实用组合机床CAD系统的研制

图 1 系统功能模块图 1999 年 第 8 期
问题自动存放在备忘录内, 及时提醒设计人 9
员重视所列问题 , 保证整机如期完成。 系统确定关键技术的原则是 : 当零件的 外型尺寸、 单件重量、 单件价格、 精度等级等 达到一定的数量级范围时, 列出表格让设计 人员确定。这种范围亦可由设计人员根据具 体情况设定。 4 4 结构设计 结构设计是将方案转化为图纸的过程, 系统提供了标准件图形库和通用件图形库, 所有库中的图形均采用参数化实体造型。设 计人员通过修改图形的特征和尺寸, 即可满 足零件的设计要求。零件的实体造型由系统 自动转换为零件加工图。系统还可在实体状 态下进行零件的装配, 及时发现设计中存在 的问题。 CAD 系统 Solid Edg e 与 VC 编程环境
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结论
本系统经实际使用, 可得出如下结论:
( 1) 系统从实用性出发, 在方案设计的基 础上给出相应的造价, 不仅给设计人员 , 同时 也给决策人员提供了决策的可靠依据。 ( 2) 系统在 VC 编程环境下, 通过 Ac t iveX 技术集成 CAD 软件 Solid Edg e, 探索利 用现有软件系统的功能, 构造新的软件系统 的路径。 ( 3) 系统采用交互技术, 配以资料库和图 形库 , 给设计人员提供了快捷、 直观的方案设 计方法。 ( 4) 采用参数化实体造型技术 , 压缩了图 形库的容量, 进行零件图的自动转换, 大大减 轻了设计人员的绘图工件量。
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系统原理
组合机床方案设计的过程是一个根据所 加工产品的工艺特征, 对组合机床的结构布 局、 力 学性能、 运动控制、 切削方法、 成本大 小、 制造难易程度、 外观设计等多种因素进行 反复权衡、 不断筛选的过程, 而结构设计则采 用图纸语言充分表达和实现所确定的方案。 因此 , 方案设计是一个方案的优选过程 , 需要 设计人员有丰富的设计经验、 广博的理论知 识和较强的实践动手能力。为了模拟人的方 案设计过程, 系统采用面向对象编程技术, 围 绕所加工的产品, 设置一系列的特性和方法 , 用设置的特性来说明产品的使用要求、 工艺 要求、 精度要求和性能要求等 , 用设置的方法 来描述如何实现所列特性, 当所有特性均确 定之后, 即可得到设计方案的评价指标如制
卢锷等 产品研制开发 CA D/ CA E/ CA M 技术路线与应 用 光学精密工程 , 1997, 5( 6) 葛友华 男 , 1956 年生。副教授 , 博士后。 邮编 : 224002
( 本文 1999 年 4 月 16 日收加工技 术
计中 , 借助于本系统 , 取得了良好的效果。 S195 柴油机齿轮室盖为压铸铝件 , 本工 序需解决三个孔的镗削( 其中一为盲孔 ) 。老 式的镗削专机采用两端动力头固定在液压滑 台上完成刀具的进给切削运动 , 工件与夹具 固定在两动力头之间。夹紧同样采用液压装 置, 使得该专机的体积庞大, 工作环境差, 造 价较高。为了扩大加工能力 , 设计人员借助 于本系统 , 在方案设计过程中 , 系统计算了刀 具的切削力、 切削率、 刀杆的变形等参数, 由 耗用功率和切削速度排出运动链及其参数,
Key words: modular machine tools; CAD; VC ; software integration 形库 , 为设计人员提供了丰富的设计资料, 减 轻了设计人员的设计绘图工作量。
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前言
组合机床在机械制造生产流水线中发挥
着关键性作用 , 它往往是企业扩大生产能力 的主体。组合机床设计的优劣 , 直接影响投 资规模、 生产效率和产品质量。现有的组合 机床大多数沿袭传统的设计方法 , 即采用动 力头 + 滑台 + 底座框架 + 液压系统的结构。 随着数控技术的不断成熟和推广应用以及数 控与电气控制的协调性, 组合机床几乎所有 运动形式的控制均可采用数控部件来替代, 尤其是要求 运动精 度、 定位 精度高的 场合。 另一方面 , 对项目的决策人员来说 , 希望在项 目设计的初期就能直观地了解有关组合机床 的详细情况, 特别是机床的外观、 成本及其先 进性。因此, 我们从实用的角度, 开发了实用 组合机床 CAD 系统 , 运用实体造型技术建立 可随时更新的方案模型图形库、 材料和标准 件价格数据库、 标准件和典型零件参数化图 8
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系统结构
实用组合机床 CAD 系统可实现各种设 计方案的比较 , 成本、 制造工期的估算, 零件 参数化实体造型和零部件装配等功能, 具体 功能模块设置参见图 1。 系统还设置了一个数据库 , 各功能模块 需要的数据均存放在数据库中 , 由该数据库 来协调各功能模块间的关系 , 并通过数据库 的不断更新来实现设计过程的动态一致。
