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成組工藝和CAPP 在編制工藝規程中的應用(一)
成組工藝和CAPP 在編制工藝規程中的應用
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) 系統作為集成框架,將已有的傳統應用軟件AutoCAD 和CAPP 進(jìn)行有機地集成,使CAPP 軟件的開(kāi)發(fā)平臺趨向統一的發(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,根據其外形結構、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,但必須包括組內所有零件的加工要素) ,根據這個(gè)代表零件制定一套典型的工藝規程,選定和設計一組機床及工藝設備,并把它們組成一個(gè)專(zhuān)門(mén)的工段或車(chē)間. 當加工對象由一種零件轉變?yōu)橥M內另一種零件時(shí),由于技術(shù)要求、結構和工藝的相似,可以不改變加工方法和加工設備,甚至連控制用的凸輪、擋鐵以及工、夾具都不更換,或者只需略作調整,便可進(jìn)行加工生產(chǎn). 例如,運用奧匹茲分類(lèi)方法拆分代號為12031 的零件結構,如圖1 所示.該零件是一個(gè)回轉體零件, L / D ≈115 ,所以第一位數是1 ;一端有臺階,并有緊固螺紋,所以第二位數是2 ;無(wú)內孔,所以第三位數是0 ;需加工鍵槽,所以第4 位數是3 ; 有4 個(gè)軸向孔,與其它要素無(wú)位置要求,所以第五位數是1.按成組方式來(lái)組織零件生產(chǎn)時(shí),首先按零件的結構特征、工藝特征以及加工設備的特征,將各種零件進(jìn)行分組、歸類(lèi)與編碼,然后建立每類(lèi)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,設計一個(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)行工藝設計,這個(gè)工藝即為該組零件的成組工藝.
2) 復合工藝路線(xiàn)法. 在零件族內找出一個(gè)結構最復雜、工藝路線(xiàn)最長(cháng)的零件作為代表,然后將族內其他零件有的而代表零件沒(méi)有的工序也加入,獲得一條滿(mǎn)足全族零件加工要求的復合工藝路線(xiàn).
CAPP 的工作原理
現有的工藝設計工作中,工藝數據的匯總、計算、抄寫(xiě)等重復性勞動(dòng)要占到總工作量的50 %～60 % ,加上各種工藝基礎數據的生成與文檔管理,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)間用于工藝數據的匯總統計、重復填寫(xiě)等工作上,因此存在以下問(wèn)題: ①設計效率低下、周期長(cháng)、成本高; ②個(gè)性化色彩濃重,樣式繁多,不利于管理; ③設計質(zhì)量參差不齊,難于實(shí)現優(yōu)化設計; ④工藝人員短缺和老化.CAPP 不僅從根本上解決了這些問(wèn)題,而且能使工藝設計人員從煩瑣重復的勞動(dòng)中解放出來(lái),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,國內外研制和實(shí)際使用的CAPP 系統可以分為3 種類(lèi)型.
1) 派生式CAPP 系統. 派生式CAPP 系統是建立在成組技術(shù)的基礎上,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(guò)檢索系統中已有的相似零件的工藝文件加以篩選或編輯而成的. 派生式系統在計算機內保存有一定數量的樣板(標準) 工藝文件,在已有工藝文件的基礎上加以修改,從而生成新的工藝文件.
2) 創(chuàng )成式CAPP 系統. 創(chuàng )成式CAPP 系統是根據輸入的待加工的零件信息,依據工藝知識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(hù)不需或略加修改即可投入使用. 創(chuàng )成式系統不需要派生法中的樣板工藝文件,只存有決策邏輯與規則,系統必須預先讀取零件的詳細信息,在此基礎上按照程序所規定的邏輯規則自動(dòng)生成工藝文件.
3) 綜合式CAPP 系統. 綜合式CAPP 系統是將派生式系統、創(chuàng )成式系統與人工智能結合在一起,綜合而成的.目前,世界上應用的CAPP 系統大部分屬于派生式系統. 派生式CAPP 系統(適合于回轉類(lèi)零件計算機輔助工藝規程設計的主要方式) 如圖2 所示.
