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成組工藝和CAPP 在編制工藝規(guī)程中的應(yīng)用(一)
成組工藝和CAPP 在編制工藝規(guī)程中的應(yīng)用
摘 要: 介紹了成組工藝GT( Group Technology) 和CAPP (Computer Aided Process Planning) 的基本方法. 提出以PDM( Product Data Management) 系統(tǒng)作為集成框架,將已有的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件AutoCAD 和CAPP 進(jìn)行有機(jī)地集成,使CAPP 軟件的開發(fā)平臺(tái)趨向統(tǒng)一的發(fā)展方向.
關(guān)鍵詞: 成組工藝;CAPP 軟件;PDM 技術(shù)
成組工藝
所謂成組工藝GT( Group Technology) ,就是把品種繁多的各種單件小批量生產(chǎn)的零件,根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和加工方法的相似性,把零件分成若干組,在每一組零件中選出一個(gè)代表零件(它可以是實(shí)際存在的,也可以是假想的,但必須包括組內(nèi)所有零件的加工要素) ,根據(jù)這個(gè)代表零件制定一套典型的工藝規(guī)程,選定和設(shè)計(jì)一組機(jī)床及工藝設(shè)備,并把它們組成一個(gè)專門的工段或車間. 當(dāng)加工對(duì)象由一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)橥M內(nèi)另一種零件時(shí),由于技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)和工藝的相似,可以不改變加工方法和加工設(shè)備,甚至連控制用的凸輪、擋鐵以及工、夾具都不更換,或者只需略作調(diào)整,便可進(jìn)行加工生產(chǎn). 例如,運(yùn)用奧匹茲分類方法拆分代號(hào)為12031 的零件結(jié)構(gòu),如圖1 所示.該零件是一個(gè)回轉(zhuǎn)體零件, L / D ≈115 ,所以第一位數(shù)是1 ;一端有臺(tái)階,并有緊固螺紋,所以第二位數(shù)是2 ;無內(nèi)孔,所以第三位數(shù)是0 ;需加工鍵槽,所以第4 位數(shù)是3 ; 有4 個(gè)軸向孔,與其它要素?zé)o位置要求,所以第五位數(shù)是1.按成組方式來組織零件生產(chǎn)時(shí),首先按零件的結(jié)構(gòu)特征、工藝特征以及加工設(shè)備的特征,將各種零件進(jìn)行分組、歸類與編碼,然后建立每類零件的典型圖庫和成組加工工藝庫. 制定零件成組工藝的加工方法有:1) 虛擬零件法. 在一個(gè)零件組中,設(shè)計(jì)一個(gè)能包含這組零件全部幾何特征的虛擬零件. 這個(gè)虛擬零件擁有加工族中全部零件需要加工的表面,然后按這個(gè)虛擬的零件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),這個(gè)工藝即為該組零件的成組工藝.
2) 復(fù)合工藝路線法. 在零件族內(nèi)找出一個(gè)結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、工藝路線最長(zhǎng)的零件作為代表,然后將族內(nèi)其他零件有的而代表零件沒有的工序也加入,獲得一條滿足全族零件加工要求的復(fù)合工藝路線.
CAPP 的工作原理
現(xiàn)有的工藝設(shè)計(jì)工作中,工藝數(shù)據(jù)的匯總、計(jì)算、抄寫等重復(fù)性勞動(dòng)要占到總工作量的50 %～60 % ,加上各種工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的生成與文檔管理,工藝管理工作占全部工作量的80 %左右. 工藝人員的很大部分時(shí)間用于工藝數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計(jì)、重復(fù)填寫等工作上,因此存在以下問題: ①設(shè)計(jì)效率低下、周期長(zhǎng)、成本高; ②個(gè)性化色彩濃重,樣式繁多,不利于管理; ③設(shè)計(jì)質(zhì)量參差不齊,難于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì); ④工藝人員短缺和老化.CAPP 不僅從根本上解決了這些問題,而且能使工藝設(shè)計(jì)人員從煩瑣重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來,從而投入更多精力進(jìn)行先進(jìn)工藝的研究和實(shí)施工作. 目前,國內(nèi)外研制和實(shí)際使用的CAPP 系統(tǒng)可以分為3 種類型.
