本文探討研究了超硬鏜刀的CAD/CAPP集成系統(tǒng)設(shè)計的相關(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合片(簡稱PCD)刀具及立方氮化硼復合片(簡稱PCBN)刀具占主導地位。超硬材料刀具在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用，極大的提高了勞動生產(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、制造效率低下的問題，提高刀具制造企業(yè)的信息化水平，我們設(shè)計了一套超硬鏜刀CAD/CAPP集成系統(tǒng)(簡稱系統(tǒng))。系統(tǒng)針對超硬鏜刀設(shè)計和制造工藝的特點，使用VB,Access和AutoCAD作為開發(fā)工具，具有針對性強、精確高效、使用方便的特點。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　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，每個大的模塊又由若干個小的功能模塊組成。采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)具有組織框架清晰的特點，同時也有利于將來系統(tǒng)的擴充，比如擴充CAM模塊。

　　系統(tǒng)中CAD模塊采用自動式CAD方法，CAPP模塊采用基于實例的工藝設(shè)計方法，數(shù)據(jù)庫模塊采用動態(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)將被加工對象的屬性(原始數(shù)據(jù))輸人系統(tǒng);

　　2)根據(jù)被加工對象的屬性由系統(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、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)計工作;

　　3)將初步設(shè)計結(jié)果以特征編碼的形式存人動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，并通過對話框顯示，經(jīng)過人機交互環(huán)節(jié)對設(shè)計結(jié)果進行分析、判斷、編輯等操作形成最終設(shè)計結(jié)果;

　　4)將最終設(shè)計結(jié)果傳遞至AutoCAD自動繪制刀具零件圖;

　　5)根據(jù)特征編碼進行工藝特征匹配，找到某一種刀具的標準工藝，對符合特征的標準工藝進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交互環(huán)節(jié)，實現(xiàn)使用者與系統(tǒng)的交互。設(shè)計完成后自動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，一是超硬鏜刀的計算機輔助設(shè)計，二是超硬鏜刀零件圖的自動繪制。對于第一方面問題，采用VB語言編制了設(shè)計計算程序，根據(jù)輸人的已知數(shù)據(jù)進行計算，計算結(jié)果以特征編碼的形式存儲在特征編碼動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，供繪圖和工藝設(shè)計時調(diào)用。對于第二方面問題，研究了使用VB調(diào)用AutoCAD的方法，實現(xiàn)了VB程序和AutoCAD的自動連接，以設(shè)計結(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)計要點并結(jié)合參考文獻，決定銼刀刀頭結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計采用產(chǎn)生式算法。產(chǎn)生式算法是一個以"如果某些條件被滿足，就選擇某個參數(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)計資料，非常適合超硬鏜刀設(shè)計。產(chǎn)生式算法對于一個目標需要多個設(shè)計條件，這也符合刀具設(shè)計的要求，并且用這種算法擴充條件相對比較容易。和設(shè)計人員的設(shè)計經(jīng)驗來設(shè)置產(chǎn)生式算法規(guī)則。下面以主偏角的設(shè)計計算為例介紹算法規(guī)則:

　　通過應(yīng)用產(chǎn)生式算法可以將設(shè)計人員的經(jīng)驗程序化，避免人為因素對設(shè)計結(jié)果的影響。銼刀設(shè)計結(jié)果用對話框輸出，通過人機對話的方法可以對設(shè)計結(jié)果進行修改。修改結(jié)束后得到的最終結(jié)果以特征編碼的形式存儲在設(shè)計結(jié)果文件(即動態(tài)數(shù)據(jù)庫)中。

　　零件圖的自動繪制是用AutoCAD軟件包來完成的。用VB語言編程，將AutoCAD當成系統(tǒng)中的一個圖形窗口，直接對AutoCAD進行操作，實現(xiàn)自動繪圖。應(yīng)用VB語言編程驅(qū)動AutoCAD，首先要將VB與AutoCAD連接起來，需要兩個步驟;(1)在編寫VB代碼前，在VB編程環(huán)境中引用AutoCAD對象庫;(2)編寫VB程序代碼，創(chuàng)建AutoCAD對象，啟動運行AutoCAD，創(chuàng)建新圖形文件，調(diào)用繪圖命令繪圖，調(diào)用標注命令進行標注，最后將繪圖結(jié)果自動存盤。

　　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)計思想，將現(xiàn)有的鑊刀加工工藝進行分類、編碼，使用工藝特征編碼構(gòu)成零件分類索引樹。在進行工藝設(shè)計時將零件特征編碼與工藝特征編碼進行相似性計算，從而找到最相近的編碼，從工藝實例庫提取工藝實例。

　　3.2 提取工藝實例的算法

　　工藝實例是按照零件分類索引樹分類存儲的。在輸人當前零件特征編碼后，系統(tǒng)開始進行檢索，從分類樹的樹根開始，采用二叉樹的先序遍歷方法，逐層地進行搜索，尋找當前零件所屬的零件類。在找到當前零件所屬的零件類后，系統(tǒng)將計算當前零件與該零件所屬類中所有實例的相似性系數(shù)k，并將k最大的兩個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例，調(diào)用其工藝信息直接使用，或進行編輯修改。

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

　　在計算KP時，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。

　　計算后將K,最大的兩個零件按先后次序列表顯示，若K=1,表示該零件與當前零件完全匹配，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，進行了超硬鏜刀CAD/CAPP集成系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，達到了簡單、實用、直觀、經(jīng)濟的目的。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、高效的方法。