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特征库存储所有预定义的功能类。
这些功能是通过分析不同的液压系统的液压集成块定义。
它们可以包括设计,装配和制造所使用的信息。
基于特征的液压集成块模型基于使用这些功能建立,它是一个动态的模式,在CAD/CAM阶段,这个模式可以扩大和更新。
这个块模型有许多不同的应用接口,例如设计、评估和加工计划。
本文将着重对CAPP/C数控接口和CAPP/C数控系统的假设加工计划和数控代码开发用于卧式加工中心的方法。
此外,假定液压阀块的原材料是从各种尺寸标准的矩形棒加工到所需大小中选择出来的。
图1.液压阀块基于特点的CAPP/C数控结构。
3.2计算机辅助工艺过程设计应用的液压集成块课程
3.2.1用于计算机辅助的工艺设计的类型定义
集成制造系统的信息功能的定义是非常重要的。
,对于加工表面分类(如孔特征,面特征)有很多影响[3,4]杨和贝尔[5]添加了工艺计划的夹具功能和基准功能。
Gindy等人[6]把基于外部存取用法说明(EADs)的特征分类,从这些存取用法说明刀具可以确定加工量。
Gu等人[7]提出一种面向对象的产品模型,它的功能对工艺规划和装备关系的描述是有效的。
在本文中,功能的定义对液压集成块的设计和制造必须是合适的。
为了建立特征组的关系或装配的关系被定义好,它们都在液压集成块,系统级的功能,装配级别的功能,零件级别的功能和孔功能基本的加工表面之间。
通过结合这样特点建立的基于特点的模型可能清楚地描述几何参数、装配关系和加工特征。
用于基于液压集成块CAD/CAM功能的定义特征的关系如图2所示。
有两种主要类型的关系,AKO(一种)和REF(参考)。
前者表示两个功能之间的关系,这些功能使用特类和子类的关系,而后者则表示两个相互参照的功能。
CAPP数控的应用,两类,TProcess和TTool,用以支付必要的信息和过程规划方法介绍。
图3显示了这两个类的结构。
在TTool类中,变量"
参数"
用于表示的几何参数的一种工具,而"
公差"
显示工具的制造能力。
并且,参考的制造参量例如速度和进给包含在TTool中。
在类tprocess中定义的变量,包括如操作数,削减数量和过程记录等的进程信息
图2特征之间的关系
图3TTool的结构,和(b)级的TProcess。
在tprocess中有三个工具指针,它们用在当前的进程,目前的加工功能和下道工序中。
过程的每项都有其自己的优先价值,这应根据制造知识来设置。
项目进程的优先级是用于生成最终的进程列表中的一个重要因素。
进程列表是基于优先级值从大到小的顺序生成的。
详细信息在以下部分所示。
3.2.2液压集成块工艺规划的初步方法
在规划过程,生产部件的加工过程的顺序很复杂,它需要大量和足够的生产方面的知识。
知识不足,可能会产生不当的操作序列,这反过来,可能会导致生产成本升高,不能接受的尺寸误差,和/或降低刀具寿命。
在拟议的液压阀块的生成过程中的规划,制定一个制造过程计划有三个主要步骤:
(1)分析零件的要求。
(2)确定制造过程。
(3)把制造过程排序。
每步有相关制造业知识特点的浓缩,它们都被储存在知识库或设计在算法中。
一个相反的递推方法是确定加工操作和最优搜索算法用于获得产品最终的排序进程列表。
3.2.3零件要求的分析
在工程学水平,零件要求可以被定义作为零件特点、尺寸和公差说明。
这些要求,反过来,确定工艺规划。
零件要求的分析,旨在从液压阀块模型的制造特征识别和确定其基本过程类型,刀具类型,调校。
孔操作和面操作在液压集成块制造中是最重要的工艺操作,,因为大多数液压集成块上的制造特征是表面和孔。
阀块原材料由6个表面组成。
这些面应被视为由铣削过程中产生的面特征。
