鈑金cadcamcapp系統(tǒng)的研究與發(fā)展

鈑金cadcamcapp系統(tǒng)的研究與發(fā)展

法律及主要應(yīng)用領(lǐng)域由于結(jié)構(gòu)簡單、外形美觀、加工方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，金屬器具廣泛應(yīng)用于汽車、家具、機(jī)械、化工、航空航天等行業(yè)。此類零件從材料毛坯到最終產(chǎn)品成型,要經(jīng)過設(shè)計、展開、沖壓、折彎和表面處理(噴漆、上色)等過程?，F(xiàn)有鈑金CAD/CAM/CAPP系統(tǒng),其研究和應(yīng)用的領(lǐng)域多集中在鈑金零件的設(shè)計、展開、排樣和沖裁上,而鈑金零件的折彎由于涉及零件本身結(jié)構(gòu)、折彎機(jī)械和折彎模具等多種因素,其研究和發(fā)展較為滯后。由于折彎是鈑金零件成型的最后一道工序,對于鈑金零件的生產(chǎn)有著相當(dāng)大的影響,尤其是中小尺寸和中小批量的鈑金零件。優(yōu)化鈑金折彎工藝、減少折彎試模費(fèi)用、減少設(shè)備調(diào)整時間和工件操作時間,成為降低鈑金零件制造成本的關(guān)鍵因素。1.仿真模擬系統(tǒng)在高模擬技術(shù)中的應(yīng)用國外成熟的鈑金CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)較多,大致可以分為三類:一類是通用三維設(shè)計系統(tǒng)。如SolidWorks、SiemensNX、Pro/engineer以及Inventor等三維CAD軟件都提供了相應(yīng)的鈑金零件的設(shè)計、展開模塊。這類通用CAD系統(tǒng)的鈑金零件設(shè)計均為參數(shù)化鈑金特征造型,后續(xù)的展開等操作可以直接提取鈑金特征信息并加以利用。第二類是鈑金CAD/CAM/CAPP的專用系統(tǒng)。其中比較典型的是英國Radan公司開發(fā)的RadanCAD/CAM系統(tǒng)。系統(tǒng)包含Radraft、Radesign、Radbend、Rendering、Radpunch/Radprofile和Nesting等六個模塊。具有鈑金件參數(shù)化三維設(shè)計、展開、排樣以及折彎工序設(shè)計等功能,該系統(tǒng)還提供了和數(shù)控折彎機(jī)之間的接口。除了RadanCAD/CAM系統(tǒng)外,瑞典FCC公司的AutoPol系統(tǒng),也可以非常方便直觀地設(shè)計參數(shù)化鈑金零件,并且可以在虛擬折彎機(jī)上進(jìn)行折彎工藝模擬。第三類是數(shù)控剪、沖、切割及折彎設(shè)備提供的在線式鈑金CAD/CAM軟件。如LVD、AMADA等公司生產(chǎn)的數(shù)控折彎機(jī)均配專用的數(shù)控折彎模擬軟件,能夠簡單模擬鈑金零件的折彎過程,用于折彎工藝的檢驗。國內(nèi)鈑金CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)比較典型的有武漢開目集成技術(shù)有限責(zé)任公司開發(fā)的開目軟件系統(tǒng)中的“開目鈑金模塊”,系統(tǒng)的功能主要集中在鈑金件三維設(shè)計、展開、自動排料、生成沖孔數(shù)控代碼等方面。從國內(nèi)外鈑金CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r可以看出,相對于鈑金零件的設(shè)計、展開、排樣等過程,鈑金數(shù)控折彎的研究還不是很多。通過對CAD/CAM軟件鈑金折彎特征信息的提取和處理,通過基于折彎規(guī)則的推理所構(gòu)建的數(shù)控折彎工藝系統(tǒng),對這一問題的解決提供一種有效的解決方案。2.建立折彎特征樹數(shù)控折彎工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。系統(tǒng)通過對折彎特征信息的重構(gòu),生成折彎特征樹,由推理機(jī)結(jié)合折彎規(guī)則知識庫、板材信息數(shù)據(jù)庫、折彎模具數(shù)據(jù)庫、折彎設(shè)備數(shù)據(jù)庫所提供的相關(guān)規(guī)則和數(shù)據(jù),推理生成折彎工藝信息,供數(shù)控折彎編程使用。系統(tǒng)主要模塊功能如下:2.1折彎特征設(shè)計折彎特征樹主要通過對SolidWorks等三維CAD軟件所生成的鈑金零件特征進(jìn)行過濾、篩選,去除或隱含與折彎無關(guān)的一些特征,如沖壓、拉伸等。系統(tǒng)將折彎邊、折彎邊界這些圖形信息,以及折彎半徑、折彎方向、折彎角度等折彎參數(shù)信息,組合成一個折彎特征。通常鈑金零件包含多個折彎特征,系統(tǒng)將這多個折彎特征重組成符合鈑金零件自身的幾何拓?fù)潢P(guān)系的折彎特征樹,如圖2所示,為后續(xù)的折彎工藝生成做好準(zhǔn)備。