鈑金加工計算機輔助工藝系統研究

摘要：隨著科學技術的快速發展，在機械制造的領域當中，鈑金加工有著逐漸關鍵的作用，鈑金加工的CAPP制造屬于一個極其重要的理念，這個理念可以大大減少成本，還可以對生產效率與生產產品的質量進行有效的提高。在本文中，簡單分析了研究鈑金CAPP的目的與意義，闡述了鈑金CAPP主要研究的內容與解決的問題，還描述了鈑金CAPP總體的設計和開發原型系統的相關流程。

關鍵詞：鈑金加工；CAPP；工藝設計；原型系統

一、前言

近年來，我國計算機行業迅速發展，開始從單一的數學等領域逐漸影響到電子、機械等行業，并且通過一系列軟件設計帶動機械行業的迅速發展。針對于機械制造行業而研發的計算機輔助工藝設計系統逐漸向網絡化、集成化、信息化、智能化的方向發展，對于鈑金行業發展的帶動作用尤為明顯。

二、針對于計算機輔助工藝設計的研究現狀以及發展趨勢的探究

1、計算機輔助工藝設計發展狀況

早在60年代計算機輔助工藝設計（CAPP）就已出現，但是開始時叫做AUTOPROS。而對于生產生活影響最大的CAPP系統是在1976年由一個國際性的組織研制成功的，這一系統的出現使計算機走進生產線，借助計算機對零件進行設計，以及生成零件加工的工藝過程大大的促進了機械行業的發展。在此基礎上，經過法國人研制的GARI、日本研制的CIMS等過程發展為現在的計算機輔助工藝設計軟件。CAPP在我國起步相對較晚，但是經過近年來的研究也取得一定成績，并且開始由最初的僅僅在網絡研究發展到現在對于世紀生產的應用。其中最杰出的代表應該是由西北工業大學研制的創成式CAPP系統以及眾望公司等生產的CAPP系統。

2、CAPP發展趨勢

計算機輔助工藝設計逐漸向集成化、網絡化以及智能化的方向不斷發展。

第一，集成化發展。在原始的計算機輔助工藝設計系統中各個環節是相對獨立的，每個部門之間不能互相采用對方的文件，這也就導致了人類在進行設計時要不斷輸入初始條件等信息，工作量過于繁雜，另外，各部門之間獨立也導致了設計產品有時產生矛盾，缺乏連貫性。針對上述問題，現在的CAPP系統一般集成了CAM以及CAD系統，內部之間可以進行信息交換，大大節省了工作量和設計誤差。

第二，智能化發展。而智能化的目的就在于將人類的決策作用逐漸交由計算機獨自完成，使其自動化程度更高。這其中主要包括工藝知識的采集、工藝路線的確定以及工藝參數的生成等。

第三，網絡化發展。上述集成化是針對于某個行業內部的信息交流，而網絡化要實現的就是各行各業在技術、工藝等各方面的信息流通。使技術不再僅僅局限于一個領域，促進各行各業的全面發展。

三、鈑金計算機輔助工藝系統的意義

一般情況下，鈑金所包含的零件基本上都是部件或設備的面板，所以鈑金零件的加工質量會很大程度上影響產品設備質量以及產品外觀，如果想要得到質量較高的鈑金零件，那么就應該采用高效率、高能力以及高質量的加工設備、加工工藝與加工方法。現階段，我國大部分的鈑金加工設備基本都是數控折彎、數控剪床以及數控沖床等一些比較先進的設備。

然而，鈑金工藝的設計作為鈑金零件制造與鈑金零件設計之間的有效連接，其中關鍵步驟還應該憑借相關設計人員的手工操作來實現。例如，在進行鈑金工藝規劃時，車間工作人員應該對鈑金件展開件的實際外形尺寸進行計算，之后按照計算出來的結果確定小料的尺寸。因為個人工作經驗的局限性、手工操作的低效率性以及多樣性等原因，鈑金加工工藝過程的優化與標準化過程難度相當大，根本不能有效滿足逐漸縮短新產品更新周期的要求，造成成本很高、重復性勞動較多、工作量比較大、很難保證工藝設計的一致性以及加工的周期過長等一系列的問題，無法滿足現代先進制造技術的實際發展需求。

