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    船用大功率柴油机零件工艺设计标准化和自动化

    作者:《船舶工程》    来源:    浏览:2019    发布时间:2004-03-09
    1 引 言 为了克服目前传统工艺设计方法上存在的问题,除了必须按成组技术的原理贯彻工艺设计标准化外,还必须实现工艺设计的自动化。计算机辅助工艺设计(CAPP)有利于提高工艺设计的质量,促进其优化和标准化;极大地提高工作效率,保证同类零件工艺的一致性;为制定合理的工时定额和材料消耗定额及完善企业管理提供科学的依据。特别是人工智能技术的日趋成熟,更为工艺设计的自动决策、生成创造了有利的条件。此外,随着CAD和CAM的技术日臻成熟,计算机集成制造系统(CIMS)的开发已提到日程上来,而作为连接产品设计和制造的桥梁―工艺设计更必须采用计算机辅助工艺设计。 近年来,计算机辅助工艺设计技术正在愈来愈受到人们的重视,可是,由于CAPP系统开发工作量很大,加之很多单位缺乏开发经验,不能科学地总结出所适用的工艺数据和工艺准则,致使有些CAPP系统的总体框架缺乏先进性和合理性,造成开发周期长和人、财、物的浪费。为提高我国的CAPP研究应用水平,在开发船用大功率柴油机零件CAPP系统时应用CAPP开发工具,取得了较满意的结果。 2 船用大功率柴油机零件的结构工艺特点 (1)零件结构较复杂,结构尺寸大,工件的搬运、调头加工不易。从工艺原则判断,这类零件适宜于采取集中工序加工。 (2)功能性零件的结构典型化和标准化。 (3)许多零件在结构和形状上是相似的,但由于零件的工况不同,其材料、技术要求差异很大。 (4)柴油机零件的工艺要求普遍高于其它产品零件,工艺路线也较为复杂。 (5)零件的制造精度要求比较高,一般在IT6~IT7。 (6)零件普遍有多种热处理要求,特别是表面处理(如氮化,镀层)较多。 (7)零件材料多数为难加工的合金钢,约50%以上为进口材料; 上述的零件结构和工艺性特点是工艺设计中零件合理分类编组的重要依据。 3 工艺设计标准化方法及内容 众所周知,尽管各种机械零件千差万别,但它们在结构、形状、材料、毛坯形式、尺寸和加工精度等方面都具有一定的相似性。同时在一定的生产条件下,它们的工艺规程也必然具有相似性。例如,通过对一千多种柴油机杆轴类零件分析,将相同或相似的工艺予以合理化和标准化后,只需用14种标准工艺即可代替。统计分析发现,随着加工零件品种的增加,不同工艺过程的增长率在下降,这说明在设计某零件的工艺规程时,可以通过检索标准工艺规程,派生出具体零件的工艺规程,从而减少不必要的重复劳动,同时又有效地防止同类零件的工艺多样性。 柴油机零件原有工艺文件的标准化程度较低,对其进行标准化工作就十分重要。应用成组技术能使零件按相似性原则归类,并在统一的基础上进行合理化和标准化工作,进而建立零件族的成组工艺。例如,在设计柴油机回转类零件的成组工艺时,我们着重进行了以下的工艺标准化工作。 (1)工艺文件名称的标准化。原有工艺的有关工序名称极不规范,例如工艺过程卡和工序卡不分,通称操作工艺卡;工序名称以设备命名,如车削工序分为大车、中车、小车,根据工序名称根本分不清是粗加工还是精加工工序。在编制成组工艺时,我们以国家颁布的工艺文件命名的有关规定取名。这样,从工序名称就可以清楚地分清一个工序的性质和整个工艺的加工顺序。 (2)工序内容的表述规范化。设计人员不同,对同一个工序内容(操作说明)的表述也不同。原操作工艺卡,在操作说明中没有表明装夹方式、加工顺序。 (3)工艺文件内容完整和格式统一。对于零件族的标准工艺―成组工艺,工艺文件的内容必须是完整的,格式也应是统一的。为此,我们对柴油机零件的成组工艺,设计了一种成组工艺过程卡和一种成组工序卡,包括工艺文件的表头信息、加工车间、选用设备、切削参数等。 (4)选用有关标准,确定工序尺寸、工序公差、切削参数、工时定额等。工艺文件确定工序尺寸及公差时,选用工艺师手册制定的标准;确定切削参数、工时定额等时,选用上海市制定的有关标准。经实践证明,选用相关标准确定工艺设计参数,可有效地减少单件、小批量生产方式的工艺设计中,由于工艺人员任意确定有关参数而引起的弊端。 (5)加工设备与刀、工夹具的选择。在成组工艺中,对于每道工序所用的加工设备必须明确。这不仅可以避免在调度时的随意性,还可以为成组加工创造条件。同样,工序所用的刀具和工夹具也必须是确定的。 4 船用大功率柴油机零件工艺设计的自动化 以成组技术指导的工艺设计合理化和标准化工作,为计算机辅助工艺设计奠定了基础,进而实现了工艺设计的自动化。在实施工艺设计自动化时,利用了华东船舶工业学院开发的CAPP开发工具,大大缩短了CAPP开发周期,减少了重复性劳动,而且便于维护扩充,适应新产品、新环境的变化需要。该CAPP开发工具分常规工艺开发工具和CAPP/NC开发工具两种类型。用常规工艺开发工具能构造派生式CAPP系统,此工具采用面向对象的Visual Foxpro5.0 (VFP)语言开发;用CAPP/NC开发工具构造的专用CAPP系统能生成NC和数控工艺规程,此工具采用C++和VFP语言开发。由于系统将程序和数据彻底分离,故企业可方便地植入和动态修改工艺数据与生产条件。 4.1 常规工艺CAPP系统 该系统由3个子系统和7个数据库管理模块构成,零件工艺设计时利用了成组技术的相似性原理,尽可能地重复利用已有的工艺信息,提高工艺设计的规范化水平。 4.2 复杂零件CAD/CAPP/NC系统 柴油机缸体、机架、机座等关键零件结构复杂,加工面和孔群信息繁多。以前工艺设计时,孔群信息需人工计算,工作量大。通过分析研究可知,这些零件的原图纸信息可以经交换文件转换成Auto CAD的图形信息。研究柴油机零件CAD/CAPP/CAM的集成,关键是CAD与CAPP/CAM间的信息交换问题。 该系统应用Auto LISP语言和对话框语言,在Auto CAD环境下直接操作图库提取图形信息。并自动生成零件各加工面的孔群、孔位信息,此信息传送到VFP5.0环境下,补充输入CAPP需要的信息,进行编辑修改。编辑完成后,将信息按CAPP/CAM要求的格式生成接口文件,实现CAD/CAPP/CAM系统的集成。该系统具有如下的功能特点: (1)从CAD图形中提取加工面的信息、孔群信息及孔位信息等; (2)根据孔位信息生成孔位示意图; (3)将提取的信息转换到数据库中进行编辑修改; (4)将修改后的信息转换为CAPP/CAM需要的格式输出; (5)根据面信息和孔群信息生成工艺过程代码文件; (6)根据孔位信息和代码文件生成刀轨文件; (7)进行刀轨模拟; (8)生成数控程序。
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