創(chuàng)成式CAPP在數(shù)控加工中的應(yīng)用
工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是工廠工藝部門(mén)的一項(xiàng)經(jīng)常性技術(shù)工作, 是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的第一步, 也是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的中間環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)一直是由具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工藝工程師擔(dān)任。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)( CAPP )大量取代工藝工程師繁重的重復(fù)勞動(dòng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在機(jī)械制造領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用, 為工藝過(guò)程設(shè)計(jì)提供了理想的工具。CAPP上與CAD 相接,下與CAM 相連,從而形成了一種新型的現(xiàn)代的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。CAPP系統(tǒng)按其工作原理可分成3 種形式: 檢索式、派生式、創(chuàng)成式。這三種形式的基礎(chǔ)是零件工藝的三種類型: 標(biāo)準(zhǔn)工藝、典型工藝、生成工藝。其中,創(chuàng)成式CAPP 的計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)最為復(fù)雜。
創(chuàng)成式CAPP 又叫生成式。它與派生式CAPP 不同,不以對(duì)典型工藝的檢索和修改為基礎(chǔ)。它是根據(jù)輸入的或者是直接從CAD 系統(tǒng)獲得的零件信息, 依靠系統(tǒng)中的工藝數(shù)據(jù)和決策方式自動(dòng)生成零件的工藝過(guò)程的系統(tǒng)。根據(jù)具體零件,系統(tǒng)能自動(dòng)產(chǎn)生零件加工所需的各個(gè)工序和加工順序, 自動(dòng)提取制造知識(shí), 自動(dòng)完成機(jī)床選擇、工夾量具選擇和加工過(guò)程最優(yōu)化; 通過(guò)應(yīng)用工藝決策邏輯, 可以模擬工藝設(shè)計(jì)人員的決策過(guò)程。創(chuàng)成式CAPP工藝設(shè)計(jì)可完成復(fù)雜的多層次、多任務(wù)的決策過(guò)程。它涉及到選擇、計(jì)算、規(guī)劃、繪圖以及文件編輯等工作。
創(chuàng)成式CAPP 系統(tǒng)不以標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程為基礎(chǔ), 而是從零開(kāi)始由軟件系統(tǒng)根據(jù)零件信息直接生成一個(gè)新的工藝規(guī)程。當(dāng)系統(tǒng)選擇了零件各個(gè)表面的加工方法以及安排了加工順序后,就要進(jìn)行詳細(xì)的工序設(shè)計(jì)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床上加工的零件更為重要。創(chuàng)成式CAPP在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件的數(shù)控加工的過(guò)程大體有以下幾個(gè)流程:
1. 切削表面加工方法的選擇
加工方法選擇實(shí)際上是將零件信息與工廠的加工能力信息進(jìn)行匹配的過(guò)程。零件是由許多表面組成的,往往包含有多種典型的切削表面, 如外圓、孔、槽、平面、成形表面等等。對(duì)于每一種典型切削表面,均可列出各種加工方法所能達(dá)到的精度及表面粗糙度。因此,在識(shí)別或理解了零件切削表面的信息后,便可根據(jù)具體情況,選擇最合適的加工方法。加工方法的選擇需要一系列的邏輯決策。典型的加工方法是指在分析、總結(jié)企業(yè)內(nèi)部各種生產(chǎn)工藝方法、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及與加工有關(guān)的規(guī)范后提出的帶有一般指導(dǎo)意義的選擇加工方法的準(zhǔn)則。它隨著設(shè)備更新、生產(chǎn)工藝發(fā)展而變化,所以具有較大靈活性。有的準(zhǔn)則是模糊的,這就是工序設(shè)計(jì)的非一致性。這些特點(diǎn)在用計(jì)算機(jī)輔助工序決策時(shí)應(yīng)給以適當(dāng)考慮。
2. 加工順序的安排
