本文探討研究了超硬鏜刀的CAD/CAPP集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

　　引言

　　超硬材料刀具簡稱超硬刀具，主要包括金剛石刀具和立方氮化翻刀具.其中以人造金剛石復(fù)合片(簡稱PCD)刀具及立方氮化硼復(fù)合片(簡稱PCBN)刀具占主導(dǎo)地位。超硬材料刀具在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用，極大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，提高了產(chǎn)品檔次、降低了制造成本。PCD超硬鏜刀主要用于有色金屬的高效精密加工。PCBN超硬鏜刀主要用于耐磨黑色金屬材料的高效精密加工。超硬鏜刀在汽車工業(yè)和軋鋼設(shè)備制造中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　為了解決目前超硬鏜刀設(shè)計(jì)、制造效率低下的問題，提高刀具制造企業(yè)的信息化水平，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套超硬鏜刀CAD/CAPP集成系統(tǒng)(簡稱系統(tǒng))。系統(tǒng)針對(duì)超硬鏜刀設(shè)計(jì)和制造工藝的特點(diǎn)，使用VB,Access和AutoCAD作為開發(fā)工具，具有針對(duì)性強(qiáng)、精確高效、使用方便的特點(diǎn)。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)的組成

　　系統(tǒng)采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，各模塊間既相互獨(dú)立又相互影響，系統(tǒng)公共數(shù)據(jù)庫構(gòu)成了各模塊之間的橋梁。系統(tǒng)主要包括CAD,CAPP,數(shù)據(jù)庫三大模塊，每個(gè)大的模塊又由若干個(gè)小的功能模塊組成。采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)具有組織框架清晰的特點(diǎn)，同時(shí)也有利于將來系統(tǒng)的擴(kuò)充，比如擴(kuò)充CAM模塊。

　　系統(tǒng)中CAD模塊采用自動(dòng)式CAD方法，CAPP模塊采用基于實(shí)例的工藝設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)庫模塊采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫和靜態(tài)數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的模式。

　　1.2 系統(tǒng)的工作過程

　　系統(tǒng)的工作過程如下:

　　1)將被加工對(duì)象的屬性(原始數(shù)據(jù))輸人系統(tǒng);

　　2)根據(jù)被加工對(duì)象的屬性由系統(tǒng)的CAD模塊完成刀具材料選擇、刀頭結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、刀桿參數(shù)選擇、刀具結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)生成等初步設(shè)計(jì)工作;

　　3)將初步設(shè)計(jì)結(jié)果以特征編碼的形式存人動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中，并通過對(duì)話框顯示，經(jīng)過人機(jī)交互環(huán)節(jié)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷、編輯等操作形成最終設(shè)計(jì)結(jié)果;

　　4)將最終設(shè)計(jì)結(jié)果傳遞至AutoCAD自動(dòng)繪制刀具零件圖;

　　5)根據(jù)特征編碼進(jìn)行工藝特征匹配，找到某一種刀具的標(biāo)準(zhǔn)工藝，對(duì)符合特征的標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行編輯得到新零件的工藝規(guī)程。

　　在系統(tǒng)的工作過程中安排有一系列的人機(jī)交互環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)使用者與系統(tǒng)的交互。設(shè)計(jì)完成后自動(dòng)生成零件工作圖和工藝文件，并可打印輸出。

　　2 系統(tǒng)的CAD模塊

　　2.1 CAD模塊的功能

　　CAD模塊主要解決兩方面的問題，一是超硬鏜刀的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，二是超硬鏜刀零件圖的自動(dòng)繪制。對(duì)于第一方面問題，采用VB語言編制了設(shè)計(jì)計(jì)算程序，根據(jù)輸人的已知數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果以特征編碼的形式存儲(chǔ)在特征編碼動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中，供繪圖和工藝設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。對(duì)于第二方面問題，研究了使用VB調(diào)用AutoCAD的方法，實(shí)現(xiàn)了VB程序和AutoCAD的自動(dòng)連接，以設(shè)計(jì)結(jié)果為繪圖依據(jù)在AutoCAD中直接繪制零件圖形。