除此之外，相關工作人員不能很好的把握鈑金零件塑性變形等基本機理，鈑金零件設計人員在進行鈑金工藝設計時，一般按照自身工作經驗或者公認的經驗公式、理論。積累這些經驗需要漫長的時間，而且精確性得不到保證，這會導致鈑金工藝水平遠遠落后于制造與設計水平，最終嚴重影響鈑金生產效率。現階段，實現鈑金工藝設計的實用性、標準化與智能化已經變成了一個迫切應該解決的主要性任務。計算機輔助工藝系統基本框架（如圖1所示）。

圖1 CAPP的基本框架

四、鈑金CAPP應解決的主要問題

第一，建立鈑金零件的模型以及對相關信息進行詳細描述。這些基本都是后續相關工作的基礎以及前提。第二，提取鈑金件模型中包含的完整信息。當將一個鈑金模型打開之后，能夠在模型當中獲得實際需要的所有信息，例如零件圖號、材料代號、材料規格以及零件名稱等等。第三，建立完善的鈑金工藝知識庫。建立該知識庫會在一定程度上涉及加工設備信息、加工操作工作人員信息、量夾具信息以及加工工藝流程等信息。第四，解決各個系統模塊之間的數據交換問題。第五，實現工藝結果輸出，在該階段當中可以有效生成面向數控設備以及面向普通設備的工藝卡片。

五、鈑金CAPP主要的研究內容

首先，使用Pro/E等軟件構建鈑金零件幾何造型。在軟件中應包含鈑金設計基礎以及專門模塊，包含的內容具體表現為折彎、要素的生成、表格的修改、選擇非折彎與折彎的特征、對鈑金零件進行二維展開等各種具體的功能；其次，運用Access軟件完成鈑金工藝數據庫的建立，根據VB軟件來開發相應的軟件。對鈑金CAPP的各個模塊分別進行設計，在VB的大環境之下實現數據庫的讀取、創建以及修改；最后輸出工藝的結果，設計輸出的工藝結果主要包含兩個部分，分別為生成工藝流程以及形成輸出工藝卡片文檔。按照實際的鈑金加工特點來整理鈑金零件的實際加工流程，并將其建立成相應的數據庫，另外還應該建立包含全部工藝信息以及零件信息的一個Word模版。之后再利用VB來建立相應的模塊匯總庫中存在的工藝信息以及提取出來的零件信息，通過合理的組合最終形成完整的鈑金件加工流程，并且將該信息在數據庫當中進行存檔。VB編程能夠將已經生成的零件信息以及工藝流程輸出到相應的模版當中并形成電子文檔。

六、鈑金CAPP總體設計的詳細分析

設計鈑金CAPP的具體步驟如下：

第一步，通過Pro/E完成鈑金件建模。利用Pro/TOOLKIT中的應用程序，將調入Pro/E的三維模型參數傳遞與修改，并實現參數的更新，最終得到新的鈑金件三維模型，傳遞三維模型參數的過程【2】（如圖2所示）。

圖2 程序參數的傳遞

第二步，通過VB的編程提取鈑金模塊當中的相關信息。

第三步，通過Access對鈑金加工的工藝信息以及零件信息建立相應的信息庫。

第四步，根據VB實現鈑金CAPP軟件各個界面的初步建立，同時實現界面與數據庫的連接。

第五步，借助Word建立鈑金件的加工工序模版。

第六步，通過VB編程提取模型信息、加工工藝模塊以及數據庫之間的集成所輸出的工序卡片。

七、詳細分析開發原型系統的具體流程

1、鈑金件模型庫的建立

根據API函數控制程序打開鈑金模型庫，并調用其中的鈑金件模型，將所需的鈑金件參數輸入后，完成鈑金參數更新即可得到新鈑金件。實現鈑金件模型庫建立的第一步是繪制三維模型，然后將其展開。一般而言，Pro/E可以實現絕大多數鈑金件的模型搭建，本文將介紹繪制難度較大的三通管。由于三通管屬于相貫鈑金件，通過鈑金模塊很難完成。首先通過Pro/E完成三通管實體模型構建（如圖3所示），借助Pro/E里“應用程序→鈑金件”可以把完成的實體模型轉變成三通管鈑金模型（如圖4所示）。通過上述得到的鈑金件無法直接展開，因此在展開之前應使用縫特征以及剪切命令將圖4的封閉模型人為切分開，然后才能進行展開。