1) 派生式CAPP 系統(tǒng). 派生式CAPP 系統(tǒng)是建立在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上,利用相似零件具有相似工藝文件的原理而生成. 一個(gè)新零件的工藝文件是通過檢索系統(tǒng)中已有的相似零件的工藝文件加以篩選或編輯而成的. 派生式系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)內(nèi)保存有一定數(shù)量的樣板(標(biāo)準(zhǔn)) 工藝文件,在已有工藝文件的基礎(chǔ)上加以修改,從而生成新的工藝文件.
2) 創(chuàng)成式CAPP 系統(tǒng). 創(chuàng)成式CAPP 系統(tǒng)是根據(jù)輸入的待加工的零件信息,依據(jù)工藝知識(shí)庫中的決策邏輯和制造工程信息自動(dòng)生成各種工藝文件,用戶不需或略加修改即可投入使用. 創(chuàng)成式系統(tǒng)不需要派生法中的樣板工藝文件,只存有決策邏輯與規(guī)則,系統(tǒng)必須預(yù)先讀取零件的詳細(xì)信息,在此基礎(chǔ)上按照程序所規(guī)定的邏輯規(guī)則自動(dòng)生成工藝文件.
3) 綜合式CAPP 系統(tǒng). 綜合式CAPP 系統(tǒng)是將派生式系統(tǒng)、創(chuàng)成式系統(tǒng)與人工智能結(jié)合在一起,綜合而成的.目前,世界上應(yīng)用的CAPP 系統(tǒng)大部分屬于派生式系統(tǒng). 派生式CAPP 系統(tǒng)(適合于回轉(zhuǎn)類零件計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的主要方式) 如圖2 所示.
以GT 為基礎(chǔ),將工藝相似的零件匯集成零件組,然后使用綜合零件法或綜合路線法,為每一個(gè)零件組制定適合本企業(yè)的成組工藝規(guī)程,即零件組的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程. 這些標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程以一定的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中. 當(dāng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)零件的工藝規(guī)程時(shí),計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的零件成組編碼,查找零件所屬的零件組,檢索并調(diào)出相應(yīng)零件組的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程. 在此基礎(chǔ)上,根據(jù)每個(gè)零件的結(jié)構(gòu)和工藝特征,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程進(jìn)行刪改和編輯,便可得到該零件的工藝規(guī)程.例如,運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)來編制某零件的工藝規(guī)程. 如圖3 所示.
CAPP 的發(fā)展趨勢(shì)
由于國內(nèi)企業(yè)工藝編制規(guī)范的多樣性,造成現(xiàn)有的CAPP 軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一,從而導(dǎo)致了CAPP軟件與CAD/ CAM 軟件的兼容困難. 因而,CAPP 軟件開發(fā)平臺(tái)的趨向統(tǒng)一是未來的發(fā)展趨勢(shì).PDM 技術(shù)作為一門新興技術(shù),它的出現(xiàn)為人們打開了新的思路. 以PDM 系統(tǒng)作為集成框架,將已有的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件AutoCAD 和CAPP 等進(jìn)行有機(jī)地集成,這時(shí)CAD、CAPP 系統(tǒng)不再是孤立的系統(tǒng),而成為產(chǎn)品開發(fā)總環(huán)境下的有機(jī)組成部分. PDM 系統(tǒng)管理了產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到工藝設(shè)計(jì)所需的和所產(chǎn)生的全部信息,特別是PDM 的編碼系統(tǒng)為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到工藝設(shè)計(jì)提供了統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn). 基于這種編碼,可以使信息流動(dòng)更加暢通,設(shè)計(jì)人員、工藝人員可以適時(shí)地獲得他所需要的各種信息,從而保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、完整和共享.
鉆削殼體類零件軸向孔系的成組夾具設(shè)計(jì)
摘 要: 介紹了一種用于鉆削殼體類零件軸向孔系的成組夾具,利用了偏心鉆套的偏心特性,V 型可調(diào)滑塊機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)了夾具上鉆套位置的移動(dòng),可以對(duì)夾具孔系中心距進(jìn)行精確調(diào)整,從而為同類成組夾具的設(shè)計(jì)與制造提供了借鑒.
