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模具制造工藝設計及capp系統的研究

1、模具制造工藝設計概述

1.1 工藝設計工藝設計是優化配置工藝資源,合理編排工藝過程的一門藝術,是生產中的關鍵性工作。工藝設計的主要任務是為被加工零件選擇合理的加工方法和加工順序,以便能按設計要求生產出合格的成品零件。工藝設計的主要內容有:(1)選擇加工方法及采用的機床、刀具、夾具和其他工裝設備;(2)安排合理的加工順序;(3)選擇基準,確定加工余量和毛坯,計算工序尺寸和公差;(4)選用合理的切削用量;(5)計算時間定額和加工成本;(6)編制包含上述所有資料的工藝文件。

工藝設計包含的內容和基本流程為:設計部門(設計圖紙)工藝部門(工藝審查記錄單),設計部門(設計修改)、工藝部門(工藝總方案)一設備、工裝、物資準備*試制、產品設計圖紙、工藝文件定型。

1.2模具制造工藝設計特點由于模具零件形狀的復雜性及特殊性,在實踐中,很難將其制造工藝按某種固定的模式進行編制。各廠家因其設備狀況、技術水平不同,對相同的模具零件,所編制的工藝也可能完全不同。同一個模具零件可以有多種不同的加工工藝,制定制造工藝時需要考慮的因素多,很難確定一個通用的工藝方案。跟一般機械制造相比,模具制造工藝的明顯特點是:(1)模具是一種典型的面向訂單的單件產品,幾乎每一次生產都帶有試制性,需要經過設計、制造、試模、修模的多次反復,而且經驗依賴性強。(2)相關的模具零件間經常需要配做,加工工序相互關聯。(3)模具零件材料硬度高,制造質量要求高。

常用的模具的加工方法主要有機械加工和特種加工兩種。常用的機械加工有車削、銑削、刨削、磨削。常用的特種加工有電火花成形加工與電火花線切割加工。

模具制造工藝設計需要考慮的因素較多,一般包括:(1)模具的類型、結構。模具按其工作方式可以分為刃口類和成形類兩種,其中刃口類主要包括沖裁模,成形類包括成形沖模、鍛模、壓鑄模和注塑模等。刃口類模具的工作零件通常需要采用電火花線切割加工,而成形類模具的工作零件通常需要采用電火花成形加工。(2)零件的結構形狀、尺寸大小、零件表面加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一表面的加工方法往往有若干種,實際選擇時還要結合模具的類型、零件的結構形狀、尺寸大小以及材料和熱處理的要求全面考慮。例如對于it7級精度的孔,采用鑊削、鉸削、拉削和磨削均可達到要求,但型腔體上的孔,一般不宜選擇拉削和磨削,常選擇鎮孔或鉸孔,孔徑大時選擇鑊孔,孔小時選擇鉸孔。(3)零件材料的性質。材料的性質對加工工藝的選擇也有影響。例如淬火鋼應采用磨削加工,有色金屬零件,為避免磨削時堵塞砂輪,一般采用高速銑或高速精密車削進行精加工。(4)生產效率和經濟性的要求。大批量生產時,應盡量采用高效率的先進的工藝方法,如內孔和平面可采用拉削取代普通的銑、刨和錘孔方法。此外,任何一種加工方法,可以獲得的加工精度和表面質量均有一個范圍。但只有在一定的精度范圍內才是經濟的,這種一定范圍的加工精度,即為該種加工方法的經濟精度。選擇加工方法時,應以零件的精度要求選擇與經濟精度相適咸的加工方法。例如it7級精度、表面粗糙度ra值為0.4的外圓,通過精車雖可到達要求。但在經濟上就不如磨削合理。(5)企業的設備情況和技術條件。模具加工工藝既要滿足模具零件的技術要求還要與現場制模條件、技術水平相適應。

因此,模具制造中,同一個模具零件可選擇的工藝路線很多,不存在普遍通用的工藝路線。

2.模具capp系統的功能分析

模具capp系統中的大量工藝數據是安排和組織生產的依據,同時也是設備、勞資、生產、財務等部門管理的依據,capp系統中工藝數據至關重要的。作為企業信息化建設中的***分,capp應從設計、管理、集成等多方面來解決企業的工藝設計問題。

為了適應極其錯綜復雜的制造環境,模具企業工藝設計對capp系統提出以下功能要求:

(1)模具產品結構的描述;诋a品結構進行工藝設計,可以直觀、方便、快捷地查找和管理工藝文件。模具capp系統應能完整地描述模具各組成零件及其相互關系,為模具工藝規劃提供必要的模具零件幾何特征和結構描述信息。