加工順序是指工序的先后排列, 它與加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。安排加工順序首先要考慮的就是工藝基準(zhǔn)面,尤其是定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)選擇時(shí)應(yīng)按機(jī)械制造工藝學(xué)的要求, 按粗、精基準(zhǔn)的選擇原則進(jìn)行。機(jī)械加工順序、熱處理工序、輔助工序以及在加工中心機(jī)床上進(jìn)行的加工, 均應(yīng)按機(jī)械制造工藝學(xué)中的加工順序安排的要求進(jìn)行。
總之,加工順序的安排是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,要考慮的問(wèn)題很多, 實(shí)際情況也靈活多變。目前, 這方面的決策邏輯研究尚不成熟,很難總結(jié)出通用的決策模式, 只能按具體生產(chǎn)環(huán)境和特定零件對(duì)象, 設(shè)計(jì)相應(yīng)的決策模式。
3. 機(jī)床及工藝裝備的選擇
機(jī)床選擇對(duì)工序的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性都有很大影響。它與加工方法、切削力、切削功率和機(jī)床利用率都有關(guān)系。
機(jī)床選擇時(shí), 可將CAPP 系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先建立的機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)中的機(jī)床規(guī)格信息與零件信息、零件所選擇的加工方法信息相比較,然后作出決策。一般可先按零件及其加工方法的要求作出初選; 然后再根據(jù)選得的切削用量計(jì)算出切削力、切削功率進(jìn)行校核; 有的系統(tǒng)還可根據(jù)機(jī)床利用率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
工藝裝備(刀具、夾具) 的選擇與機(jī)床選擇類似,即同樣需要根據(jù)零件信息、零件所選擇的加工方法信息去和預(yù)先建立在工裝數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息相比較, 然后作出決策。當(dāng)沒(méi)有現(xiàn)成的通用工裝可利用時(shí), CAPP系統(tǒng)就應(yīng)提出專用工裝設(shè)計(jì)的要求。
4. 加工余量的確定
加工余量的確定通用的有3 種方法: 即分析計(jì)算法、查表法和經(jīng)驗(yàn)法。
用分析計(jì)算法確定加工余量必須有充分的資料及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。查表法是根據(jù)資料整理而得到的通用表格直接查出工序間余量推薦值, 比較方便迅速。但因表格是通用的,無(wú)法考慮具體情況。經(jīng)驗(yàn)法是工藝人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定加工余量。
5. 工序尺寸及公差的確定
一般采用“由后往前”的方法, 先按零件圖要求,確定最終工序的尺寸及公差,再按選定的加工余量推算出前工序的尺寸。公差按本工序加工方法的精度來(lái)給出。
當(dāng)工序設(shè)計(jì)中存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí), 就需要進(jìn)行工序尺寸換算,即用工藝尺寸鏈求解。此時(shí), 可通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型用計(jì)算機(jī)求解。利用數(shù)學(xué)模型求解的方法和步驟如下:
( 1 ) 建立尺寸聯(lián)系矩陣。尺寸聯(lián)系矩陣是一種數(shù)學(xué)模型,反映了零件加工過(guò)程中毛坯尺寸、工序尺寸、最終尺寸及其相互間的聯(lián)系。它由零件的工藝尺寸鏈圖表而來(lái),是利用計(jì)算機(jī)計(jì)算的原始資料。
( 2 ) 建立尺寸鏈矩陣。利用計(jì)算機(jī)可從尺寸聯(lián)系矩陣查找出各個(gè)工序尺寸鏈,從而建立尺寸鏈矩陣。
( 3 ) 計(jì)算工序尺寸偏差。以極值法的計(jì)算公式為基礎(chǔ),按事先設(shè)計(jì)的線性方程,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算,確定各工序尺寸及其偏差。
6. 切削用量的確定
