超硬镗刀CAD/CAPP集成系统设计

引言
    超硬材料刀具简称超硬刀具，主要包括金刚石刀具和立方氮化翻刀具.其中以人造金刚石复合片(简称PCD)刀具及立方氮化硼复合片(简称PCBN)刀具占主导地位。超硬材料刀具在机械制造领域的应用，极大的提高了劳动生产效率和加工质量，提高了产品档次、降低了制造成本。PCD超硬镗刀主要用于有色金属的高效精密加工。PCBN超硬镗刀主要用于耐磨黑色金属材料的高效精密加工。超硬镗刀在汽车工业和轧钢设备制造中得到了广泛的应用。
    为了解决目前超硬镗刀设计、制造效率低下的问题，提高刀具制造企业的信息化水平，我们设计了一套超硬镗刀CAD/CAPP集成系统(简称系统)。系统针对超硬镗刀设计和制造工艺的特点，使用VB,Access和AutoCAD作为开发工具，具有针对性强、精确高效、使用方便的特点。
    1 系统总体设计
    1.1 系统的组成
    系统采用模块化的组织结构(如图1所示)，各模块间既相互独立又相互影响，系统公共数据库构成了各模块之间的桥梁。系统主要包括CAD,CAPP,数据库三大模块，每个大的模块又由若干个小的功能模块组成。采用模块化的组织结构具有组织框架清晰的特点，同时也有利于将来系统的扩充，比如扩充CAM模块。
    系统中CAD模块采用自动式CAD方法，CAPP模块采用基于实例的工艺设计方法，数据库模块采用动态数据库和静态数据库相结合的模式。
    1.2 系统的工作过程
    系统的工作过程如下:
    1)将被加工对象的属性(原始数据)输人系统;
    2)根据被加工对象的属性由系统的CAD模块完成刀具材料选择、刀头结构参数设计、刀杆参数选择、刀具结构尺寸数据生成等初步设计工作;
    3)将初步设计结果以特征编码的形式存人动态数据库中，并通过对话框显示，经过人机交互环节对设计结果进行分析、判断、编辑等操作形成最终设计结果;
    4)将最终设计结果传递至AutoCAD自动绘制刀具零件图;
    5)根据特征编码进行工艺特征匹配，找到某一种刀具的标准工艺，对符合特征的标准工艺进行编辑得到新零件的工艺规程。
    在系统的工作过程中安排有一系列的人机交互环节，实现使用者与系统的交互。设计完成后自动生成零件工作图和工艺文件，并可打印输出。
    2 系统的CAD模块
    2.1  CAD模块的功能
    CAD模块主要解决两方面的问题，一是超硬镗刀的计算机辅助设计，二是超硬镗刀零件图的自动绘制。对于第一方面问题，采用VB语言编制了设计计算程序，根据输人的已知数据进行计算，计算结果以特征编码的形式存储在特征编码动态数据库中，供绘图和工艺设计时调用。对于第二方面问题，研究了使用VB调用AutoCAD的方法，实现了VB程序和AutoCAD的自动连接，以设计结果为绘图依据在AutoCAD中直接绘制零件图形。

    2.2  CAD模块的算法
    通过分析镗刀的设计要点并结合参考文献，决定锉刀刀头结构参数设计采用产生式算法。产生式算法是一个以"如果某些条件被满足，就选择某个参数值"形式表示的语句。这种算法和人的思维方式接近，比较直观，容易收集和组织设计资料，非常适合超硬镗刀设计。产生式算法对于一个目标需要多个设计条件，这也符合刀具设计的要求，并且用这种算法扩充条件相对比较容易。和设计人员的设计经验来设置产生式算法规则。下面以主偏角的设计计算为例介绍算法规则:
 

 
    通过应用产生式算法可以将设计人员的经验程序化，避免人为因素对设计结果的影响。锉刀设计结果用对话框输出，通过人机对话的方法可以对设计结果进行修改。修改结束后得到的最终结果以特征编码的形式存储在设计结果文件(即动态数据库)中。
    零件图的自动绘制是用AutoCAD软件包来完成的。用VB语言编程，将AutoCAD当成系统中的一个图形窗口，直接对AutoCAD进行操作，实现自动绘图。应用VB语言编程驱动AutoCAD，首先要将VB与AutoCAD连接起来，需要两个步骤;(1)在编写VB代码前，在VB编程环境中引用AutoCAD对象库;(2)编写VB程序代码，创建AutoCAD对象，启动运行AutoCAD，创建新图形文件，调用绘图命令绘图，调用标注命令进行标注，最后将绘图结果自动存盘。

3 系统的CAPP模块
    3.1 CAPP模块的组成和工作原理
    CAPP模块主要包括:零件分类索引树、工艺实例库、零件相似性检索模块、零件工艺编辑模块、工艺规程输出模块等五部分。
    本系统的工艺决策借鉴派生式CAPP系统的设计思想，将现有的镬刀加工工艺进行分类、编码，使用工艺特征编码构成零件分类索引树。在进行工艺设计时将零件特征编码与工艺特征编码进行相似性计算，从而找到最相近的编码，从工艺实例库提取工艺实例。
    3.2 提取工艺实例的算法
    工艺实例是按照零件分类索引树分类存储的。在输人当前零件特征编码后，系统开始进行检索，从分类树的树根开始，采用二叉树的先序遍历方法，逐层地进行搜索，寻找当前零件所属的零件类。在找到当前零件所属的零件类后，系统将计算当前零件与该零件所属类中所有实例的相似性系数k，并将k最大的两个零件按先后次序显示出来.供用户选用。用户可以选用满意的实例，调用其工艺信息直接使用，或进行编辑修改。
    相似性系数k是用于衡量当前零件与实例库内有关零件的相似程度的一个参数，其计算方法是多样的，本系统选用以下计算方法:#p#分页标题#e#
 

 

    在计算KP时，检查零件的材料、热处理方法、硬度等总体信息与搜索到的零件的匹配情况。
    计算后将K,最大的两个零件按先后次序列表显示，若K=1,表示该零件与当前零件完全匹配，该零件工艺可直接使用;若0.7<Ks<1,为基本匹配，可调用零件工艺进行编辑修改;若长<0.7，则匹配情况不理想，需重新设计当前零件工艺。
    零件的主特征包括:结构形式、材料、精度、表面质量;辅助特征包括刀具的几何结构参数等。
    4 结论
    综合应用Visual Basic,Access和AutoCAD等工具，进行了超硬镗刀CAD/CAPP集成系统的设计和开发，达到了简单、实用、直观、经济的目的。为中小企业建立专用的CAD/CAPP集成系统提供了一种廉价、高效的方法。