CAD_CAPP集成环境下叶片泵类零件工序图的自动生成

C AD/C APP集成环境下叶片泵类
零件工序图的自动生成
史建军1,方秀清2
(1.南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;2.中石化化工产品销售上海分公司,上海200000)
摘　要:介绍了一种以C AD/CAPP集成环境下基于三维叶片泵类零件模型的工序图自动生成
技术。

该技术利用基于特征的理论,采用逆向重构法生成各道工序图。

主要论述了叶片泵类
零件工序图自动生成技术的设计思想、原理及方法,并给出实例,为解决叶片泵类零件工序图
的自动生成提供了一条新的途径。

关键词:CAD/C APP;工序图;逆向重构法;叶片泵
中图分类号:TH31 文献标识码:B 文章编号:167125276(2009)0120102204
Parts of Vane Pu m p Ba sed on Automa ti c Genera ti on
of Process D raw i n g under CAD/CAPP I n tegra ti on
SH I J ian2jun1,F ANG Xiu2qing2
(1.Co ll e ge o f M e chan i ca l a nd E l e c tri ca l Eng i ne e ri ng,N a n ji ng U n i ve rsity o f
Ae r o na u ti c s a nd A str o na u ti c s,N an ji ng210016,C h i na;
2.Sha ngha iVe nd i b l e F ili a l e o f C hem i ca l P r o duc ti o n o f C h i na Pe tr o chen i ca l Co r po ra ti o n,Sha ngha i200000,C h i na) Abstract:The p a rts o f3D va ne pum p ba se d on a ut om a ti c ge ne ra ti o n o f p r oce ss d raw i ng unde r CAD/CAP P i nte gra te d e nvir o nm e n t is i n tr oduce d.The te chno l o gy is emp l o ye d i n theo ry ba se d on cha rac te ris ti c s and use d t o ge ne ra te e a ch p r oce ss draw i ngs by m e a ns of conve rse d f o r m a ti o n.The p ap e r m o s tl y a na l yse s the de s i gn thought,p ri nc i p l e and m e thod o f au t om a ti c ge ne ra ti o n of p r o ce s s d raw i ng i n pa rts of vane p ump,a nd ta ke s the exam p l e,w h i ch a ff o rd s a new app r o ach t o so l ve the a ut om a ti c gene ra ti o n o f p r o ce s s d raw i ng i n pa rts of vane p ump.
Key words:CAD/CAPP;p r oce s s draw i ng;co nve rse d f o r m a ti o n;vane p ump
0　引言
工序图的绘制是CAPP(computer aided p r ocess p lan2 ning)中的一个关键组成部分,也是正确实施C APP设计结果的手段之一。

工序图是工艺设计结果的图形表达形式。

含有工序图的工艺过程文件一般称为工序卡,它是机械零件生产的重要指导文件。

叶片泵广泛应用在国民经济的各个领域,国民经济的发展对研究和制造提出了新课题,也给它的设计和加工带来很多困难,对于复杂的叶片泵类零件中易损的零部件,如叶轮、泵体、轴承、轴等,就其加工工艺过程而言,应尽量标准化、模块化,其中包括工序图自动生成模块的集成,不仅可以降低产品的成本,改善品质,而且提高了尺寸精度,有效地保证叶片泵类零件的性能。

因此,迫切需要CAPP系统能自动实现生成工序图。

然而,在CAD/CAPP集成系统中,CAPP工序图的自动生成一直是一项难度比较大的关键性课题。

本文主要叙述了一种比较通用的CAD/CAPP集成系统下的CAPP工序图自动生成系统,并举出实例说明该方法在叶片泵类零件中的可行性。

1　设计思想
“叶片泵类零件工序图自动生成”的设计思想源于C APP系统中基于特征的理论。

对于一个给定的零件图,可以认为零件的基本形状是由形状特征构成的。

因为零件的轮廓视图可以看成由不同的形状特征拼合而成的,这些形状特征也称为图素单元,如外圆柱、键槽、销孔、沉头孔、退刀槽、螺纹等。

通过比较零件图和工序图不难发现,它们的特征信息区别就在于图素单元的多与少。

因此,设想每一道工序图都可以通过对相邻工序图的图素单元编辑、删改而构成,只需针对每一种图素单元编写一个编辑、修改的子程序,再将这些子程序有机组合在一起,就形成了工序图自动生成软件中的子模块。

