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注塑模具CAPP系统研究与开发

2008/12/13    来源:万方数据    作者:常云朋  常家东  段雷      
关键字:CAPP  注塑模具  数据库  C/S  
开发满足企业要求的实用CAPP系统是企业信息化建设的需要。在对注塑模具生产企业的需求情况和产品特点进行分析的基础上,研究开发了面向注塑模具的CAPP系统。系统充分考虑了注塑模具工艺设计的灵活性和经验继承问题,在开放的系统数据库和知识库的支持下可以完成产品结构管理、工艺设计、工艺管理、用户管理等任务。
    目前,许多注塑模具生产企业广泛应用了各种CAD、CAM系统以及各种数控加工方法和手段,这些都大大提高了注塑模具生产的质量和效率。然而,作为模具生产过程重要一环的工艺设计阶段的效率仍然较低。为此研究计算机在注塑模具工艺设计过程的应用,开发注塑模具CAPP系统已经成为缩短制造周期的主要技术手段之一。
   
    1 CAPP系统及其现状
   
    计算机辅助工艺过程设计(Computer aided process phnning,CAPP)是通过向计算机输入被加工零件的几何信息和加工工艺信息,由计算机自动生成工艺路线和工序内容的设计过程。其内容涵盖了毛坯选择、加工方法选择、加工顺序安排、工序内容确定、工艺装备选择、工艺参数计算和工艺文件输出汇总等。
   
    目前,我国CAPP系统的研究已经从最初的基于智能化和专家系统思想的CAPP系统、基于低端数据库的CAPP系统发展为完全基于数据库,采用交互式设计等多种设计方式的综合型CAPP系统。然而,与产品的设计过程相比,工艺过程设计具有经验性强,涉及影响因素多等特点。一些CAPP系统由于和企业的需求相差较大,不能像CAD系统一样在各类企业均能得到广泛的应用。为此针对不同类型企业的需求特点以及企业产品类型特点研究、开发相应的CAPP系统是CAPP实用化的基本途径。
   
    2注塑模具CAPP系统总体结构
   
    2.1系统需求分析

   
    鉴于CAPP系统对应用环境的依赖性。与注塑模具企业的应用实践相结合开发面向注塑模具的CAPP系统是解决该类企业工艺设计快速化的根本途径。
   
    注塑模具企业在生产组织方面属于订单式单件生产,整个生产组织均围绕订单(注塑模具产品)展开,生产的每套模具均为新产品,且要求的交货周期短。在产品结构方面,注塑模具结构复杂,成型部分结构随注塑件形状不同而灵活多变,而其它部分如:模架、导向机构、分型与抽芯机构、推出机构等结构变化相对较小,工艺设计时可以在不同产品借鉴。在加工制造方面,注塑模具要求的加工精度高、工艺流程长。并且,由于模具成型部分形状结构复杂,加工中除了使用常用的机械加工设备外,还经常使用电火花成型加工、电火花线切割等特种加工设备。总之,与一般产品工艺设计相比,注塑模具工艺设计在工艺多样性和经验依赖性方面的特点更加突出。因此,在注塑模具CAPP系统设计中要充分考虑工艺设计的灵活性和经验继承问题。使整个系统基于注塑模具产品结构关系进行,依据模具装配关系进行工艺设计。在经验继承方面,将大量成熟的经验知识存储在系统知识库中以供工艺设计时查询和借用。同时系统还应提供多种工艺设计手段,使工艺人员既可以人机交互地进行工艺设计,也可以利用典型工艺进行修改设计,还可以对不同产品问的借用件直接进行工艺借用。
   
    2.2系统总体结构
   
    注塑模具CAPP系统采用US网络体系结构。在C/S模式下,系统中较复杂的计算和管理任务由性能较高的服务器来完成,与用户的交互则由前端的客户机来完成。这样可以大大减少了网络中的数据传输量,充分利用服务器的处理功能,并能保证系统数据的安全性、完整性和一致性。系统总体结构,如图l所示。
   