在卧式加工中心的加工工序中,六表面与集成块表面上的其他功能一起被加工由两套集合,因为可分为前,后,左,右面可以组成一组,其他两个面组合成另一组。
此外,孔可划分为盲孔,通过孔,螺纹孔,台阶孔,倒角孔,锥孔,等等。
在这些类型的孔,盲孔和通孔是简单的生产功能,只需要一个加工过程,其他的都很复杂,可能有两个或跟过的的机械加工面(如倒角孔功能有一个圆柱体表面和加工表面的孔特征倒角)。
这些具体的生产要素实例,每个都可能有其自身的进程规划和约束。
在基于特征的液压阀块模型中,这种知识纳入孔面功能分类的实例方法。
图4显示了虚拟语言的基本流程和工具选择的一些规则。
表面粗糙度和公差要求,也影响了流程和工具的选择。
在产品模型中工具和过程的性能被存放作为知识数据。
这压缩了制造产品的封装尺寸精度和尺寸范围的信息。
例如,如果该工具是一个钻(类型),孔直径为15毫米,然后在钻井过程中,加工孔的尺寸公差必须在范围(-0.05-0.2毫米),形状精度可以是0.1毫米,粗糙度可达到2.5毫米,如表1所示。
当客观功能的要求按照过程规则和工具的能力数据库中的一个,过程和工具可以选择机器功能。
3.2.4制造加工功能的确定
液压集成块制造功能的要求进行了分析后,确定基本流程类型和工具类型和在液压集成块模型中更新这些信息作为相对功能实例。
然后,系统将从工具库的具体信息选择适当的进程工具。
工具库包含标准刀具的几何形状和尺寸精度的加工功能(例如钻孔直径,主轴转速,进给速度,和表面精加工,钻孔)的信息。
在此步骤中,进程列表由初始化T进程分类中的流程实例的所有变量形成。
所有的进程,可以通过搜索点地址访问。
图4.基本工具和过程选择的规则。
相反的循环规划机制发展是为了液压集成块上产生功能的过程。
向后循环的计划,不同于向前计划方法,它通过从完成的零件到未加工材料追踪开发过程处理计划任务来发展
(1)。
在表2给出了一些向后递推规划的基本规则。
这些规则是确定变量的“准备”之类的基础。
例如,插装阀孔特征如图所示。
5
(一)制造表面有三种:
通过孔特征,步孔特征和倒角孔特征。
步孔的两个倒角孔曲面对表面粗糙度(H3,H2)有较高的定位精度,相近的尺寸公差和高的表面粗糙度要求。
因此,成品加工过程中必须选择满足这样的功能要求。
此外,步孔表面应在一个加工过程,以确保定位精度的要求。
为了加工复杂的孔,准备的过程,用反向循环计划,,如图5(b)所示。
这些加工顺序从原材料至成品零件是反向操作的。
3.2.5加工过程顺序
可能有几种方法可以产生一个设计。
评估这些方案的标准包括产品的质量和加工效率。
一个好的零件工艺规划应该有最小的非生产时间,恰当的工具使用和一个满意的精度要求。
kruth等人。
[8]产生的非线性过程来提高CAPP系统的响应时间,chu和Gadh[9]设计了一个最小化工艺规划设置的方法。
现在本文介绍优化排序进程去尽量减少非生产性的时间。
事先测序过程优化的描述,一些测序法中包含的规则如下:
规则1应该根据设定编排程序以便节省安排时间和保证用机器制造的准确性。
规则2重要的特征应该首先进行加工,之后然后添加其他特征的工艺规划。
规则3在处理相同的设置时,应尽可能减低刀具更改。
规则4在处理相同的设置时,托盘变化应减至最低;
时必须有托盘轮换,应按顺时针方向旋转托盘,应该减少旋转角度数量。
规则5应尽量减少刀具的运动。
表1刀具性能和加工能力
表2工艺过程准备清单
图5插装阀孔特征的制造工艺。
(a)制造特征的分析。
(b)反向循环规划
有其他方面的限制,影响进程的顺序。
Mill等人[10]和chu[9]介绍一些常见类型的相互作用问题的约束。
对于液压集成块CAPP,只有以下的限制可能会发生,因为大多数的加工表面是外表面和孔。
精加工操作前必须做粗加工操作。
例如,扩孔必须在钻孔后。
这个被称为“加工表面的相互作用”。