以GT 為基礎,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(xiàn)法,為每一個(gè)零件組制定適合本企業(yè)的成組工藝規程,即零件組的標準工藝規程. 這些標準工藝規程以一定的形式存儲在計算機的數據庫中. 當需要設計一個(gè)零件的工藝規程時(shí),計算機根據輸入的零件成組編碼,查找零件所屬的零件組,檢索并調出相應零件組的標準工藝規程. 在此基礎上,根據每個(gè)零件的結構和工藝特征,對標準工藝規程進(jìn)行刪改和編輯,便可得到該零件的工藝規程.例如,運用計算機輔助工藝過(guò)程設計來(lái)編制某零件的工藝規程. 如圖3 所示.
CAPP 的發(fā)展趨勢
由于國內企業(yè)工藝編制規范的多樣性,造成現有的CAPP 軟件開(kāi)發(fā)標準的不統一,從而導致了CAPP軟件與CAD/ CAM 軟件的兼容困難. 因而,CAPP 軟件開(kāi)發(fā)平臺的趨向統一是未來(lái)的發(fā)展趨勢.PDM 技術(shù)作為一門(mén)新興技術(shù),它的出現為人們打開(kāi)了新的思路. 以PDM 系統作為集成框架,將已有的傳統應用軟件AutoCAD 和CAPP 等進(jìn)行有機地集成,這時(shí)CAD、CAPP 系統不再是孤立的系統,而成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)總環(huán)境下的有機組成部分. PDM 系統管理了產(chǎn)品從結構設計到工藝設計所需的和所產(chǎn)生的全部信息,特別是PDM 的編碼系統為產(chǎn)品的結構設計到工藝設計提供了統一的編碼標準. 基于這種編碼,可以使信息流動(dòng)更加暢通,設計人員、工藝人員可以適時(shí)地獲得他所需要的各種信息,從而保證了數據的統一、完整和共享.
鉆削殼體類(lèi)零件軸向孔系的成組夾具設計
摘 要: 介紹了一種用于鉆削殼體類(lèi)零件軸向孔系的成組夾具,利用了偏心鉆套的偏心特性,V 型可調滑塊機構等實(shí)現了夾具上鉆套位置的移動(dòng),可以對夾具孔系中心距進(jìn)行精確調整,從而為同類(lèi)成組夾具的設計與制造提供了借鑒.
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(zhuān)用,二是可調. 成組夾具設計與專(zhuān)用夾具設計的不同之處就是機構可調性,所以調整元件和調整機構的設計是成組夾具結構設計的特色. 活動(dòng)的可調元件及其相應的調節機構將會(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成組夾具的可調整部分多采用更換式設計,而不是調整式設計的原因. 究其根源是成組夾具結構設計過(guò)程中,高定位精度、高剛度調整機構的自主創(chuàng )新性不足,造成工藝系統內各種誤差(包括可調機構附加誤差) 的綜合結果不能滿(mǎn)足零件尺寸精度的要求. 減速機齒座的成組鉆削夾具可調機構采用偏心鉆套[3 ] 和可調滑塊機構的復式創(chuàng )新設計[4 ] ,合理地解決了成組夾具可調機構定位精度和剛度低的問(wèn)題.
零件組的工藝性分析
圖1 所示是行星傳動(dòng)減速機的齒座復合零件圖,其主要尺寸及形位公差要求見(jiàn)標注.
該零件上F 面的孔系4 - M6 是用來(lái)夾緊電機的,對電機安裝止口有尺寸要求,并均勻分布且對稱(chēng)于C *C 的方臺. G面的孔系4 - ª9 是用來(lái)安裝減速機的,2 - M8 是起蓋螺釘孔, G 面孔系除滿(mǎn)足尺寸要求,且分布均勻外,相對于F 面的孔系來(lái)說(shuō),兩孔系坐標相差45°. 我們根據企業(yè)現有的設備負荷情況,基于降低操作者勞動(dòng)量、減低夾具磨損、延長(cháng)使用壽命的宗旨. 決定利用臺鉆在夾具上完成對零件上整個(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
夾具結構簡(jiǎn)介
本夾具要求一次裝夾好工件后,通過(guò)上、下鉆模板的相對翻轉實(shí)現對減速機齒座全部孔如圖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. 使用前要根據被加工工件的圖紙要求,調整可調滑塊09 、14 ,偏心軸套24 ,更換上,下定位盤(pán),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,限制了零件X 、Y、Z方向移動(dòng), X 與Y方向轉動(dòng)5 個(gè)自由度,止轉定位機構12 限制了工件沿角度定位軸的轉動(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(kāi)或旋緊螺母05 ,取下夾具上墊圈04 和上鉆模板01 ,即能完成對工件的快速裝夾.經(jīng)實(shí)踐驗證,這種成組夾具的分度誤差小,尺寸精度高,能實(shí)現一次裝夾完成工件全部孔系的加工.
