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cyqdesign

2007-09-13 14:46

模具制造工藝設(shè)計(jì)及CAPP系統(tǒng)的研究

作者：熊建武周進(jìn)

1、模具制造工藝設(shè)計(jì)概述

1.1 工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)是優(yōu)化配置工藝資源，合理編排工藝過(guò)程的一門(mén)藝術(shù)，是生產(chǎn)中的關(guān)鍵性工作。工藝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)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(shè)計(jì)要求生產(chǎn)出合格的成品零件。工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：(1)選擇加工方法及采用的機(jī)床、刀具、夾具和其他工裝設(shè)備等；(2)安排合理的加工順序；(3)選擇基準(zhǔn)，確定加工余量和毛坯，計(jì)算工序尺寸和公差；(4)選用合理的切削用量；(5)計(jì)算時(shí)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(shè)計(jì)包含的內(nèi)容和基本流程為：設(shè)計(jì)部門(mén)(設(shè)計(jì)圖紙)工藝部門(mén)(工藝審查記錄單)，設(shè)計(jì)部門(mén)(設(shè)計(jì)修改)、工藝部門(mén)(工藝總方案)一設(shè)備、工裝、物資準(zhǔn)備*試制、產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙、工藝文件定型。

1.2 模具制造工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)由于模具零件形狀的復(fù)雜性及特殊性，在實(shí)踐中，很難將其制造工藝按某種固定的模式進(jìn)行編制。各廠家因其設(shè)備狀況、技術(shù)水平不同，對(duì)相同的模具零件，所編制的工藝也可能完全不同。同一個(gè)模具零件可以有多種不同的加工工藝，制定制造工藝時(shí)需要考慮的因素多，很難確定一個(gè)通用的工藝方案。跟一般機(jī)械制造相比，模具制造工藝的明顯特點(diǎn)是：(1)模具是一種典型的面向訂單的單件產(chǎn)品，幾乎每一次生產(chǎn)都帶有試制性，需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、試模、修模的多次反復(fù)，而且經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)性強(qiáng)。(2)相關(guān)的模具零件間經(jīng)常需要配做，加工工序相互關(guān)聯(lián)。(3)模具零件材料硬度高，制造質(zhì)量要求高。

常用的模具的加工方法主要有機(jī)械加工和特種加工兩種。常用的機(jī)械加工有車(chē)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(xiàn)切割加工。

模具制造工藝設(shè)計(jì)需要考慮的因素較多，一般包括：(1)模具的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)。模具按其工作方式可以分為刃口類(lèi)和成形類(lèi)兩種，其中刃口類(lèi)主要包括沖裁模，成形類(lèi)包括成形沖模、鍛模、壓鑄模和注塑模等。刃口類(lèi)模具的工作零件通常需要采用電火花線(xiàn)切割加工，而成形類(lèi)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(jié)構(gòu)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(shí)際選擇時(shí)還要結(jié)合模具的類(lèi)型、零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小以及材料和熱處理的要求全面考慮。例如對(duì)于IT7級(jí)精度的孔，采用鑊削、鉸削、拉削和磨削均可達(dá)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(zhèn)孔或鉸孔，孔徑大時(shí)選擇鑊孔，孔小時(shí)選擇鉸孔。(3)零件材料的性質(zhì)。材料的性質(zhì)對(duì)加工工藝的選擇也有影響。例如淬火鋼應(yīng)采用磨削加工，有色金屬零件，為避免磨削時(shí)堵塞砂輪，一般采用高速銑或高速精密車(chē)削進(jìn)行精加工。(4)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性的要求。大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡量采用高效率的先進(jìn)的工藝方法，如內(nèi)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(zhì)量均有一個(gè)范圍。但只有在一定的精度范圍內(nèi)才是經(jīng)濟(jì)的，這種一定范圍的加工精度，即為該種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度。選擇加工方法時(shí)，應(yīng)以零件的精度要求選擇與經(jīng)濟(jì)精度相適咸的加工方法。例如IT7級(jí)精度、表面粗糙度Ra值為0.4的外圓，通過(guò)精車(chē)雖可到達(dá)要求。但在經(jīng)濟(jì)上就不如磨削合理。(5)企業(yè)的設(shè)備情況和技術(shù)條件。模具加工工藝既要滿(mǎn)足模具零件的技術(shù)要求還要與現(xiàn)場(chǎng)制模條件、技術(shù)水平相適應(yīng)。

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

2.模具CAPP系統(tǒng)的功能分析

模具CAPP系統(tǒng)中的大量工藝數(shù)據(jù)是安排和組織生產(chǎn)的依據(jù)，同時(shí)也是設(shè)備、勞資、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)等部門(mén)管理的依據(jù)，CAPP系統(tǒng)中工藝數(shù)據(jù)至關(guān)重要的。作為企業(yè)信息化建設(shè)中的一部分，CAPP應(yīng)從設(shè)計(jì)、管理、集成等多方面來(lái)解決企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題。

為了適應(yīng)極其錯(cuò)綜復(fù)雜的制造環(huán)境，模具企業(yè)工藝設(shè)計(jì)對(duì)CAPP系統(tǒng)提出以下功能要求：

(1)模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的描述。基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，可以直觀、方便、快捷地查找和管理工藝文件。模具CAPP系統(tǒng)應(yīng)能完整地描述模具各組成零件及其相互關(guān)系，為模具工藝規(guī)劃提供必要的模具零件幾何特征和結(jié)構(gòu)描述信息。