(2)資源的利用。所謂資源就是工藝設計需要支配工藝資源數據(設備、工裝物料和人力等),需要應用工藝技術支撐數據(工藝規范、國家/企業技術標準),需要參考工藝技術基礎數據(工藝樣板、工藝檔案)。capp系統應廣泛而靈活地提供資源內容和資源使用方式。

(3)工藝設計及管理。模具工藝設計過程包括工藝管理、工藝設計、工藝匯總、工藝設計管理、工藝設計流程、工藝設計的后處理、工藝標準化、客戶化加工工藝信息的描述等。由于不同的用戶可能采用不同的工藝信息描述格式,模具capp系統應能完整地描述模具組成零件的加工工藝,以便根據需要,轉換成不同的工藝文件格式如工藝過程綜合卡、機械加工工藝卡和機械加工工序卡等。

(4)設備資源信息的描述。工藝人員對模具零件進行工藝規劃時,需根據設備資源信息確定相應的工藝路線。模具capp系統應能完備地描述設備的信息,包括靜態信息和動態信息(靜態信息主要包括設備的加工能力描述和設備的管理信息描述,動態信息主要是對設備負載情況的描述)。

(5)工藝規劃的協同性和并行性。一副模具通常由數十個甚至上百個零件組成,若所有的工藝設計(包括工藝路線的制定、作業指導書設計、工序圖繪制、工裝設計、數控程序設計、工時額定、熱加工等輔助工藝設計等)由一個人單獨完成,則需花費較長的時間。模具capp系統應提供支持多用戶同時操作的功能,允許不同的設計人員同時對不同的模具零件進行工藝設計,或同時對多副模具的零件進行工藝設計,即協同模具工藝規劃。

(6)工藝規劃的實時性。模具生產中,零件間的制造工藝聯系密切,當調整某個零件的工藝設計方案時,應允許工藝人員隨時修改相關零件的加工工藝,以便快速響應模具生產現場的變化或設計變動所造成的工藝修改要求。

(7)支持異地多任務、多角色協同設計,F階段很多模具企業并不具有加工模具零件所需的全部加工設備,企業之間的協作關系普遍存在。通過模具capp系統,不同地區的設計人員可以同時對同一副模具的零件進行工藝設計與制造,或對某個復雜零件的制造工藝進行探討。

作為一個實用的capp系統除了需要具備上述基本功能外,還要包括一些更智能的功能,如實現工藝設計所需信息的描述和代碼化,將工藝設計所需信息的數據結構型式的合理制定等等。

3.模具capp系統開發原則

目前,國內計算機輔助工藝設計的應用還處于推廣階段。由于計算機在模具企業生產工程中的應用還剛剛起步,很多企業還是空白,因此,開發模具capp系統應注意以下幾個開發原則:

(1)企業需要安裝簡便、人機界面友好的capp系統。操作復雜,數據準備和系統調試時間長,需要大量培訓才能使用的capp系統很難讓用戶接受。

(2)實用性強的capp系統。操作使用應符合工藝設計人員的工藝設計習慣,使之能迅速掌握。這樣capp系統才在企業中能得以推廣。

(3)開放性好的capp系統。模具capp系統應采用獨立的工藝設計知識庫,不同的模具企業可通過修改工藝設計知識庫,使capp系統實現工藝決策客用戶化。隨著模具加工設備的更新,新加工工藝的采用,將產生新的工藝方案。因此,capp系統應能較快的實現系統升級和功能擴展。由于制造環境的多樣和復雜,應當提供用戶一個可以構造適合于本企業模具制造環境的capp平臺系統,當用戶實際的經驗與系統的解答不一致時,系統的推理和決策方法能方便地被用戶修改。

(4)具有較好柔性的capp系統。能適應企業不同的產品和生產要求,能滿足不同的經營目標和生產計劃方案。

(5)能滿足模具集成制造的要求。集成化發展是現代制造業的發展趨勢,也是capp系統的發展趨勢,開發模具capp系統時應確保系統的底層數據結構符合集成要求。

(6)模具capp系統要考慮國內企業的管理模式。

4.模具capp系統的系統框架

模具零件工藝設計是一個復雜的工程問題,建立基于知識的模具capp系統時,一方面要采用合適的模型來描述和表達實際工程問題,另一方面還應考慮具體的制造資源、工藝設計人員的經驗和技巧、系統的實用性以及系統與其他capp子系統的接口、交互等各種因素;谥R的模具capp系統既包含基于實例庫、工藝設計知識庫的工藝生成,又包含基于人機交互式的工藝生成,可用性強,搜蓋面比較廣,既有針對性,又有一定的通用性剛。