主要部件的設計
偏心鉆套的設計
偏心鉆套是指內外圓的中心線(xiàn)是不重合的鉆套. 如圖3 所示,鉆套外圓的中心線(xiàn)1 與內圓的中心線(xiàn)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(xiàn)1 與中心線(xiàn)2 在豎直方向上的距離恰為最大距離δ) . 這樣,當鉆套以外圓的中心線(xiàn)1為軸轉動(dòng)時(shí),中心線(xiàn)2 相應的以δ為半徑轉動(dòng),這樣就實(shí)現了鉆套內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(xiàn)在ªB 直徑上的弧長(cháng)為ªB 變化時(shí),弧長(cháng)隨之變化,偏心鉆套是為滿(mǎn)足弧長(cháng)的變化而設計的.
鉆�？烧{滑塊機構的設計
該機構主要由鉆�？烧{滑塊、固定鉆套、緊固螺釘、鉆�；瑝K壓板、專(zhuān)用量塊、上鉆模板90°V 型導軌組成,其簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2. 安裝鉆套的滑塊設計為可調節式,用以滿(mǎn)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,則滑塊定位基準在V 形架的對稱(chēng)面上,因此,滑塊中心線(xiàn)在水平方向上的基準位移誤差為零. 本機構采用高精度V 型導軌導向設計就是基于它的導向精度高,以提高分度精度.V 形架夾角過(guò)大時(shí),將引起滑塊定位不穩定,導向性降低,故采用90°角V 形架[5 ] . 因孔距精度較高,為提高直線(xiàn)分度精度,采用量塊6 分度. 機構工作過(guò)程為:在鉆模板和滑塊的P、K 面間塞入尺寸為A 的專(zhuān)用量塊,保持緊密接觸,擰緊緊固螺釘通過(guò)壓板固緊可調滑塊. 可調滑塊V 型面的加工、安裝誤差對孔系分度精度、鉆套使用壽命有很大影響.
夾具設計、調試技術(shù)要求
(1) 定位盤(pán)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(pán)凸臺外圓中心線(xiàn)與它內凹臺階中心線(xiàn)相對于定位盤(pán)中心孔同軸度有較高要求.
(2) V 形導軌工作面半角45°對稱(chēng)度允差4′,導軌工作面對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,零件組中ªA 最大尺寸ª95 + 0. 0350 ,可
換定位盤(pán)A 面與定位基準選用間隙配合H7/ g6 ,可換定位盤(pán)A 面的尺寸公差ª95 - 0. 012- 0. 034 為由于工序基準與定位基準重合,所以Δjb = 0 ,定位副間只存在Δjw ,故Δdw = 0. 035 + 0. 034 + 0. 069mm.
(4) 可調滑塊V 型面的對稱(chēng)面與水平基準面間的垂直度誤差會(huì )加速鉆套磨損,影響其耐用度.
結 語(yǔ)
用該夾具對成組零件組殼體類(lèi)零件的批量生產(chǎn),驗證其各檢驗項目均達到圖紙設計要求. 該成組夾具調整準確可靠,加工質(zhì)量穩定,且很好地利用臺鉆、搖臂鉆床分配工序,降低了操作者的勞動(dòng)強度.用對套筒類(lèi)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:
[1]. Gerhard Buurman, Thomas Held,多品種技術(shù)研究編碼規則[j]. 成組技術(shù)與生產(chǎn)現代化卷. 22號 4,2005
[2]. Klaus Spechtenhauser，Angelus Eisinger,研究數控編程技術(shù)小組初探[j]. 機電元件研究dec12005vol125no14.
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