　　2.2 CAD模塊的算法

　　通過分析鏜刀的設(shè)計(jì)要點(diǎn)并結(jié)合參考文獻(xiàn)，決定銼刀刀頭結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)采用產(chǎn)生式算法。產(chǎn)生式算法是一個(gè)以"如果某些條件被滿足，就選擇某個(gè)參數(shù)值"形式表示的語句。這種算法和人的思維方式接近，比較直觀，容易收集和組織設(shè)計(jì)資料，非常適合超硬鏜刀設(shè)計(jì)。產(chǎn)生式算法對(duì)于一個(gè)目標(biāo)需要多個(gè)設(shè)計(jì)條件，這也符合刀具設(shè)計(jì)的要求，并且用這種算法擴(kuò)充條件相對(duì)比較容易。和設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)置產(chǎn)生式算法規(guī)則。下面以主偏角的設(shè)計(jì)計(jì)算為例介紹算法規(guī)則:

　　通過應(yīng)用產(chǎn)生式算法可以將設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)程序化，避免人為因素對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響。銼刀設(shè)計(jì)結(jié)果用對(duì)話框輸出，通過人機(jī)對(duì)話的方法可以對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修改。修改結(jié)束后得到的最終結(jié)果以特征編碼的形式存儲(chǔ)在設(shè)計(jì)結(jié)果文件(即動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫)中。

　　零件圖的自動(dòng)繪制是用AutoCAD軟件包來完成的。用VB語言編程，將AutoCAD當(dāng)成系統(tǒng)中的一個(gè)圖形窗口，直接對(duì)AutoCAD進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖。應(yīng)用VB語言編程驅(qū)動(dòng)AutoCAD，首先要將VB與AutoCAD連接起來，需要兩個(gè)步驟;(1)在編寫VB代碼前，在VB編程環(huán)境中引用AutoCAD對(duì)象庫;(2)編寫VB程序代碼，創(chuàng)建AutoCAD對(duì)象，啟動(dòng)運(yùn)行AutoCAD，創(chuàng)建新圖形文件，調(diào)用繪圖命令繪圖，調(diào)用標(biāo)注命令進(jìn)行標(biāo)注，最后將繪圖結(jié)果自動(dòng)存盤。

　　3 系統(tǒng)的CAPP模塊

　　3.1 CAPP模塊的組成和工作原理

　　CAPP模塊主要包括:零件分類索引樹、工藝實(shí)例庫、零件相似性檢索模塊、零件工藝編輯模塊、工藝規(guī)程輸出模塊等五部分。

　　本系統(tǒng)的工藝決策借鑒派生式CAPP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，將現(xiàn)有的鑊刀加工工藝進(jìn)行分類、編碼，使用工藝特征編碼構(gòu)成零件分類索引樹。在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)將零件特征編碼與工藝特征編碼進(jìn)行相似性計(jì)算，從而找到最相近的編碼，從工藝實(shí)例庫提取工藝實(shí)例。

　　3.2 提取工藝實(shí)例的算法

　　工藝實(shí)例是按照零件分類索引樹分類存儲(chǔ)的。在輸人當(dāng)前零件特征編碼后，系統(tǒng)開始進(jìn)行檢索，從分類樹的樹根開始，采用二叉樹的先序遍歷方法，逐層地進(jìn)行搜索，尋找當(dāng)前零件所屬的零件類。在找到當(dāng)前零件所屬的零件類后，系統(tǒng)將計(jì)算當(dāng)前零件與該零件所屬類中所有實(shí)例的相似性系數(shù)k，并將k最大的兩個(gè)零件按先后次序顯示出來.供用戶選用。用戶可以選用滿意的實(shí)例，調(diào)用其工藝信息直接使用，或進(jìn)行編輯修改。

　　相似性系數(shù)k是用于衡量當(dāng)前零件與實(shí)例庫內(nèi)有關(guān)零件的相似程度的一個(gè)參數(shù)，其計(jì)算方法是多樣的，本系統(tǒng)選用以下計(jì)算方法：

　　在計(jì)算KP時(shí)，檢查零件的材料、熱處理方法、硬度等總體信息與搜索到的零件的匹配情況。

　　計(jì)算后將K,最大的兩個(gè)零件按先后次序列表顯示，若K=1,表示該零件與當(dāng)前零件完全匹配，該零件工藝可直接使用;若0.7

　　零件的主特征包括:結(jié)構(gòu)形式、材料、精度、表面質(zhì)量;輔助特征包括刀具的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)等。

　　4 結(jié)論

　　綜合應(yīng)用Visual Basic,Access和AutoCAD等工具，進(jìn)行了超硬鏜刀CAD/CAPP集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，達(dá)到了簡單、實(shí)用、直觀、經(jīng)濟(jì)的目的。為中小企業(yè)建立專用的CAD/CAPP集成系統(tǒng)提供了一種廉價(jià)、高效的方法。