一些制约因素,如可达性和设置可能要求在其他步骤之前或之后加工一些特征。
例如,攻丝必须在已有的洞基础上。
有时,这项操作取决于其他操作。
例如,如果X孔打进洞Y精细表面,然后所有孔Y的加工必须在孔X加工前;
否则,Y孔表面要求不能达到。
上述规则和约束都是影响测序过程的重要因素。
所有这些都被当做知识封装进测序的优化搜索算法。
测序流程的优化,实际上是来重新排列产品的所有进程的一种搜索的方法。
有关类过程的定义,每个进程都有一个变量的“优先”,其中存储了一个值,该值指示进程的优先级。
根据上述约束和规则设置值。
具有较高的优先级值的过程应首先进行。
根据图6的算法,确定最佳工艺重新排列进程列表。
3.3数控接口
自成功引进数控机床,由于其优势例如降低的生产成本、高精度和可重复性,数控技术已经彻底改变制造业。
数控代码格式转移的过程可以生成数控程序。
图6排序过程的算法。
3.3.1工艺方案的分析
测序过程计划是自动生成数控程序的源信息。
在2.1节有一个过程类的详细描述。
在所有进程变量中“操作”,“切削”,“纪录”,“孔表面“和”工具“生成数控代码方面很有用。
“孔表面”和“工具”是点变量,它们存储有关的生产功能和工具的具体信息。
例如,一个工件可能有两个38.1毫米(1.5英寸)深(H1,H2)的浅孔和101.6毫米深(H3)的深孔(4.0)。
表3给出了一些工艺操作。
数控加工程序通过使用标准的Gcodes和M、T、F、S、X、Y、Z和G函数提供刀具路径的描述、运动模式(快速、线性插值或圆弧插补)和切削条件的完整说明。
"
操作"
和"
切削"
的值决定刀具运动(尤其是刀具运动落后到原始点)。
当值在两个连续的过程中是不同的,铣刀必须返回到原来的位置移动,然后迅速移动到另一个位置后加工;
另外,当值是相同的,刀具移动到另一个位置,没有向后移动到原来的位置。
因此,同样的“操作”和“切削”的进程,应优化为最小的非生产之间的富有成效的轮廓刀具运动安排。
托盘旋转依赖于加工面的值。
旋转参数将是0°
,90°
,180°
和270°
。
有关该工具的参数将被转换为换刀指令(M06)和刀具条件命令(S,F)。
功能和过程的记录,是决定固定周期的重要因素。
在本文考虑的固定循环包括钻孔循环(G81),反镗循环(G82),深孔钻循环(G83),攻丝循环(G84),孔出入循环(G85),G86,G87,G88,G89。
例如,表3所示,G83(深孔钻循环)所示的过程是用来定义一个过程,“钻一个H3-101.6毫米(4)的深孔”。
3.3.2代码生成算法
因为已经信息之间的关系被覆盖在过程中和数控代码也已分析,它有可能用代码生成算法把过程转化为数控代码。
该算法是用来扫描整个过程计划和插入托盘旋转,换刀,加工行动以便生成数控代码。
表3进程列表中的部分信息。
Afifi和Hayhurst[11]通过参考在加工中心中多组分托盘停留时间开发了计算机辅助零件程序。
代码生成算法被引入到处理测序过程计划。
因为工艺计划已经在进程列表中被排好序,数控程序通过有序的扫描进程列表和生成的每个项的代码段可以被生成。
代码生成算法流程图如图7中所示。
图7数控程序生成流程图。
用于生产液压集成块的加工工具是一个卧式加工中心。
刀具运动可被刀具切削路径定义或数控宏调用。
切割路径通常包括旋转主轴和进给速度(当刀具用于加工时)或不旋转的主轴的刀具运动(当一刀移到新的位置,对于新的切点)。
上面的示例中,自动生成的数控代码是:
N5G90G80
N10T01M06
N15G54X25.40Y38.10S500M03M08
N20G0Z38.10
N25G99G81Z-38.10R7.26F127.00
N30Y114.30
N35G0Z38.10M05
N40G90G80
N45T02M06
N50B90
N60G55X50.80Y38.10S500M03