由于折彎特征樹是整個工藝系統(tǒng)決策、推理的依據(jù),考慮到三維鈑金零件由于設(shè)計人員的設(shè)計思想不完全一致,其折彎特征的排列具有不確定性,為便于后續(xù)的推理搜索,折彎特征的重組是通過人機(jī)協(xié)同交互完成的,以提高折彎特征樹構(gòu)建的合理性和效率。2.2數(shù)控折彎工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫折彎工藝系統(tǒng)涉及由大量數(shù)據(jù)組成的手冊和各種模具圖形,這些均需借助于數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行管理。當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫類型較多,考慮到系統(tǒng)主要運(yùn)行于微機(jī)平臺,因此選擇MicrosoftAccess作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。數(shù)控折彎工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)主要包含生成折彎工藝所需的板材信息、折彎設(shè)備信息以及折彎模具信息。其中板材信息為一維表,存放不同板材的折彎系數(shù);折彎設(shè)備數(shù)據(jù)庫主要存放常用的數(shù)控折彎機(jī)型號;折彎模具數(shù)據(jù)庫根據(jù)不同的數(shù)控折彎機(jī),存放廠家提供的系列標(biāo)準(zhǔn)折彎模具。折彎模具信息相對較復(fù)雜,包括折彎模具(上、下模)的截面信息、長度尺寸。常見的折彎模具形式如圖3所示。除了上述內(nèi)容之外,數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)還應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)和永久數(shù)據(jù)等。2.3折彎過程的描述折彎規(guī)則知識庫主要包含兩種規(guī)則,一是干涉規(guī)則,即折彎前后,板材均不能和折彎模具(上、下模)發(fā)生干涉,如果發(fā)生干涉,規(guī)則指定兩種解決策略-更換模具或重新搜索折彎順序。二是精度規(guī)則,即折彎過程中,對于精度要求較高的尺寸,必須合理選擇折彎定位基準(zhǔn),必要時需對鈑金零件進(jìn)行掉頭加工,以消除連續(xù)同向折彎過程中產(chǎn)生的累積誤差。上述兩種規(guī)則的表示方法均采用過程型知識也即為推理性描述,即表示成如何應(yīng)用這些規(guī)則的過程。兩種規(guī)則中,精度規(guī)則優(yōu)先,在系統(tǒng)中,規(guī)則可以用樹狀結(jié)構(gòu)來表示,規(guī)則決策樹如圖4所示,在程序中以“if……then……”的形式實現(xiàn)。2.4折彎工序生成推理機(jī)是具有一定通用性的知識處理系統(tǒng),其主要任務(wù)是在一定的控制策略指導(dǎo)下,根據(jù)規(guī)則,搜索折彎順序的各種可能性,并產(chǎn)生最優(yōu)的折彎工序,同時根據(jù)折彎特征信息以及折彎模具信息,形成每個折彎特征的折彎工藝參數(shù)。為了提高推理搜索的效率,一般采用“啟發(fā)式”搜索,即根據(jù)鈑金折彎的一般常識,設(shè)置一些簡單的搜索限制條件,以減少搜索空間,加速可行折彎順序的搜索。常用的限制條件為:折彎順序由外向內(nèi),先進(jìn)行同方向折彎。折彎順序的最優(yōu)判斷通過數(shù)控折彎的總時間長短來進(jìn)行,由于鈑金零件折彎的過程是對所有折彎特征的一次遍歷,所以不同折彎順序的折彎加工時間是相同的,不同的是輔助時間的長短,即零件掉頭、翻轉(zhuǎn)、模具更換的次數(shù)以及模具配置的時間不同。通過對不同折彎順序輔助時間的統(tǒng)計,可以從中篩選出最優(yōu)的折彎工序。當(dāng)折彎工序生成后,可以根據(jù)折彎特征信息、折彎模具信息生成每個折彎工步的工藝數(shù)據(jù),即控制數(shù)控折彎機(jī)伺服軸所需的運(yùn)動參數(shù),如后擋料的定位值和上模的下壓量。后擋料的定位值主要用于保證折彎邊的直邊尺寸,該參數(shù)主要與鈑金零件直邊尺寸、折彎角度以及折彎圓角半徑等參數(shù)有關(guān)。上模的下壓量主要與模具尺寸、彎曲角度、板材厚度、折彎圓角半徑以及折彎回彈量等參數(shù)有關(guān)。2.5基于數(shù)據(jù)庫配置和維護(hù)的模塊考慮到系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)展,還設(shè)置了數(shù)據(jù)庫調(diào)整維護(hù)模塊,用以對板材、折彎模具和折彎設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和維護(hù)。3.折彎規(guī)則知識的規(guī)范應(yīng)用數(shù)控折彎工藝系統(tǒng)借助于成熟CA