關(guān) 鍵 詞: 成組夾具;偏心軸套;中心距;孔系成組夾具有兩個(gè)特點(diǎn):一是專用,二是可調(diào). 成組夾具設(shè)計(jì)與專用夾具設(shè)計(jì)的不同之處就是機(jī)構(gòu)可調(diào)性,所以調(diào)整元件和調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是成組夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特色. 活動(dòng)的可調(diào)元件及其相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將會(huì)降低夾具的定位精度和剛度. 因此,它常用于加工精度不高或工件的次要定位等場(chǎng)合[ 1 ,2 ] . 這也是至今為止大多數(shù)成組夾具的可調(diào)整部分多采用更換式設(shè)計(jì),而不是調(diào)整式設(shè)計(jì)的原因. 究其根源是成組夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,高定位精度、高剛度調(diào)整機(jī)構(gòu)的自主創(chuàng)新性不足,造成工藝系統(tǒng)內(nèi)各種誤差(包括可調(diào)機(jī)構(gòu)附加誤差) 的綜合結(jié)果不能滿足零件尺寸精度的要求. 減速機(jī)齒座的成組鉆削夾具可調(diào)機(jī)構(gòu)采用偏心鉆套[3 ] 和可調(diào)滑塊機(jī)構(gòu)的復(fù)式創(chuàng)新設(shè)計(jì)[4 ] ,合理地解決了成組夾具可調(diào)機(jī)構(gòu)定位精度和剛度低的問題.
零件組的工藝性分析
圖1 所示是行星傳動(dòng)減速機(jī)的齒座復(fù)合零件圖,其主要尺寸及形位公差要求見標(biāo)注.
該零件上F 面的孔系4 - M6 是用來夾緊電機(jī)的,對(duì)電機(jī)安裝止口有尺寸要求,并均勻分布且對(duì)稱于C *C 的方臺(tái). G面的孔系4 - ª9 是用來安裝減速機(jī)的,2 - M8 是起蓋螺釘孔, G 面孔系除滿足尺寸要求,且分布均勻外,相對(duì)于F 面的孔系來說,兩孔系坐標(biāo)相差45°. 我們根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備負(fù)荷情況,基于降低操作者勞動(dòng)量、減低夾具磨損、延長(zhǎng)使用壽命的宗旨. 決定利用臺(tái)鉆在夾具上完成對(duì)零件上整個(gè)孔系中孔的點(diǎn)窩工序,它的后道工序安排在搖臂鉆床或立式鉆床上進(jìn)行.
圖2
夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
本夾具要求一次裝夾好工件后,通過上、下鉆模板的相對(duì)翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)減速機(jī)齒座全部孔如圖2 所示.在工件利用此夾具加工之前的要求:除了圖1中F 面的4 - M6 和G 面4 - ª9 ,2 - M8 螺孔外其余均已加工好. 使用前要根據(jù)被加工工件的圖紙要求,調(diào)整可調(diào)滑塊09 、14 ,偏心軸套24 ,更換上,下定位盤,加工時(shí),先將工件按圖2所示放置在夾具上,利用G 面, ªA H7 孔為定位基準(zhǔn),限制了零件X 、Y、Z方向移動(dòng), X 與Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)5 個(gè)自由度,止轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)12 限制了工件沿角度定位軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,至此零件的6 個(gè)自由度完全被6 個(gè)定位點(diǎn)所限制,零件在夾具中有唯一確定的位置. 一端制有螺紋的角度定位心軸06 ,墊圈04 壓緊螺母05 組成了工件的夾緊裝置,松開或旋緊螺母05 ,取下夾具上墊圈04 和上鉆模板01 ,即能完成對(duì)工件的快速裝夾.經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證,這種成組夾具的分度誤差小,尺寸精度高,能實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成工件全部孔系的加工.