切削用量是指切削速度、進(jìn)給量和切削深度。切削用量的決策常采用的方法有數(shù)學(xué)模型法和查手冊(cè)選取法等。數(shù)學(xué)模型法是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究, 取得參數(shù)后將各種刀具和加工方法的數(shù)學(xué)模型建成相應(yīng)的模型庫(kù),同時(shí)將數(shù)學(xué)模型中與工件材料、刀具材料、刀具耐用度、冷卻液等有關(guān)的參數(shù)寫(xiě)成數(shù)據(jù)文件存入庫(kù)中,以便數(shù)學(xué)模型計(jì)算時(shí)調(diào)用。查手冊(cè)選取法是根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究積累的, 經(jīng)過(guò)分析整理, 對(duì)各種刀具的壽命值規(guī)定出相應(yīng)的切削速度、切削深度和進(jìn)給量,并據(jù)此作成切削用量手冊(cè)。
在具體進(jìn)行切削用量選擇時(shí), 先按切削表面質(zhì)量的要求初選切削深度和進(jìn)給量; 再按切削力的限制計(jì)算進(jìn)給量, 可盡量選大值; 然后再根據(jù)刀具壽命計(jì)算出切削速度、切削功率。
若算得的切削用量不能滿足切削表面質(zhì)量要求,則需再次修正進(jìn)給量。如此反復(fù),直至滿足零件的加工精度、表面粗糙度和刀具壽命為止。
7. 工序圖的生成與繪制
工序圖是工藝設(shè)計(jì)的圖形表達(dá)方式。CAPP 系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)工序圖生成模塊對(duì)于提高工藝設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化有很重要的意義。目前,CAPP系統(tǒng)的工序圖繪制仍是CAPP系統(tǒng)研制和開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)難題,這是因?yàn)樗c通常的計(jì)算機(jī)繪圖有所不同。后者僅僅起到代替人工執(zhí)行繪圖工作。在CAPP系統(tǒng)中, 工序圖的生成過(guò)程是一種動(dòng)態(tài)的過(guò)程, 不能完全固定其圖形信息。當(dāng)工件的形狀、尺寸改變時(shí),相應(yīng)的繪圖信息參數(shù)也要改變, 以適應(yīng)工序的變化要求。由此可見(jiàn),工序圖的生成過(guò)程實(shí)際上是一種結(jié)合零件圖形信息和加工工藝信息, 由計(jì)算機(jī)輔助生成工序圖形信息的過(guò)程。
工序圖生成和繪制從功能上看, 可分為信息轉(zhuǎn)換、圖形生成、尺寸標(biāo)注及非尺寸標(biāo)注等幾個(gè)子模塊,如圖1 所示。
( 1 ) 工序圖生成方案
從工序圖的生成機(jī)理來(lái)看, 可以采用成組代碼法、形狀參數(shù)法和數(shù)學(xué)模型法等不同方案。成組代碼法建立在零件成組技術(shù)基礎(chǔ)上,預(yù)先建立按零件族存放的幾何圖形要素庫(kù), 并以零件的代碼作為檢索、拼合的依據(jù)。為滿足各種結(jié)構(gòu)零件要求, 其圖庫(kù)結(jié)構(gòu)龐大,建庫(kù)難度也較大。
形狀參數(shù)法是根據(jù)參數(shù)繪圖原理, 將零件圖形要素分離成圖素單元,針對(duì)每種圖素單元編寫(xiě)一個(gè)繪圖子程序,這些子程序構(gòu)成了CAPP 工序圖輔助生成軟件中的繪圖子模塊。工序設(shè)計(jì)時(shí),給出每道工序的工作指令。這些信息正是繪圖子模塊的輸入?yún)?shù), 每個(gè)圖素單元的繪圖子程序都設(shè)置一個(gè)形狀標(biāo)識(shí)。輸入?yún)?shù)可方便地進(jìn)入相應(yīng)的繪圖子程序, 繪制出相應(yīng)的圖形。
數(shù)學(xué)模型法的基礎(chǔ)是建立各類零件的數(shù)學(xué)模型,也是應(yīng)用成組技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行分類, 然后為各類零件建立一個(gè)復(fù)合零件。在對(duì)復(fù)合零件進(jìn)行分析研究和歸納概括后,抽象出已加工表面描述為主的零件數(shù)學(xué)模型。CAPP系統(tǒng)工作時(shí), 產(chǎn)生了每道工序?qū)庸け砻孢M(jìn)行改變的信息。這時(shí),工序圖生成系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)已建立的數(shù)學(xué)模型, 對(duì)加工表面的描述信息進(jìn)行再處理,自動(dòng)生成工序圖中每個(gè)幾何要素的空間矢量數(shù)據(jù)信息。然后,再進(jìn)一步自動(dòng)生成幾何要素空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息,得到需要的工序圖。
( 2 ) 工序圖圖形數(shù)據(jù)生成
