而不是用中文來(lái)表示。使用與高級(jí)語(yǔ)言兼容的表達(dá)式,可以使用很多現(xiàn)有的表達(dá)式求值庫(kù)來(lái)對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行處理,從而降低了開(kāi)發(fā)的工作量,也可以提高知識(shí)庫(kù)的可讀性。
例如,預(yù)先定義零件外徑的名稱為Dw0,鍛件外徑為dgDw0,鍛件外徑留量為dgLLw,則在公式庫(kù)中,鍛件外徑的計(jì)算公式為Dw0+dgLLw。計(jì)算公式中可以包括常見(jiàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)和自定義函數(shù)。利用自定義函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能。例如把查表的規(guī)則分類,為每一類規(guī)則定義一個(gè)自定義函數(shù)。在某項(xiàng)數(shù)據(jù)需要查表的時(shí)候,只需把相應(yīng)的表名、列名和條件等信息傳給相應(yīng)的查表函數(shù),就可以返回查表的結(jié)果。通過(guò)這種方法,可以把查表操作融合到計(jì)算公式中,方便知識(shí)庫(kù)的定義。把所有工藝參數(shù)的計(jì)算公式保存到公式庫(kù)中,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候把公式提取出來(lái)并求值,就可以得到所要的結(jié)果。并把結(jié)果保存到工藝設(shè)計(jì)結(jié)果庫(kù)中,即可自動(dòng)完成所有工藝參數(shù)的計(jì)算。在待確定信息和確定方法一一對(duì)應(yīng)的時(shí)候,可以使用公式定義的方式定義到公式庫(kù)中。但如果某項(xiàng)信息在不同的條件下會(huì)有不同的結(jié)果時(shí),就要用到了規(guī)則庫(kù)。例如滾動(dòng)軸承套圈鍛造工藝的工藝方案的確定,一般是根據(jù)套圈的外徑(Dw0)、內(nèi)徑(Dn0)、厚度(B0)和重量(Q0)來(lái)確定。這時(shí)可以為每一種工藝定義一個(gè)適用條件和一個(gè)優(yōu)先級(jí)。使用條件為一條邏輯表達(dá)式,如果表達(dá)式的值為真的話,則表示該方案適合使用。優(yōu)先級(jí)是用來(lái)在有多個(gè)方案都滿足條件的時(shí)候優(yōu)先采用的方案。表1為示意的滾動(dòng)軸承套圈的鍛工工藝方案選擇規(guī)則表。
通過(guò)解析適用條件的邏輯表達(dá)式,即可自動(dòng)確定應(yīng)該采取的加工方案。
模板庫(kù)中保存的是各種工藝卡片的模板。模板可以使用各種格式的文檔,如Word文檔或AutoCAD的DWG文檔。模板實(shí)際上就是一張空白的工藝卡片。把模板文檔和該模板對(duì)應(yīng)的使用條件保存到模板庫(kù)中,在需要輸出工藝卡片的時(shí)候,根據(jù)所要輸出的卡片的信息選擇合適的模板。并把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的工藝數(shù)據(jù)填入到模板中相應(yīng)的地方,就可以得到所需的工藝卡片。這個(gè)過(guò)程也可以在不須人工干預(yù)的條件下自動(dòng)完成。
2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)是采用創(chuàng)成式原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)獲取到相應(yīng)的零件信息之后,系統(tǒng)根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝規(guī)則庫(kù),應(yīng)用各種工藝決策邏輯并自動(dòng)生成該零件的工藝規(guī)程,同時(shí)也可通過(guò)人機(jī)交互的方式對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行編輯修改。系統(tǒng)總體框架如圖2所示。
3 應(yīng)用實(shí)例
在西北軸承集團(tuán)的NXZ-CAPP工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,充分利用了這項(xiàng)技術(shù),并取得了較好的效果。通過(guò)知識(shí)庫(kù)管理界面定義和創(chuàng)建知識(shí)庫(kù)之后,系統(tǒng)根據(jù)從CAD中獲取的零件信息,自動(dòng)創(chuàng)建零件的相應(yīng)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。工藝人員通過(guò)向?qū)У哪Ｊ?一步一步地完成各項(xiàng)工藝的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算工作都是自動(dòng)完成的,工藝人員可以看到各項(xiàng)計(jì)算的結(jié)果,也可以手動(dòng)修改各項(xiàng)結(jié)果。
下面通過(guò)具體的實(shí)例來(lái)說(shuō)明關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。以套圈的鍛工工藝為例,圖3為工藝設(shè)計(jì)流程圖。
用表1中的工藝方案規(guī)則,方案"半胎膜自由鍛"和"0.5t錘-Ф250輾環(huán)"都符合條件。但方案"0.5t錘-<250輾環(huán)"的優(yōu)先級(jí)較高,所以使用加工方案是/0.5t錘-<250輾環(huán)"。
在計(jì)算很多工藝數(shù)據(jù)的時(shí)候,除了要使用從CAD系統(tǒng)中得到的數(shù)據(jù)之外,還要使用到其他工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。所以計(jì)算的時(shí)候要根據(jù)先后順序來(lái)進(jìn)行,先計(jì)算都已知的工藝參數(shù),再利用已經(jīng)計(jì)算出來(lái)的工藝參數(shù)去計(jì)算其他未知的工藝參數(shù)。在建立知識(shí)庫(kù)的時(shí)候應(yīng)該指定參數(shù)的計(jì)算順序。例如鍛件外徑的計(jì)算公式為Dw0+dgLLw,Dw0已知,要計(jì)算就要先確定鍛件外徑留量dgLLw。而dgLLw是通過(guò)查表得到的。得到dgLLw后,就可以計(jì)算鍛件外徑。
4 結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)滾動(dòng)軸承工藝設(shè)計(jì)的特點(diǎn),探討了實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化的方法,并開(kāi)發(fā)出了實(shí)用的CAPP系統(tǒng)。采用該系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承鍛工、材料定額、車加工、磨加工、熱處理和工裝等工藝的自動(dòng)化設(shè)計(jì),自動(dòng)完成工藝規(guī)程。應(yīng)用工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化,提高了工藝設(shè)計(jì)的效率,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。不足之處是工藝知識(shí)庫(kù)是各個(gè)企業(yè)的秘密,需要為每個(gè)企業(yè)建立各自的知識(shí)庫(kù)。
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