主要部件的設(shè)計(jì)
偏心鉆套的設(shè)計(jì)
偏心鉆套是指內(nèi)外圓的中心線是不重合的鉆套. 如圖3 所示,鉆套外圓的中心線1 與內(nèi)圓的中心線2 距離為δ(圖中所示為鉆套在垂直方向上的極限位置,即中心線1 與中心線2 在豎直方向上的距離恰為最大距離δ) . 這樣,當(dāng)鉆套以外圓的中心線1為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),中心線2 相應(yīng)的以δ為半徑轉(zhuǎn)動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了鉆套內(nèi)圓在垂直方向上的位置移動(dòng),移動(dòng)的最大距離為2δ. 偏心鉆套與相鄰鉆套孔的中心線在ªB 直徑上的弧長(zhǎng)為ªB 變化時(shí),弧長(zhǎng)隨之變化,偏心鉆套是為滿足弧長(zhǎng)的變化而設(shè)計(jì)的.
鉆�？烧{(diào)滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
該機(jī)構(gòu)主要由鉆�？烧{(diào)滑塊、固定鉆套、緊固螺釘、鉆�；瑝K壓板、專用量塊、上鉆模板90°V 型導(dǎo)軌組成,其簡(jiǎn)圖見圖2. 安裝鉆套的滑塊設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式,用以滿足零件組中孔系中心距的尺寸變化.量塊尺寸: L2 =ªB2- L3 - L1可調(diào)滑塊在V 形架上定位. 如不考慮V 形架的制造誤差,則滑塊定位基準(zhǔn)在V 形架的對(duì)稱面上,因此,滑塊中心線在水平方向上的基準(zhǔn)位移誤差為零. 本機(jī)構(gòu)采用高精度V 型導(dǎo)軌導(dǎo)向設(shè)計(jì)就是基于它的導(dǎo)向精度高,以提高分度精度.V 形架夾角過大時(shí),將引起滑塊定位不穩(wěn)定,導(dǎo)向性降低,故采用90°角V 形架[5 ] . 因孔距精度較高,為提高直線分度精度,采用量塊6 分度. 機(jī)構(gòu)工作過程為:在鉆模板和滑塊的P、K 面間塞入尺寸為A 的專用量塊,保持緊密接觸,擰緊緊固螺釘通過壓板固緊可調(diào)滑塊. 可調(diào)滑塊V 型面的加工、安裝誤差對(duì)孔系分度精度、鉆套使用壽命有很大影響.
夾具設(shè)計(jì)、調(diào)試技術(shù)要求
(1) 定位盤與鉆模板的定位精度要高,它們之間采用凸凹四方定位, 配合面間采用間隙配合
( H7/ h6) ,定位盤凸臺(tái)外圓中心線與它內(nèi)凹臺(tái)階中心線相對(duì)于定位盤中心孔同軸度有較高要求.
(2) V 形導(dǎo)軌工作面半角45°對(duì)稱度允差4′,導(dǎo)軌工作面對(duì)A 面間45°夾角允差5′;
(3) 定位誤差Δ定,以殼體中心孔ªA H7mm 作為定位基準(zhǔn),零件組中ªA 最大尺寸ª95 + 0. 0350 ,可
換定位盤A 面與定位基準(zhǔn)選用間隙配合H7/ g6 ,可換定位盤A 面的尺寸公差ª95 - 0. 012- 0. 034 為由于工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合,所以Δjb = 0 ,定位副間只存在Δjw ,故Δdw = 0. 035 + 0. 034 + 0. 069mm.
(4) 可調(diào)滑塊V 型面的對(duì)稱面與水平基準(zhǔn)面間的垂直度誤差會(huì)加速鉆套磨損,影響其耐用度.
結(jié) 語
用該夾具對(duì)成組零件組殼體類零件的批量生產(chǎn),驗(yàn)證其各檢驗(yàn)項(xiàng)目均達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求. 該成組夾具調(diào)整準(zhǔn)確可靠,加工質(zhì)量穩(wěn)定,且很好地利用臺(tái)鉆、搖臂鉆床分配工序,降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度.用對(duì)套筒類零件組軸向孔系的加工具有一定的參考借鑒作用.
參考文獻(xiàn):
[1]. Gerhard Buurman, Thomas Held,多品種技術(shù)研究編碼規(guī)則[j]. 成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化卷. 22號(hào) 4,2005
[2]. Klaus Spechtenhauser，Angelus Eisinger,研究數(shù)控編程技術(shù)小組初探[j]. 機(jī)電元件研究dec12005vol125no14.
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