程环境下运行的 , 由于在方案设计的开始即 需要大量的模型图, 而模型的造型是在 Solid Edg e 系统中完成 , 因此无法在 VC 环境下 直接建立图形库 , 并进行提取。图形是靠查 询数据库中的代码, 由代码进行二次识别所 需要的图形文件, 来实现 Solid Edge 系统下 的图形调用, 使计算机在多线程下工作 , 以达 到设计步骤与图形调用的统一。
组合机床与自动化加工技 术
造成本、 生产周期、 可靠性和实用性等。 实用组合机床 CAD 系统是在 VC
编
效率将成倍提高, 设计人员只需要调出数据 , 作几何尺寸的修改即可完成整个设计工作 ; 若设计人员需要在某种方案的基础上加以修 改, 系统将建立临时工作区, 方案在该工作区 内由设计人员作任意的修改 , 修改后的方案 由系统加入方案库, 作为今后的设计资料之 一。 结构 方案主要 选择组合 机床的 整体布 局、 刀具与工件的相对运动形式; 切削方案选 择刀具的种类、 切削参数、 运动链排布 ; 装夹 方案考虑刀具的驱动方式、 工件的定位方法、 夹紧参数计算与选择; 控制方案对切削、 进给 运动进行控制 , 给出了数控、 液压、 气动、 电动 等控制形式及相应的规格参数 , 设计人员可 以选择某一种或某几种的叠加形式。 4 2 成本估算 方案设计完成后 , 组合机床的各种基本 参数已全部确定 , 包括大宗零部件、 标准件、 外购件、 原材料等。系统根据常规设计原则 给出零件的结构参数, 估算出整机的重量, 同 时给出原材料的推荐型号和标准件的种类与 规格 , 作为估算价格的依据。 根据制造方式的不同 , 价格估算的方法 也不同。如果采取委托制造方式 , 整机价格 = 原材料价格的三倍+ 控制系统价格+ 外购 件价格, 还需要加上必要的管理费用和税收。 原材料的市场价格波动较大 , 外购件采购过 程中的人为因素也较多, 故在设计计算之前 , 需要了解一下有关项目的市场价格 , 更新价 格数据库 , 尽量保证估算价格的准确性。 4 3 关键技术 关键技术功能的设置主要从制造的角度 考虑下列因素 : 一是非常用规格及型号的原 材料采购是否困难; 二是外购件的选择是否 为常用件或标准件 , 市场上能否买到; 三是所 需加工的零件 , 尤其是大件和高精度件 , 在本 地制造能否达到精度要求 , 有无替补方案; 这 些问题的存在也影响到整机的成本以及制造 周期。因此, 在方案设计完成后, 系统将有关
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系统实现
方案设计 方案设计是在工件加工工艺的基础上,
以工件、 刀具的运动形式以及工件与刀具的 相对运动形式为主要依据。加工的方式 ( 亦 即刀具的运动方式 ) 决定了组合机床的主切 削运动形式和工件的装夹方式。系统根据典 型的加工工艺, 按照推荐序列给出一组方案。 若设计人员选择了系统中现有的方案, 工作
参考文献
1 唐荣锡 , CA D/ CAM 技术 京 : 机械工业出版社 , 1997 3 机床设计手册编写组 出版社 , 1986 4 高敏 , 梁 雪梅 及应用 5 微 机集 成 CAD 系 统 M ICCIM S 的开 发 航空制造工程 , 1995( 1) 机床设计手册 北京: 机械 工业 北京航空航天大学 , 1994 机 械工 程手 册 , V ol 8. 北 2 机电工程 手册 编辑 委员 会
关键词: 组合机床
CAD VC
软件集成
Development of the Practical CAD System of Modular Machine Tools Ge Youhua Niu Guoxiang Hua Rongshen
Abstract A ccording to the character istics of the design and manufactur e of modular machine tools, w e use Vc lang uage, Access database and Solid Edge CAD system to select the design projects and to calculate the costs of the machine tool, and then we develop the practical CAD syst em of modular ma chine tools w ith the help of the mutual technolog y on scr een.
作为动力头结构设计的依据。根据铝切削加 工的特点, 改变机床的布局, 改善机床结构 , 直接将动力头固装在床身的两端 , 工件和夹 具装在中间滑台上, 由数控系统控制进行运 动, 提高了位置精度的控制能力, 使整机重量 和成本费用减少了近一半, 产品加工精度完 全达到图纸要求 , 从方案设计到全部图纸完 成仅花十天时间, 取得了良好的效益。
通过 ActiveX 技术, 由 COM 接口传递相互间 的数据 , 并采用多线程技术使两个系统在共 存的情况下达到信息的同步输出和程序的同 步运行。使得每一步设计达到图文并茂的效 果。同时 , 设计若干个完成特定功能的组件, 使得零件的造型快捷、 方便。
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设计实例
在 S195 柴油机齿轮室盖镗削专机的设