圖3 三通管實體模型

圖4 三通管鈑金模型

實現參數化建模應確保零件形狀一定，尺寸根據參數發生改變。使用盡可能少的參數控制模型尺寸，可以有效簡化參數化過程。建模時應多采用對稱、平行等技巧減少參數數目。在三通管建模的參數化過程中，僅需橫向的軸向長度、直徑、定位尺寸、厚度，以及斜向的長度、直徑以及傾角7個參數即可準確得到模型尺寸。

2、設計鈑金加工相關工藝的生成模塊

首先，設計窗口的主界面。在鈑金CAPP的整個系統當中這個界面屬于各個板塊最終集成的結果，主要包含的內容有：鈑金工藝的生成以及輸出的相應模塊、提取鈑金零件的相關信息的模塊、打開鈑金模型的模塊以及對信息數據庫進行維護的模塊等。主要包含的窗口界面具體為：顯示工藝圖的部分、控制各個命令的部分、顯示工藝流程圖的部分以及控制菜單的部分，系統主界面（如圖5所示）。

圖5 系統主界面

其次，設計生成鈑金工藝的窗口。在該窗口當中主要包含的內容具體為：填寫工序的相關信息的部分、連接數據庫的部分、填寫零件相關信息的部分、顯示并編輯工藝過程的部分。下面以折彎工藝模塊長度折彎計算為例介紹。折彎工藝模塊界面（如圖6所示）。

圖6 折彎工藝模塊界面

折彎件的展開長度是設計過程中的重點，必須在折彎工藝前精確地計算出折彎件展開尺寸，確定孔的位置與尺寸。折彎展開的計算方法通常采取三種形式，根據圓角R大小不同可以分為R<0.5t、R>0.5t和直角折彎三種情況，其展開長度計算界面（分別如圖7～9所示）。

圖7 R<0.5t時展開長度計算界面 圖8 R<0.5t時展開長度計算界面

圖9 直角折彎時展開長度計算界面

3、設計輸出工序卡片的模塊

在該研究的實際過程當中，應該對鈑金零件加工的相關工序卡進行自動的生成，工序卡包含的內容有三個部分，主要為：加工工藝的信息、工序圖以及零件信息。模塊化工藝流程圖（如圖10所示）。

圖10 模塊化工藝流程圖

首先，對相關的工序卡片的Word模板進行建立完善。該模板主要包含的內容有：工序圖部分、工序信息部分以及零件信息部分【3】。繪制出相應的表格并在其中將需要進行代替的項進行填寫，例如材料的規格、材料的代號、材料的圖號、課題的代號以及工作的令號等，同時還應該為工序圖以及工藝過程預留出相應的單元【3】。

其次，設置VB當中的OLE。在VB當中對OLE進行設置，利用ADO以及Application來實現生成工序卡的過程。應該保證與Word的鏈接，實現對該模板的有效調用。

最后，添加模板當中的信息。通過VB編程對相關的工藝信息以及零件信息在Word模型中實現快速查找以及準確替換，利用相應的一些工藝信息以及零件信息來對模板當中的初始值進行直接的替換，這些工藝信息以及零件信息主要包括的內容具體如下：課題的代號、零件的圖號、實際日期、零件的名稱、數量、工作相關令號、工作人員以及材料的規格等一些內容【3】。一般板材零件及工序（如圖11、12所示）。

圖11 一般板材類零件

圖12 板材類零件的一般工序

八、結束語

總的來說，零件（產品）工藝數據是鈑金零件的計算機輔助系統的一個主要的中心，綜合了信息管理以及工藝設計，屬于人機交互式的一個應用框架系統。這個系統可以有效、方便的實現鈑金工藝設計的實用化、規范化、標準化以及智能化。

參考文獻：

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