通过匹配工艺文件,调用相应的子模块程序,修改编辑给定的零件图,就可以得到前道工序的工序图,以此工序图为基图,采用同样的方法可得到该道工序的前道工序的工序图,以此类推,直至毛坯图,就得到了该零件所有加工工序的工序图。

2　设计原理
CAPP工序图的绘制主要决定于零件的几何信息提
作者简介:史建军(1981—　),男,江苏镇江人,硕士研究生,研究方向为CAD/CAPP。

取和工艺设计信息提取。

零件的几何信息即零件的图形信息,包括零件的几何形状、尺寸等;工艺设计信息则包括零件表面的精度、粗糙度、热处理要求、材料和毛坯类型等各种信息。

前者来自三维零件模型,可以通过特征提取实现。

特征提取的基本过程是根据特征I D(identificati on)号和相应的命名规则获取各个加工特征的描述信息和特征要素信息,以及特征面的表面粗糙度和几何公差,后者来源于CAPP系统对工艺规程的创成和派生。

工序图自动生成系统结构是CAPP工序图绘制的关键如图1所示,其主要包括:
a)工序图绘制信息需求与输入:绘制工序图需要的信息包括几何信息和工艺信息。

机械加工的方法众多,加工面的类型各式各样。

如何有效地组织工艺信息也是影响工序图能否自动生成的重要因素。

目前大量数据的存储主要采用关系数据库,为了适应关系数据库组织数据所采用的关系模式,工艺信息在内存中组织采用层次结构。

这种组织方式能够方便地把工艺数据转换成适于关系数据库存储的关系模式。

加工特征的标注信息一般分为加工特征几何尺寸的加工要求和其他工艺要求,两部分信息分开组织。

b)零件三维模型的修改:零件模型的修改是工序图生成的重要组成部分,也是绘制过程的一个难点。

修改零件模型实际上就是对加工特征的修改,修改后的零件模型供绘制工序图之用。

修改的方法有3种:特征删除、参数修改和布尔运算法。

特征删除的方法主要针对在一道工序中一次成形的加工特征,如倒角。

由于这类特征不出现在前道工序中,因此可以直接删除。

参数修改法通过修改已存在的加工特征的几何参数使其恢复到加工前的形状。

这种方法用于修改那些需要经过多道工序加工的特征,如某些孔。

这些加工特征关系到前后几道工序加工,因此一般不能简单地删除。

然而有的加工特征不适合直接删除或是修改参数,如在圆柱体上加工圆锥面。

对于这类特征的修改可以采用布尔运算法。

布尔运算法是指运用三维图形处理技术中的布尔运算(交、并、差)删除零件模型中的加工特征。

绘图时,构造前道工序加工部位的几何实体并与本道工序零件模型在相应部位进行布尔运算从而覆盖本道工序的加工特征。

这种方法不用遍历模型的整个拓扑结构而只需在指定位置进行布尔运算。

这种方法也适合于处理复杂的加工面。

在软件开发中,每类加工特征修改方法的实现各不相同,有时需要一种或多种特征修改综合在一起进行运用,信息需求也不尽相同,可以利用面向对象技术中类的形式把修改特征所需的信息与修改方法封装在一起,每一个类负责处理一类特征,类提供外部接口供主程序需要修改特征时调用,这将大大提高工艺设计人员的效率。

c)工序图的标注:工序图的标注有助于准确、清晰地表达加工内容,帮助加工人员正确理解加工内容。

与零件图的标注相比较,工序图的标注相对简单,其标注的内容主要有工序尺寸、公差、表面粗糙度、定位基准,标注的方式主要有水平标注、垂直标注、距离标注、圆弧标注、直径标注、圆柱标注、角度标注等。

这些标注方式的不同组合构成了每类加工特征的标注模式,标注时按照预先定义的特征标注模式对特征进行标注。

标注数据在加工特征基础上按标注类型进行分类,以链表的形式组织,标注时依次调用链表中的内容进行标注。

图1　工序图自动生成系统结构图
3　设计方法
绘制工序图的过程实际上是一个从零件图反推至其毛坯的过程。

零件图即为零件最终设计的三维特征模型。

实际上,零件加工过程中形成的所有加工特征都反映在零件图中。

工序图的绘制从最后一道工序开始,通过对零件模型加工特征的修改由后往前依次生成每道工序图。

实际上,零件图表达的是零件经过最后一道工序后的形状,因此可以根据最后一道工序的工艺信息找到最后一道工序需加工的加工特征,得到零件图中相应加工特征的标识号,对此零件三维模型进行二维视图投影得到零件的二维视图,进行必要的标注后就可以生成最后一道工序的工序图,再与工艺文字信息合并,输出工序卡。