N65G0Z38.10
N70G99G83Z-101.60Q19.05R7.62F127.00
N75G0Z38.10M05
N80M30
3.4数控代码仿真接口
即使对于有经验的零件程序设计员,找到读取数控代码错误是困难的,因此,可视化仿真用来检查在加工过程中的数控代码的有效性。
动画和动态数据库技术用于仿真。
整体制造过程在计算机屏幕可以形象化,无需实施在现实生活,使当前液压集成块直接地被检查。
它不仅可以检查生产的数控代码的可靠性,也可检查辅助工具的集成块。
此应用程序的输入是一个液压集成块为数控应用程序生成块的数控代码。
使用标准G代码格式编写的数控代码。
每个G代码在加工中有特定功能。
因此,该代码可以被翻译成适当的运动,如工具,刀具进给,刀具条件等方向的运动。
刀具运动添加到这些固定的加工周期,如G81,G82和G83,它也应该被定义,例如作为一个循环。
图8显示了一个示例G83周期和其刀具运动[12]。
G83代码命令的格式是"
G83XxYyZzQqRrFf"
图8G83刀具运动周期
图9显示了数控视觉检测的接口。
所有工具的信息,连同几何和制造参数如进给率和速度,将存储在工具库中。
而且它也有一个动态的在线液压集成块数据库,其中存储所有加工功能。
加工功能的所有过程操作都完成后,将到动态块模型中输入该功能实例的参数。
只有最后一个机器步骤已成功地进行后,一个完整的阀块模型才算完成。
图9数控代码的可视化仿真接口。
图10显示了正在运行的数控代码模拟接口。
四个窗口分别显示生产制造的完整信息,工具的详细信息,当前制造显示的信息和数控代码信息。
在制造窗口中,液压阀块的仰视图和侧视图中显示。
当前特征被加工时,在操作之前,所有同一节的孔加工显示在此窗口中。
这将帮助用户检查机械加工孔间的相互作用,并检查当前刀具。
信息的工具窗口显示几何和当前刀具的参数。
在工具信息窗口和制造面信息窗口,信息在几何学信息和参数信息之间可以被交换。
在数控代码窗口中,根据要制造过程模拟当前执行的数控代码。
另外一个特点是,所有的数控代码文件可以编辑。
图10数控代码运行界面的可视化
数控代码视觉检测应用程序具有自我形态学检查的能力。
当在目前的数控代码段一个错误被发现,它将被列为错误。
动画的技术应用在编程中的视景仿真,这使得检查更适用于真实的制造。
刀具运动的模拟根据代码的指示来完成换刀运动,固定的周期运动,迅速向后运动等。
3.5结论
计算机辅助工艺过程设计的一个生成方法介绍了生成液压阀块的过程操作。
对产品的功能要求进行了分析后,反向的的递归的方法用于确定测序过程。
该方法从最后的液压阀块开始。
一些特征可以分离出来,每一个特征都有其工艺操作进行加工。
在过程的特征被确定后,这个特征将从最后的多种阀块里移走,然后,直到原材料库存满足,所有液压集成块的加工过程必须确定。
储存在知识库中或功能封装的生产知识和约束对于确定每道工序操作的优先级很重要。
一个理想的搜索算法是安排好所有的加工操作以便减少非生产时间。
它具有以下优点:
它是根据经验的过程策划的方法。
它满足了加工技术和约束。
它节省了工艺规划时间。
在成熟的排好序的液压阀块加工工序后数控代码可自动生成。
代码生成算法用于工艺计划进行扫描,并将托盘轮换、工具的更改和加工操作插入数控代码段。
视景仿真的数控代码也被用于检查刀具运动、制造可行性和设计质量。
在本文介绍的计算机辅助工艺过程设计系统和数控系统,与设计应用和检查的应用一起,是其中一种基于特点的液压阀块的产品模型应用。
它说明了基于特征的液压集成块内置的Windows环境集成的CAD/CAM软件的开发。
鸣谢
本文中所描述的工作得到了来自香港理工大学支持
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