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(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 進行有機地集成,使CAPP 軟件的開發平臺趨向統一的發展方向.
關鍵詞: 成組工藝;CAPP 軟件;PDM 技術
　                      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的零件,根據其外形結構、技術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代表零件(它可以是實際存在的,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,并把它們組成一個專門的工段或車間. 當加工對象由一種零件轉變為同組內另一種零件時,由于技術要求、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,便可進行加工生產. 例如,運用奧匹茲分類方法拆分代號為12031 的零件結構,如圖1 所示.該零件是一個回轉體零件, 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 個軸向孔,與其它要素無位置要求,所以第五位數是1.按成組方式來組織零件生產時,首先按零件的結構特征、工藝特征以及加工設備的特征,將各種零件進行分組、歸類與編碼,然后建立每類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. 在一個零件組中,設計一個能包含這組零件全部幾何特征的虛擬零件. 這個虛擬零件擁有加工族中全部零件需要加工的表面,然后按這個虛擬的零件進行工藝設計,這個工藝即為該組零件的成組工藝.
2) 復合工藝路線法. 在零件族內找出一個結構最復雜、工藝路線最長的零件作為代表,然后將族內其他零件有的而代表零件沒有的工序也加入,獲得一條滿足全族零件加工要求的復合工藝路線.
　                 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、抄寫等重復性勞動要占到總工作量的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間用于工藝數據的匯總統計、重復填寫等工作上,因此存在以下問題: ①設計效率低下、周期長、成本高; ②個性化色彩濃重,樣式繁多,不利于管理; ③設計質量參差不齊,難于實現優化設計; ④工藝人員短缺和老化.CAPP 不僅從根本上解決了這些問題,而且能使工藝設計人員從煩瑣重復的勞動中解放出來,從而投入更多精力進行先進工藝的研究和實施工作. 目前,國內外研制和實際使用的CAPP 系統可以分為3 種類型.
 1) 派生式CAPP 系統. 派生式CAPP 系統是建立在成組技術的基礎上,利用相似零件具有相似工藝文件的原理而生成. 一個新零件的工藝文件是通過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) 創成式CAPP 系統. 創成式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生成各種工藝文件,用戶不需或略加修改即可投入使用. 創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法,為每一個零件組制定適合本企業的成組工藝規程,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. 當需要設計一個零件的工藝規程時,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,根據每個零件的結構和工藝特征,對標準工藝規程進行刪改和編輯,便可得到該零件的工藝規程.例如,運用計算機輔助工藝過程設計來編制某零件的工藝規程. 如圖3 所示.
 
　                 CAPP 的發展趨勢
　　由于國內企業工藝編制規范的多樣性,造成現有的CAPP 軟件開發標準的不統一,從而導致了CAPP軟件與CAD/ CAM 軟件的兼容困難. 因而,CAPP 軟件開發平臺的趨向統一是未來的發展趨勢.PDM 技術作為一門新興技術,它的出現為人們打開了新的思路. 以PDM 系統作為集成框架,將已有的傳統應用軟件AutoCAD 和CAPP 等進行有機地集成,這時CAD、CAPP 系統不再是孤立的系統,而成為產品開發總環境下的有機組成部分. PDM 系統管理了產品從結構設計到工藝設計所需的和所產生的全部信息,特別是PDM 的編碼系統為產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,可以使信息流動更加暢通,設計人員、工藝人員可以適時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現了夾具上鉆套位置的移動,可以對夾具孔系中心距進行精確調整,從而為同類成組夾具的設計與制造提供了借鑒.
 關　鍵　詞: 　成組夾具;偏心軸套;中心距;孔系成組夾具有兩個特點:一是專用,二是可調. 成組夾具設計與專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. 活動的可調元件及其相應的調節機構將會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程中,高定位精度、高剛度調整機構的自主創新性不足,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題.
　                      零件組的工藝性分析
圖1 所示是行星傳動減速機的齒座復合零件圖,其主要尺寸及形位公差要求見標注.

該零件上F 面的孔系4 - M6 是用來夾緊電機的,對電機安裝止口有尺寸要求,并均勻分布且對稱于C *C 的方臺. G面的孔系4 - ª9 是用來安裝減速機的,2 - M8 是起蓋螺釘孔, G 面孔系除滿足尺寸要求,且分布均勻外,相對于F 面的孔系來說,兩孔系坐標相差45°. 我們根據企業現有的設備負荷情況,基于降低操作者勞動量、減低夾具磨損、延長使用壽命的宗旨. 決定利用臺鉆在夾具上完成對零件上整個孔系中孔的點窩工序,它的后道工序安排在搖臂鉆床或立式鉆床上進行.
           圖2
 　              夾具結構簡介
 本夾具要求一次裝夾好工件后,通過上、下鉆模板的相對翻轉實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,加工時,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, X 與Y方向轉動5 個自由度,止轉定位機構12 限制了工件沿角度定位軸的轉動自由度,至此零件的6 個自由度完全被6 個定位點所限制,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.經實踐驗證,這種成組夾具的分度誤差小,尺寸精度高,能實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是不重合的鉆套. 如圖3 所示,鉆套外圓的中心線1 與內圓的中心線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1 與中心線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1為軸轉動時,中心線2 相應的以δ為半徑轉動,這樣就實現了鉆套內圓在垂直方向上的位置移動,移動的最大距離為2δ. 偏心鉆套與相鄰鉆套孔的中心線在ªB 直徑上的弧長為ªB 變化時,弧長隨之變化,偏心鉆套是為滿足弧長的變化而設計的.
 
　                    
 鉆模可調滑塊機構的設計
該機構主要由鉆模可調滑塊、固定鉆套、緊固螺釘、鉆模滑塊壓板、專用量塊、上鉆模板90°V 型導軌組成,其簡圖見圖2. 安裝鉆套的滑塊設計為可調節式,用以滿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 形架的對稱面上,因此,滑塊中心線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 形架夾角過大時,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,為提高直線分度精度,采用量塊6 分度. 機構工作過程為:在鉆模板和滑塊的P、K 面間塞入尺寸為A 的專用量塊,保持緊密接觸,擰緊緊固螺釘通過壓板固緊可調滑塊. 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、調試技術要求
(1) 定位盤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) ,定位盤凸臺外圓中心線與它內凹臺階中心線相對于定位盤中心孔同軸度有較高要求.
(2) V 形導軌工作面半角45°對稱度允差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A 面與定位基準選用間隙配合H7/ g6 ,可換定位盤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 型面的對稱面與水平基準面間的垂直度誤差會加速鉆套磨損,影響其耐用度.
　                         
 結　語
 用該夾具對成組零件組殼體類零件的批量生產,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強度.用對套筒類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,多品種技術研究編碼規則[j]. 成組技術與生產現代化卷. 22號 4,2005
 [2]. Klaus Spechtenhauser，Angelus Eisinger,研究數控編程技術小組初探[j]. 機電元件研究dec12005vol125no14.

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