    3系统功能模块及数据库建立
   
    3.1系统功能模块
   
    注塑模具CAPP系统包括图1所示六大功能模块。产品结构信息管理模块可为注塑模具工艺设计和管理提供产品、零部件的总体信息和结构信息。系统采用直观而又层次分明的产品结构树来表达各产品、零部件间的装配关系,并且通过树节点的属性信息,表达对应零部件的相关信息,如图2所示。产品结构树可以由用户手工建立、通过专用接口读取CAD中的明细表建立或者从PDM系统中直接导入。通过产品结构树,有权限的用户可以进行产品结构的编辑与浏览、产品信息的输入与修改等工作。
   
    以产品结构为基础进行零部件工艺设计和管理。可以方便地实现材料定额、工时定额汇总,提高系统的工作效率。工艺设计模块提供了工艺过程设计的平台,使工艺人员能够围绕产品结构编制零部件工艺规程,得到各类工艺文件。同时还可以对产品工艺数据进行汇总,得到各类工艺报表。在数据库的支持下,系统提供三种工艺设计方式:
   
    3.1.1交互式设计
   
    借助于系统工艺知识库中存储的工艺术语、工艺装备等信息,以人机交互方式完成工艺设计。注塑模具中与成型有关的型腔、型芯类零件可采用此方式。
   
    3.1.2典型工艺编辑
   
    借助于工艺知识库中存储的典型工艺,对其进行编辑形成工艺规程。典型工艺的建立是以结构、功能相似的同类零件为对象,通过将其工艺过程典型化,从而得到具有相同工艺内容的典型工艺。注塑模具中的导柱,导套,浇口套,复位杆等结构件,其结构类似,加工工艺基本相同。系统将这些典型零件工艺作为典型工艺,当对类似零件编制工艺时,可直接调用、修改,提高工作效率。
   


    3.1.3工艺借用
   
    前段时间给我不同注塑模具产品具有相同零件时,可采用工艺借用方法。对于零部件借用较多的注塑模具产品,该方法可以显著缩短工艺设计时间。
   
    工艺文件管理模块提供工艺文件的浏览、打印输出等功能。在检索工艺文件时,工艺人员可以设定一定的检索条件,从而快速地从工艺文件数据库中查找到需要的工艺内容供用户浏览或输出。
   
    工艺资源管理模块对工艺设计中涉及的制造资源、工艺知识以及典型工艺进行管理。其中制造资源包括设备、工装等资源的属性和状态信息。工艺知识包括常用术语、材料、工艺规则等信息。系统用户根据其权限可以浏览、修改、添加或删除各类工艺资源。
   
    用户管理模块包括用户信息管理和用户权限管理两方面内容。为了保证工艺文件的安全性,需要根据用户的工作职能设置相应权限,使特定权限用户只能完成特定的操作。系统用户权限分为系统管理、工艺设计、工艺审核、一般用户等。工作流程管理模块可以完成简单的工作流程控制功能。工艺设计一般要经过设计、审核、批准、会签等流程,根据企业的工艺设计流程可定义相应的过程模型,从而控制工艺设计任务在具有不同权限的用户间按预定的顺序传递和执行。
   
    3.2系统数据库建立
   
    后台数据库是注塑模具CAPP系统的重要组成部分。CAPP系统在运行过程中要使用并产生大量的数据和信息,如:产品数据、工艺数据、加工数据、用户信息等。这些数据与信息均存储在系统数据库中。系统设计并建立了以下数据库:产品信息库、工艺知识库、工艺数据库和用户信息库。产品信息库存储相关的产品结构信息、工艺分工计划及综合工艺信息。工艺知识库存储系统的工艺信息模型、资源数据、工艺规范等信息。工艺数据库存储系统的工艺规程、工艺文档、工序图等信息。用户信息库存储用户的一般情况信息以及用户权限、角色信息。
   


    系统数据库可为整个系统的实现提供底层数据支持,系统各功能模块与数据库的信息访问流程,如图3所示。
   
    4结论
   
    工艺过程设计的经验性和环境依赖性要求开发的CAPP系统必须与企业的生产实际相适应。针对注塑模具企业的产品特点与生产实际研究开发了面向注塑模具的CAPP系统。系统以产品结构为基础,在开放的系统内部数据库和知识库的支持下可以完成产品结构管理、工艺设计、工艺管理、用户管理等任务。该系统可提高注塑模具企业工艺设计的效率,保证工艺文件的规范性和一致性。
责任编辑:童伟
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