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超硬镗刀CAD/CAPP集成系统设计
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引言
超硬材料刀具简称超硬刀具,主要包括金刚石刀具和立方氮化翻刀具.其中以人造金刚石复合片(简称PCD)刀具及立方氮化硼复合片(简称PCBN)刀具占主导地位。超硬材料刀具在机械制造领域的应用,极大的提高了劳动生产效率和加工质量,提高了产品档次、降低了制造成本。PCD超硬镗刀主要用于有色金属的高效精密加工。PCBN超硬镗刀主要用于耐磨黑色金属材料的高效精密加工。超硬镗刀在汽车工业和轧钢设备制造中得到了广泛的应用。
为了解决目前超硬镗刀设计、制造效率低下的问题,提高刀具制造企业的信息化水平,我们设计了一套超硬镗刀CAD/CAPP集成系统(简称系统)。系统针对超硬镗刀设计和制造工艺的特点,使用VB,Access和AutoCAD作为开发工具,具有针对性强、精确高效、使用方便的特点。
1 系统总体设计
1.1 系统的组成
系统采用模块化的组织结构(如图1所示),各模块间既相互独立又相互影响,系统公共数据库构成了各模块之间的桥梁。系统主要包括CAD,CAPP,数据库三大模块,每个大的模块又由若干个小的功能模块组成。采用模块化的组织结构具有组织框架清晰的特点,同时也有利于将来系统的扩充,比如扩充CAM模块。
系统中CAD模块采用自动式CAD方法,CAPP模块采用基于实例的工艺设计方法,数据库模块采用动态数据库和静态数据库相结合的模式。
1.2 系统的工作过程
系统的工作过程如下:
1)将被加工对象的属性(原始数据)输人系统;
2)根据被加工对象的属性由系统的CAD模块完成刀具材料选择、刀头结构参数设计、刀杆参数选择、刀具结构尺寸数据生成等初步设计工作;
3)将初步设计结果以特征编码的形式存人动态数据库中,并通过对话框显示,经过人机交互环节对设计结果进行分析、判断、编辑等操作形成最终设计结果;
4)将最终设计结果传递至AutoCAD自动绘制刀具零件图;
5)根据特征编码进行工艺特征匹配,找到某一种刀具的标准工艺,对符合特征的标准工艺进行编辑得到新零件的工艺规程。
在系统的工作过程中安排有一系列的人机交互环节,实现使用者与系统的交互。设计完成后自动生成零件工作图和工艺文件,并可打印输出。
2 系统的CAD模块
2.1 CAD模块的功能
CAD模块主要解决两方面的问题,一是超硬镗刀的计算机辅助设计,二是超硬镗刀零件图的自动绘制。对于第一方面问题,采用VB语言编制了设计计算程序,根据输人的已知数据进行计算,计算结果以特征编码的形式存储在特征编码动态数据库中,供绘图和工艺设计时调用。对于第二方面问题,研究了使用VB调用AutoCAD的方法,实现了VB程序和AutoCAD的自动连接,以设计结果为绘图依据在AutoCAD中直接绘制零件图形。

(图片)

2.2 CAD模块的算法
通过分析镗刀的设计要点并结合参考文献,决定锉刀刀头结构参数设计采用产生式算法。产生式算法是一个以"如果某些条件被满足,就选择某个参数值"形式表示的语句。这种算法和人的思维方式接近,比较直观,容易收集和组织设计资料,非常适合超硬镗刀设计。产生式算法对于一个目标需要多个设计条件,这也符合刀具设计的要求,并且用这种算法扩充条件相对比较容易。和设计人员的设计经验来设置产生式算法规则。下面以主偏角的设计计算为例介绍算法规则:

(图片)

通过应用产生式算法可以将设计人员的经验程序化,避免人为因素对设计结果的影响。锉刀设计结果用对话框输出,通过人机对话的方法可以对设计结果进行修改。修改结束后得到的最终结果以特征编码的形式存储在设计结果文件(即动态数据库)中。
零件图的自动绘制是用AutoCAD软件包来完成的。用VB语言编程,将AutoCAD当成系统中的一个图形窗口,直接对AutoCAD进行操作,实现自动绘图。应用VB语言编程驱动AutoCAD,首先要将VB与AutoCAD连接起来,需要两个步骤;(1)在编写VB代码前,在VB编程环境中引用AutoCAD对象库;(2)编写VB程序代码,创建AutoCAD对象,启动运行AutoCAD,创建新图形文件,调用绘图命令绘图,调用标注命令进行标注,最后将绘图结果自动存盘。
3 系统的CAPP模块
3.1 CAPP模块的组成和工作原理
CAPP模块主要包括:零件分类索引树、工艺实例库、零件相似性检索模块、零件工艺编辑模块、工艺规程输出模块等五部分。
本系统的工艺决策借鉴派生式CAPP系统的设计思想,将现有的镬刀加工工艺进行分类、编码,使用工艺特征编码构成零件分类索引树。在进行工艺设计时将零件特征编码与工艺特征编码进行相似性计算,从而找到最相近的编码,从工艺实例库提取工艺实例。
3.2 提取工艺实例的算法
工艺实例是按照零件分类索引树分类存储的。在输人当前零件特征编码后,系统开始进行检索,从分类树的树根开始,采用二叉树的先序遍历方法,逐层地进行搜索,寻找当前零件所属的零件类。在找到当前零件所属的零件类后,系统将计算当前零件与该零件所属类中所有实例的相似性系数k,并将k最大的两个零件按先后次序显示出来.供用户选用。用户可以选用满意的实例,调用其工艺信息直接使用,或进行编辑修改。
相似性系数k是用于衡量当前零件与实例库内有关零件的相似程度的一个参数,其计算方法是多样的,本系统选用以下计算方法:

(图片)

在计算KP时,检查零件的材料、热处理方法、硬度等总体信息与搜索到的零件的匹配情况。
计算后将K,最大的两个零件按先后次序列表显示,若K=1,表示该零件与当前零件完全匹配,该零件工艺可直接使用;若0.7
零件的主特征包括:结构形式、材料、精度、表面质量;辅助特征包括刀具的几何结构参数等。
4 结论
综合应用Visual Basic,Access和AutoCAD等工具,进行了超硬镗刀CAD/CAPP集成系统的设计和开发,达到了简单、实用、直观、经济的目的。为中小企业建立专用的CAD/CAPP集成系统提供了一种廉价、高效的方法。 5/9/2009


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