工序圖圖形數(shù)據(jù)的生成是工序圖繪制的關(guān)鍵, 工序圖圖形數(shù)據(jù)來(lái)源于工藝結(jié)論。
一種生成方法是直接從工序內(nèi)容中取出數(shù)據(jù)。根據(jù)取出的數(shù)據(jù)就可構(gòu)成工序圖圖表數(shù)據(jù), 這種處理方式要求工序和工步內(nèi)容描述要非常詳細(xì)。
另外一種是由工序圖設(shè)計(jì)決策生成工序圖圖形數(shù)據(jù)。工序內(nèi)容由工序推理生成,工序內(nèi)容隱含在工序內(nèi)容設(shè)計(jì)推理規(guī)則之中。所以,從工序內(nèi)容設(shè)計(jì)推理規(guī)則中派生出工序圖設(shè)計(jì)推理規(guī)則, 再由工序圖設(shè)計(jì)推理規(guī)則生成工序圖圖形數(shù)據(jù)。工序圖圖形數(shù)據(jù)生成子模塊首先讀入零件的特征信息文件和工藝流程。根據(jù)工藝流程, 系統(tǒng)對(duì)零件特征鏈進(jìn)行搜索, 找出與加工內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的特征型面,提出該特征型的尺寸信息, 經(jīng)加工余量推理選擇之后, 即可獲得工序圖上繪制特征型面所需的圖形信息。
( 3 ) 確定工序圖輸出方案
工序圖圖形數(shù)據(jù)生成后, 工序圖可有以下幾種方法輸出:
①利用高級(jí)語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)上畫(huà)出工序圖, 然后打印輸出。此法簡(jiǎn)單,但輸出圖形質(zhì)量低。
②利用高級(jí)語(yǔ)言直接用繪圖機(jī)的繪圖指令編程,在繪圖機(jī)上畫(huà)出工序圖。此法速度快, 圖形質(zhì)量高,但受繪圖機(jī)型號(hào)限制。
③利用AutoCAD 輸出工序圖。其方法是通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言編制AutoCAD 二次開(kāi)發(fā)程序:
A. 由高級(jí)語(yǔ)言直接生成AutoCAD 的圖形交換文件[ . dxf ] 。該文件結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 編程困難, 占用大量外存空間,但這種方法生成圖形速度快。
B. 由高級(jí)語(yǔ)言直接生成AutoCAD 的命令文件[ .scr ] 。該文件可以模仿AutoCAD 的各項(xiàng)功能, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂,便于編程,但文件的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)。
C. 用AutoCAD 的ADS 或ARX 語(yǔ)言編制繪圖程序,繪圖時(shí)調(diào)用由高級(jí)語(yǔ)言程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)。采用此方法, 系統(tǒng)具有一定的靈活性, 繪圖時(shí)可直接調(diào)用由CAD 設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù),簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序,圖形子系統(tǒng)易于擴(kuò)充和維護(hù)。
創(chuàng)成式CAPP 又叫生成式。它與派生式CAPP 不同,不以對(duì)典型工藝的檢索和修改為基礎(chǔ)。它是根據(jù)輸入的或者是直接從CAD 系統(tǒng)獲得的零件信息, 依靠系統(tǒng)中的工藝數(shù)據(jù)和決策方式自動(dòng)生成零件的工藝過(guò)程的系統(tǒng)。根據(jù)具體零件,系統(tǒng)能自動(dòng)產(chǎn)生零件加工所需的各個(gè)工序和加工順序, 自動(dòng)提取制造知識(shí), 自動(dòng)完成機(jī)床選擇、工夾量具選擇和加工過(guò)程最優(yōu)化; 通過(guò)應(yīng)用工藝決策邏輯, 可以模擬工藝設(shè)計(jì)人員的決策過(guò)程。創(chuàng)成式CAPP工藝設(shè)計(jì)可完成復(fù)雜的多層次、多任務(wù)的決策過(guò)程。它涉及到選擇、計(jì)算、規(guī)劃、繪圖以及文件編輯等工作。
創(chuàng)成式CAPP 系統(tǒng)不以標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程為基礎(chǔ), 而是從零開(kāi)始由軟件系統(tǒng)根據(jù)零件信息直接生成一個(gè)新的工藝規(guī)程。當(dāng)系統(tǒng)選擇了零件各個(gè)表面的加工方法以及安排了加工順序后,就要進(jìn)行詳細(xì)的工序設(shè)計(jì)。對(duì)于數(shù)控機(jī)床上加工的零件更為重要。創(chuàng)成式CAPP在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件的數(shù)控加工的過(guò)程大體有以下幾個(gè)流程:
1. 切削表面加工方法的選擇
加工方法選擇實(shí)際上是將零件信息與工廠的加工能力信息進(jìn)行匹配的過(guò)程。零件是由許多表面組成的,往往包含有多種典型的切削表面, 如外圓、孔、槽、平面、成形表面等等。對(duì)于每一種典型切削表面,均可列出各種加工方法所能達(dá)到的精度及表面粗糙度。因此,在識(shí)別或理解了零件切削表面的信息后,便可根據(jù)具體情況,選擇最合適的加工方法。加工方法的選擇需要一系列的邏輯決策。典型的加工方法是指在分析、總結(jié)企業(yè)內(nèi)部各種生產(chǎn)工藝方法、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及與加工有關(guān)的規(guī)范后提出的帶有一般指導(dǎo)意義的選擇加工方法的準(zhǔn)則。它隨著設(shè)備更新、生產(chǎn)工藝發(fā)展而變化,所以具有較大靈活性。有的準(zhǔn)則是模糊的,這就是工序設(shè)計(jì)的非一致性。這些特點(diǎn)在用計(jì)算機(jī)輔助工序決策時(shí)應(yīng)給以適當(dāng)考慮。
2. 加工順序的安排
加工順序是指工序的先后排列, 它與加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。安排加工順序首先要考慮的就是工藝基準(zhǔn)面,尤其是定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)選擇時(shí)應(yīng)按機(jī)械制造工藝學(xué)的要求, 按粗、精基準(zhǔn)的選擇原則進(jìn)行。機(jī)械加工順序、熱處理工序、輔助工序以及在加工中心機(jī)床上進(jìn)行的加工, 均應(yīng)按機(jī)械制造工藝學(xué)中的加工順序安排的要求進(jìn)行。
總之,加工順序的安排是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,要考慮的問(wèn)題很多, 實(shí)際情況也靈活多變。目前, 這方面的決策邏輯研究尚不成熟,很難總結(jié)出通用的決策模式, 只能按具體生產(chǎn)環(huán)境和特定零件對(duì)象, 設(shè)計(jì)相應(yīng)的決策模式。
3. 機(jī)床及工藝裝備的選擇
機(jī)床選擇對(duì)工序的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性都有很大影響。它與加工方法、切削力、切削功率和機(jī)床利用率都有關(guān)系。
機(jī)床選擇時(shí), 可將CAPP 系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先建立的機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)中的機(jī)床規(guī)格信息與零件信息、零件所選擇的加工方法信息相比較,然后作出決策。一般可先按零件及其加工方法的要求作出初選; 然后再根據(jù)選得的切削用量計(jì)算出切削力、切削功率進(jìn)行校核; 有的系統(tǒng)還可根據(jù)機(jī)床利用率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
工藝裝備(刀具、夾具) 的選擇與機(jī)床選擇類似,即同樣需要根據(jù)零件信息、零件所選擇的加工方法信息去和預(yù)先建立在工裝數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息相比較, 然后作出決策。當(dāng)沒(méi)有現(xiàn)成的通用工裝可利用時(shí), CAPP系統(tǒng)就應(yīng)提出專用工裝設(shè)計(jì)的要求。
4. 加工余量的確定
加工余量的確定通用的有3 種方法: 即分析計(jì)算法、查表法和經(jīng)驗(yàn)法。
用分析計(jì)算法確定加工余量必須有充分的資料及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。查表法是根據(jù)資料整理而得到的通用表格直接查出工序間余量推薦值, 比較方便迅速。但因表格是通用的,無(wú)法考慮具體情況。經(jīng)驗(yàn)法是工藝人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定加工余量。
5. 工序尺寸及公差的確定
一般采用“由后往前”的方法, 先按零件圖要求,確定最終工序的尺寸及公差,再按選定的加工余量推算出前工序的尺寸。公差按本工序加工方法的精度來(lái)給出。