系統采用b/s結構,通過局域網絡,便于數據共享和管理,其中數據是以數據庫的形式存放在后臺服務器上,后臺數據庫和前臺客戶端應用軟件以及連接前后臺的網絡共同構成模具capp系統。

4.1 工藝設計 工藝設計工具主要功能是加載項目對應的模具信息,創建模具rom樹,通過工藝設計向導進行工藝設計。工藝設計向導提供了基于操作的設計導航功能;诓僮鞯脑O計導航是以“操作”作為設計活動的基本單元,以“數據”作為設計活動的對象和結果,通過建立數據與數據、數據與操作以及操作與操作之間的關聯關系,以工藝數據的快速生成、快速定位、快速獲取和合理重組為主要手段,對工藝設計進行動態導航和柔性導航,進而提高工藝設計的效率和水平。工藝設計向導包含基于典型零件的設計向導和基于知識庫向導兩部分。工藝設計工具中提供了工藝設計幫助資料在線查詢功能,設計人員可以在線查詢常用設計資料,并提供工藝表格填寫功能。

4.2 報表輸出模具capp系統的打印中心,可槍出打印各類文件,包括工藝卡、零件圖、各種工藝管理文件以及其他文件。

4.3 查詢統計 提供對系統各類資源的查詢與統計,包括基礎庫信息、工藝以及模具零件信息等。

4.4 知識庫編輯 為了方便系統升級、滿足實際使用,需要對系統知識庫進行更新,模具capp系統提供方便快捷的知識庫編輯功能,主要包括工藝實例庫和工藝設計知識庫內容的刪除、更新、增加等。

4.5 系統管理 系統管理包含有以下功能:(1)數據安全管理功能,對在系統中使用的數據利用數據庫進行合理組織,并按照數據安全規則進行管理。(2)用戶權限管理,用戶權限可分為超級用戶、工藝設計、工藝審核、工藝查詢和數據庫維護。(3)基礎庫維護,對系統的基礎資源如設備庫、人員庫等進行維護、升級。(4)工藝審核,模具capp系統可對工藝設計、校對、審核、會簽、批準及更改流程進行控制和管理。(5)產品樹管理,管理部門從產品開發部門獲取相關零件清單,即零件產品結構樹。由于產品數據的唯一性,模具開發部門須拷貝該產品結構樹,形成其自身的產品結構樹。在該結構樹中,模具設計人員可在該結構樹上擂人零部件、瀏覽零部件信息、修改零部件信息。以產品樹作為零部件的組織方式,結構清晰,易于管理,且易于查找相似工藝。

4.6 幫助 對系統使用人員進行各類幫助導航;谥R的模具capp系統具有如下幫助功能:

(1)模具零件工藝規劃的實時性及數據一致性。在模具的生產過程中,經常會遇到一些無法預側的加工需求,如設計變更、制造缺陷、試修模反饋等,系統允許工藝人員隨時修改相關零件的加工工藝,以便快速響應模具生產現場的變化或設計變動所造成的工藝修改要求,系統除了及時根據需要更改零件的加工工藝外,還能夠保證這種修改與相關零件加工工藝的一致性。

(2)模具加工工藝規劃的協同性和并行性。一幅模具通常由數十個甚至上百個零件組成,系統允許不同的設計人員同時對不同的模具零件進行工藝設計,或同時對多副模具的零件進行工藝設計,可極大地縮短模具零件的工藝編制周期。不同的設計人員可以查看零件的設計結果,并提出設計修改意見,在通過審核后,把工藝文件存放到模具工藝庫中。

(3)用戶終端界面統一。系統采用b-s體系結構,用戶端使用單一的browser軟件,界面統一,維護工作簡單,設計人員可以在不同的地理位置進行設計,進行實時交流。工藝審核人員以及模具加工人員能隨時查看設計結果,提出反饋意見。

(4)系統結構開放。capp系統作為模具erp系統的一個子系統,提供了與其它系統的接口,能夠與其他系統很好地集成,實現信息共享。

(5)實用性強。系統工藝設計以交互式工藝設計為主,利用各種工藝知識庫,借助于計算機及其他方法,簡化了模具工藝卡的編制。

5.結語

從模具工藝設計、制造工藝的特點出發,分析模具capp系統的功能需求,結合系統開發原則,提出了基于web的模具capp系統的框架。

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