(2)資源的利用。所謂資源就是工藝設(shè)計(jì)需要支配工藝資源數(shù)據(jù)(設(shè)備、工裝物料和人力等)，需要應(yīng)用工藝技術(shù)支撐數(shù)據(jù)(工藝規(guī)范、國(guó)家/企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))，需要參考工藝技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(工藝樣板、工藝檔案)。CAPP系統(tǒng)應(yīng)廣泛而靈活地提供資源內(nèi)容和資源使用方式。

(3)工藝設(shè)計(jì)及管理。模具工藝設(shè)計(jì)過(guò)程包括工藝管理、工藝設(shè)計(jì)、工藝匯總、工藝設(shè)計(jì)管理、工藝設(shè)計(jì)流程、工藝設(shè)計(jì)的后處理、工藝標(biāo)準(zhǔn)化、客戶(hù)化加工工藝信息的描述等。由于不同的用戶(hù)可能采用不同的工藝信息描述格式，模具CAPP系統(tǒng)應(yīng)能完整地描述模具組成零件的加工工藝，以便根據(jù)需要，轉(zhuǎn)換成不同的工藝文件格式如工藝過(guò)程綜合卡、機(jī)械加工工藝卡和機(jī)械加工工序卡等。

(4)設(shè)備資源信息的描述。工藝人員對(duì)模具零件進(jìn)行工藝規(guī)劃時(shí)，需根據(jù)設(shè)備資源信息確定相應(yīng)的工藝路線(xiàn)。模具CAPP系統(tǒng)應(yīng)能完備地描述設(shè)備的信息，包括靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息(靜態(tài)信息主要包括設(shè)備的加工能力描述和設(shè)備的管理信息描述，動(dòng)態(tài)信息主要是對(duì)設(shè)備負(fù)載情況的描述)。

(5)工藝規(guī)劃的協(xié)同性和并行性。一副模具通常由數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)零件組成，若所有的工藝設(shè)計(jì)(包括工藝路線(xiàn)的制定、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)設(shè)計(jì)、工序圖繪制、工裝設(shè)計(jì)、數(shù)控程序設(shè)計(jì)、工時(shí)額定、熱加工等輔助工藝設(shè)計(jì)等)由一個(gè)人單獨(dú)完成，則需花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。模具CAPP系統(tǒng)應(yīng)提供支持多用戶(hù)同時(shí)操作的功能，允許不同的設(shè)計(jì)人員同時(shí)對(duì)不同的模具零件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，或同時(shí)對(duì)多副模具的零件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，即協(xié)同模具工藝規(guī)劃。

(6)工藝規(guī)劃的實(shí)時(shí)性。模具生產(chǎn)中，零件間的制造工藝聯(lián)系密切，當(dāng)調(diào)整某個(gè)零件的工藝設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)允許工藝人員隨時(shí)修改相關(guān)零件的加工工藝，以便快速響應(yīng)模具生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化或設(shè)計(jì)變動(dòng)所造成的工藝修改要求。

(7)支持異地多任務(wù)、多角色協(xié)同設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段很多模具企業(yè)并不具有加工模具零件所需的全部加工設(shè)備，企業(yè)之間的協(xié)作關(guān)系普遍存在。通過(guò)模具CAPP系統(tǒng)，不同地區(qū)的設(shè)計(jì)人員可以同時(shí)對(duì)同一副模具的零件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與制造，或?qū)δ硞€(gè)復(fù)雜零件的制造工藝進(jìn)行探討。

作為一個(gè)實(shí)用的CAPP系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)所需信息的描述和代碼化，將工藝設(shè)計(jì)所需信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)型式的合理制定等等。

3.模具CAPP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原則

目前，國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用還處于推廣階段。由于計(jì)算機(jī)在模具企業(yè)生產(chǎn)工程中的應(yīng)用還剛剛起步，很多企業(yè)還是空白，因此，開(kāi)發(fā)模具CAPP系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾個(gè)開(kāi)發(fā)原則：

(1)企業(yè)需要安裝簡(jiǎn)便、人機(jī)界面友好的CAPP系統(tǒng)。操作復(fù)雜，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)，需要大量培訓(xùn)才能使用的CAPP系統(tǒng)很難讓用戶(hù)接受。

(2)實(shí)用性強(qiáng)的CAPP系統(tǒng)。操作使用應(yīng)符合工藝設(shè)計(jì)人員的工藝設(shè)計(jì)習(xí)慣，使之能迅速掌握。這樣CAPP系統(tǒng)才在企業(yè)中能得以推廣。

(3)開(kāi)放性好的CAPP系統(tǒng)。模具CAPP系統(tǒng)應(yīng)采用獨(dú)立的工藝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，不同的模具企業(yè)可通過(guò)修改工藝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，使CAPP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝決策客用戶(hù)化。隨著模具加工設(shè)備的更新，新加工工藝的采用，將產(chǎn)生新的工藝方案。因此，CAPP系統(tǒng)應(yīng)能較快的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)和功能擴(kuò)展。由于制造環(huán)境的多樣和復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)提供用戶(hù)一個(gè)可以構(gòu)造適合于本企業(yè)模具制造環(huán)境的CAPP平臺(tái)系統(tǒng)，當(dāng)用戶(hù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)與系統(tǒng)的解答不一致時(shí)，系統(tǒng)的推理和決策方法能方便地被用戶(hù)修改。

(4)具有較好柔性的CAPP系統(tǒng)。能適應(yīng)企業(yè)不同的產(chǎn)品和生產(chǎn)要求，能滿(mǎn)足不同的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和生產(chǎn)計(jì)劃方案。

(5)能滿(mǎn)足模具集成制造的要求。集成化發(fā)展是現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)模具CAPP系統(tǒng)時(shí)應(yīng)確保系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合集成要求。