當(dāng)工序設(shè)計(jì)中存在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí), 就需要進(jìn)行工序尺寸換算,即用工藝尺寸鏈求解。此時(shí), 可通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型用計(jì)算機(jī)求解。利用數(shù)學(xué)模型求解的方法和步驟如下:
( 1 ) 建立尺寸聯(lián)系矩陣。尺寸聯(lián)系矩陣是一種數(shù)學(xué)模型,反映了零件加工過(guò)程中毛坯尺寸、工序尺寸、最終尺寸及其相互間的聯(lián)系。它由零件的工藝尺寸鏈圖表而來(lái),是利用計(jì)算機(jī)計(jì)算的原始資料。
( 2 ) 建立尺寸鏈矩陣。利用計(jì)算機(jī)可從尺寸聯(lián)系矩陣查找出各個(gè)工序尺寸鏈,從而建立尺寸鏈矩陣。
( 3 ) 計(jì)算工序尺寸偏差。以極值法的計(jì)算公式為基礎(chǔ),按事先設(shè)計(jì)的線性方程,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算,確定各工序尺寸及其偏差。
6. 切削用量的確定
切削用量是指切削速度、進(jìn)給量和切削深度。切削用量的決策常采用的方法有數(shù)學(xué)模型法和查手冊(cè)選取法等。數(shù)學(xué)模型法是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究, 取得參數(shù)后將各種刀具和加工方法的數(shù)學(xué)模型建成相應(yīng)的模型庫(kù),同時(shí)將數(shù)學(xué)模型中與工件材料、刀具材料、刀具耐用度、冷卻液等有關(guān)的參數(shù)寫(xiě)成數(shù)據(jù)文件存入庫(kù)中,以便數(shù)學(xué)模型計(jì)算時(shí)調(diào)用。查手冊(cè)選取法是根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究積累的, 經(jīng)過(guò)分析整理, 對(duì)各種刀具的壽命值規(guī)定出相應(yīng)的切削速度、切削深度和進(jìn)給量,并據(jù)此作成切削用量手冊(cè)。
在具體進(jìn)行切削用量選擇時(shí), 先按切削表面質(zhì)量的要求初選切削深度和進(jìn)給量; 再按切削力的限制計(jì)算進(jìn)給量, 可盡量選大值; 然后再根據(jù)刀具壽命計(jì)算出切削速度、切削功率。
若算得的切削用量不能滿足切削表面質(zhì)量要求,則需再次修正進(jìn)給量。如此反復(fù),直至滿足零件的加工精度、表面粗糙度和刀具壽命為止。
7. 工序圖的生成與繪制
工序圖是工藝設(shè)計(jì)的圖形表達(dá)方式。CAPP 系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)工序圖生成模塊對(duì)于提高工藝設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化有很重要的意義。目前,CAPP系統(tǒng)的工序圖繪制仍是CAPP系統(tǒng)研制和開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)難題,這是因?yàn)樗c通常的計(jì)算機(jī)繪圖有所不同。后者僅僅起到代替人工執(zhí)行繪圖工作。在CAPP系統(tǒng)中, 工序圖的生成過(guò)程是一種動(dòng)態(tài)的過(guò)程, 不能完全固定其圖形信息。當(dāng)工件的形狀、尺寸改變時(shí),相應(yīng)的繪圖信息參數(shù)也要改變, 以適應(yīng)工序的變化要求。由此可見(jiàn),工序圖的生成過(guò)程實(shí)際上是一種結(jié)合零件圖形信息和加工工藝信息, 由計(jì)算機(jī)輔助生成工序圖形信息的過(guò)程。
工序圖生成和繪制從功能上看, 可分為信息轉(zhuǎn)換、圖形生成、尺寸標(biāo)注及非尺寸標(biāo)注等幾個(gè)子模塊,如圖1 所示。
( 1 ) 工序圖生成方案
從工序圖的生成機(jī)理來(lái)看, 可以采用成組代碼法、形狀參數(shù)法和數(shù)學(xué)模型法等不同方案。成組代碼法建立在零件成組技術(shù)基礎(chǔ)上,預(yù)先建立按零件族存放的幾何圖形要素庫(kù), 并以零件的代碼作為檢索、拼合的依據(jù)。為滿足各種結(jié)構(gòu)零件要求, 其圖庫(kù)結(jié)構(gòu)龐大,建庫(kù)難度也較大。
形狀參數(shù)法是根據(jù)參數(shù)繪圖原理, 將零件圖形要素分離成圖素單元,針對(duì)每種圖素單元編寫(xiě)一個(gè)繪圖子程序,這些子程序構(gòu)成了CAPP 工序圖輔助生成軟件中的繪圖子模塊。工序設(shè)計(jì)時(shí),給出每道工序的工作指令。這些信息正是繪圖子模塊的輸入?yún)?shù), 每個(gè)圖素單元的繪圖子程序都設(shè)置一個(gè)形狀標(biāo)識(shí)。輸入?yún)?shù)可方便地進(jìn)入相應(yīng)的繪圖子程序, 繪制出相應(yīng)的圖形。