工序图生成过程是:找到最后一道工序的加工特征,通过投影得到零件的二维视图,取出加工特征的标注信息并进行标注,这样就生成了最后一道工序的工序图。

下面要做的是生成前道工序的工序图。

由于在前道工序中本道工序加工的特征仍未成形,因此首先要修改最后一道工序的加工特征,使零件模型恢复到加工前的形状。

修改方法主要有:特征删除、参数修改和布尔运算法。

修改后的零件模型是前道工序加工后的形状,将此工序图与前面介绍的方法一样,即投影成二维视图、标注,进而得到二维工序图。

依次类推,直至毛坯状态。

称这种方法为逆向重构法。

这种“自后往前”的生成方式优点是:1)出发点的状态明确,可通过程序确定加工过程中的状态;2)工序图的生成过程是由复杂到简单,设计的自由度减少,给程序处理带来了很大的方便;3)可以生成任意复杂形状的工序图,并能充分满足工艺图动态变化的要求。

实际上,每道工序中包含若干工步,每个工步又加工若干加工面。

因此修改零件模型是以工步为单位进行的,工序图生成后与其工艺文字信息合并输出工序卡。

4　设计实例
润滑系统中某叶片泵的泵轴转子工序图实例如图2
图2　叶片泵泵轴工序图自动生成实例图所示。

右边表示的是三维工件模型,左边为相应的二维工
程图,从工序4[图2(a)]一直到工序1[图2(d)]。

工序4相当于最终的零件模型,而工序1相当于毛坯。

可见,从后往前,随着加工特征集和尺寸属性集的变化,工程图也依次也发生变化,这个工程图的变化过程即反映加工的过程,也就是一个个的工序简图。

当然,整个工序图的自动生成过程还可以进行细分,甚至可以精确到每一个工步。

5　结语
主要介绍了面向C APP的基于特征理论,利用逆向重构设计方法实现了叶片泵类零件的工序图自动生成设计。

通过设计思想、原理及实例可以得出结论,采用基于特征的逆向重构设计方法比传统的C APP设计方法具有诸多优点,可以简化程序设计结构,便于程序的模块化设计。

而且,不需
要对零件图中的形面要素进行分解、定义和拼合,直接拾取视图中的图素单元,通过匹配工艺文件进行删除、修改和编辑,从而得到相应的工序图。

这样就省去了传统设计中巨大的数据库,大大提高了工序图的出图速度和品质。

由于笔者是在基于S olid works 环境下进行的二次开发,因此对于相似二次开发环境下的C AD 系统,如UG,C ATI A 等,具有很好的借鉴性。

此外,可用VB 或C ++程序设计语言与C AD 系统二次开发相结合,将大大提高效率和通用性。

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图9　60k m /h 车体角速度与旋转角度
路面上的研究。

影响汽车制动稳定性的因素较多,任何引起车辆各制动器制动力矩变化的因素都会导致制动力的差异,从而引发车辆制动失稳;轮胎气压低是同轴两车轮滚动半径不相等,从而导致偏行驶;胎面的磨损降低了轮胎与地面的附着性能,从而降低了制动力和抵抗侧滑的能力。

以上是车辆本身使用参数对制动稳定性的影响,这些因素都可以通过对制动器进行定期检修,保证轮胎气压和及时更换轮胎来解决。

然而对于车辆行驶在路面附着系数低,特别是在车辆同轴左右轮附着系数差异大的情况下制动是最危险的,这种自然因素引起车辆的不稳定现象是无法完全消除的,只能采用控制手段使这种不稳定因素降低。

所以本文通过对车辆模型的虚拟仿真,做出了对装有三通道ABS 与四通道ABS 车辆的制动性能评价,这有助于汽车厂商能够正确对待ABS,对于不同的车型应合理的装配ABS;对于三通道与四通道ABS 控制系统价位不同,同样车型会有价位的高低之分,对于准备购车的消费者或者使用者来说应该清醒的认识到所购车的ABS 配置,正确使用ABS 。

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收稿日期:2008208205。