回转体零件CAPP的工艺创成方法

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回转体零件CAPP的工艺创成方法

摘要：介绍了回转体零件CAPP的工艺生成方法。零件的工艺生成是从零件到毛坯的逆向推理，创成各个表面要素的加工链，通过对加工链的分析与重构，生成零件的机械加工工艺。
　　
关键词：CAD　CAPP　表面要素　　　
在CAPP的各个环节中，从CAD读取信息到工艺文件生成都至关重要。其中，工艺文件的创成这一环节涉及很多方面：加工方法的确定、加工顺序的确定、工艺尺寸链的计算、刀具和量具的选择、机床的选择、夹具的确定以及毛坯的设计。对于一个成功的CAPP系统来说，完善以上诸多方面是非常重要的。本文通过一个实用加工链生成及再组合方法成功地实现回转体零件的工艺生成。

一、系统总体结构

该系统首先将CAD的信息通过接口程序转化为CAPP所接受的信息，以便达到CAD/CAPP的集成，这样CAPP的所需信息不必重新输入，然后系统将信息作预处理，整理出各个表面要素。系统根据表面要素的加工要求(加工精度、加工表面的粗糙度等)生成其加工链，对加工链进行拆开再组合整理出零件的加工工艺，系统结构框图见图1。



图 1　系统结构框图

系统采用模块化设计，其中主要有信息接口模块、工艺生成模块、系统维护模块等。采用模块化设计有利于系统功能的增加、维护。在工艺生成模块中，涉及到的表面要素图库、加工余量库、机床参数库、刀具参数库等都在系统开发时整理完好，为以后的非回转体零件CAPP系统的开发打好基础。
　　
二、工艺生成方法

在CAPP的设计中，最为关键的是工艺文件的生成，由于该部分涉及面广，包括毛坯的设计、工序的设计(定位、夹紧、工序顺序安排、热处理安排等)、工序尺寸的计算、机床的选择、刀具及量具的确定等，分别建立其相应的模块。其中关键部分是采用不同表面生成不同的加工链方法，然后通过其它各个模块的逻辑判断，很好地解决工艺的生成。
　　
1.工艺路线决策

根据零件表面要素确定其加工链。加工链的确定，根据零件的加工精度、表面粗糙度、热处理情况、批量大小以及毛坯形式有不同的结果。下面通过实例进行分析。
　　
在图2中，轴类零件有五个表面要素，其中主要素为1、3、4、5，辅助要素为2。首先，系统对各个表面要素进行加工链的生成。建立根据各种表面要素确定加工方法的各种规则，例如：如果表面要素是外圆，且精度≤IT7级或表面粗糙度Ra≤1.6μm，那么其最终加工方法为磨削，加工链为粗车→精车 →磨削。磨削后的尺寸和表面粗糙度就是零件的图样尺寸和表面粗糙度；通过加工余量数据库调出磨削余量，可以计算出磨削以前的尺寸，即精车的完工尺寸；同样方法可以分析计算出粗车的加工尺寸和表面粗糙度，再通过粗车余量计算出毛坯的尺寸。



图 2　零件结构示意图　　

对于图2所示的零件，计算机经过分析判断各个表面确定其加工链。该零件各个表面要素生成的加工链如表1所示。表1中：C1为粗车，C2为精车，M1为磨削外圆，X2为铣键槽(为了能够分析清楚，在工艺链中自上而下画了虚线)。



从表1中可以看出，表面要素1(外圆)的加工链为粗车、精车、磨削。系统对各个表面要素的加工链进行分解和整理，其结果可见表2。处理时，对于相同的加工工序放在同一工序中，例如：表面要素1、3、4、5都有粗车加工，因此在粗车工序中，将组合为粗车1、3、4、5的各个工步。对于双向台阶的回转体零件，先装夹一端，进行加工；然后调头装夹，再加工另一端。因此，系统通过事先分析零件的外表面直径大小，确定最大直径是哪个要素(即第几要素)，那么在最大直径以左和以右的表面，其工步顺序自然分开。对于各个工序的先后顺序除了生成的工艺链顺序外(同一表面要素)，系统(对不同要素)可以进行逻辑判断自动确定，例如在图2中的表面要素2为键槽，铣键槽工序安排在精车以后、磨削以前。就是通过工艺顺序原则"先粗后精、基面先行、先主后次、先面后孔"来进行确定。对于热处理的安排，系统分析零件的技术要求是预备热处理还是中间热处理或最终热处理，由热处理安排原则自动插在工艺的适当位置。至于工序集中与分散，通过零件的生产批量、加工精度和复杂程度等确定。

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本例中，最后生成整个零件的加工工序(不考虑热处理)为：粗车→精车→铣键槽→磨削外圆。
　　
2.工步的确定

通过以上的加工链可以看出，各个工序对应表面的加工内容就是工步。在磨削外圆1的工步中，完工尺寸就是零件的标注尺寸?25k6，磨削之前的尺寸即精车后的尺寸，依此类推，可以计算出该表面要素的各个工序尺寸。
　　
3.机床的选择

系统中将各类机床的加工精度、规格等通过数据库的形式存放在计算机中，根据零件表面要素的加工方法、加工精度、加工尺寸等，通过决策逻辑自动确定所用的机床。例如车床的确定，以零件的最大外圆尺寸、零件的总长以及是粗加工还是精加工等因素确定。

4.工艺装备的选择　　

系统中的刀具、量具及夹具是通过决策逻辑搜索对应刀具、量具、夹具库，找出相匹配的元素来确定。

三、系统的设计要求

该系统的硬件要求是在CPU486以上、内存16M的计算机，在Windows环境下运行，系统的开发是用Visual c语言，数据库的建立是用Visual Foxpro软件。通过模块化的设计可以有效地进行某些功能的增删和移植，使系统便于维护。对于建立的数据库，系统同样具备进行修改、打印、报表、查询等功能，使数据根据生产需要随时进行更新。

四、结束语
　　
本系统通过对零件的信息进行整理，使之成为各个表面要素。系统对表面要素自动生成其加工链，通过对加工链进行分析与重构、组合，可以很好地创成出零件的工艺。