數(shù)學(xué)模型法的基礎(chǔ)是建立各類零件的數(shù)學(xué)模型,也是應(yīng)用成組技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行分類, 然后為各類零件建立一個(gè)復(fù)合零件。在對(duì)復(fù)合零件進(jìn)行分析研究和歸納概括后,抽象出已加工表面描述為主的零件數(shù)學(xué)模型。CAPP系統(tǒng)工作時(shí), 產(chǎn)生了每道工序?qū)庸け砻孢M(jìn)行改變的信息。這時(shí),工序圖生成系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)已建立的數(shù)學(xué)模型, 對(duì)加工表面的描述信息進(jìn)行再處理,自動(dòng)生成工序圖中每個(gè)幾何要素的空間矢量數(shù)據(jù)信息。然后,再進(jìn)一步自動(dòng)生成幾何要素空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息,得到需要的工序圖。
( 2 ) 工序圖圖形數(shù)據(jù)生成
工序圖圖形數(shù)據(jù)的生成是工序圖繪制的關(guān)鍵, 工序圖圖形數(shù)據(jù)來(lái)源于工藝結(jié)論。
一種生成方法是直接從工序內(nèi)容中取出數(shù)據(jù)。根據(jù)取出的數(shù)據(jù)就可構(gòu)成工序圖圖表數(shù)據(jù), 這種處理方式要求工序和工步內(nèi)容描述要非常詳細(xì)。
另外一種是由工序圖設(shè)計(jì)決策生成工序圖圖形數(shù)據(jù)。工序內(nèi)容由工序推理生成,工序內(nèi)容隱含在工序內(nèi)容設(shè)計(jì)推理規(guī)則之中。所以,從工序內(nèi)容設(shè)計(jì)推理規(guī)則中派生出工序圖設(shè)計(jì)推理規(guī)則, 再由工序圖設(shè)計(jì)推理規(guī)則生成工序圖圖形數(shù)據(jù)。工序圖圖形數(shù)據(jù)生成子模塊首先讀入零件的特征信息文件和工藝流程。根據(jù)工藝流程, 系統(tǒng)對(duì)零件特征鏈進(jìn)行搜索, 找出與加工內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的特征型面,提出該特征型的尺寸信息, 經(jīng)加工余量推理選擇之后, 即可獲得工序圖上繪制特征型面所需的圖形信息。
( 3 ) 確定工序圖輸出方案
工序圖圖形數(shù)據(jù)生成后, 工序圖可有以下幾種方法輸出:
①利用高級(jí)語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)上畫(huà)出工序圖, 然后打印輸出。此法簡(jiǎn)單,但輸出圖形質(zhì)量低。
②利用高級(jí)語(yǔ)言直接用繪圖機(jī)的繪圖指令編程,在繪圖機(jī)上畫(huà)出工序圖。此法速度快, 圖形質(zhì)量高,但受繪圖機(jī)型號(hào)限制。
③利用AutoCAD 輸出工序圖。其方法是通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言編制AutoCAD 二次開(kāi)發(fā)程序:
A. 由高級(jí)語(yǔ)言直接生成AutoCAD 的圖形交換文件[ . dxf ] 。該文件結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 編程困難, 占用大量外存空間,但這種方法生成圖形速度快。
B. 由高級(jí)語(yǔ)言直接生成AutoCAD 的命令文件[ .scr ] 。該文件可以模仿AutoCAD 的各項(xiàng)功能, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂,便于編程,但文件的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)。
C. 用AutoCAD 的ADS 或ARX 語(yǔ)言編制繪圖程序,繪圖時(shí)調(diào)用由高級(jí)語(yǔ)言程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)。采用此方法, 系統(tǒng)具有一定的靈活性, 繪圖時(shí)可直接調(diào)用由CAD 設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù),簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序,圖形子系統(tǒng)易于擴(kuò)充和維護(hù)。
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