计算机辅助夹具设计系统的研究与开发(一)

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摘要:为了满足企业实现夹具快速设计的要求,从CAFD 系统的设计思想和使能技术入手,建立了CAFD 系统的体系结构,提出基于实例推理的CAFD 的功能要求和系统流程,结合数据库的建立给出了具体的应用实例。

关键词:CAFD ;基于实例推理;数据库

近年来,国内外开发了很多CAFD 系统,但是都是基于二维绘图平台,代写论文 与夹具设计过程不一致,制图、分析和数控编程各自独立,二维设计难以实现图纸参数驱动,无法实现图纸的关联性。同时,现有CAFD 系统没有重视夹具设计的重构性,忽视对已有设计成果的重用;忽视标准化设计,导致设计中出现重复性和不必要的多样性;不能满足系统集成的需求,忽视与产品CAD 系统和CAPP 系统的集成,这些缺点是不断研究开发CAFD 系统的背景。
针对现有CAFD 系统不足和企业的实际需求,进行了如下的研究:计算机辅助夹具设计的理论和方法的研究;基于实例推理技术的应用;参数化设计技术、产品数据管理等使能技术及它们在CAFD 系统中的应用;CAFD 系统数据库的建立;最后介绍了基于实例推理的CAFD 系统。
1 CAFD 系统设计思想、使能技术及体系结构
1. 1 　设计思想及使能技术
1. 1. 1 并行协同设计
在并行工程各个环节中CAFD 作为重要的一环,一方面在产品设计早期,对产品的概念设计模型进行可装夹性评价,进而对其可制造性进行评价,从而在产品设计早期能够及时发现问题,避免返工。另一方面,当形成最终产品模型之后,CAFD根据产品的CAD 几何信息、CAPP 加工工艺信息进行夹具的方案设计、结构设计、夹具元件的选取、夹具的快速三维建模、夹具出图、生成带有工件的夹具仿真文件,以供制造过程仿真使用,并在此阶段对CAPP 加工工艺中有关定位、夹紧面及切削用量的选取进行评价并产生反馈,以保证工艺设计的合理性。
所以CAFD 是并行工程中实现工艺早期介入、实现各个设计环节真正并行工作、缩短开发时间的重要工具手段之一。
1. 1. 2 模块化设计
模块化设计思想的核心内容是将系统按照功能分解为若干相对独立的模块,代写硕士论文 通过模块间的相互结合,可以得到不同品种、不同规格的产品。从机床夹具的组成来看,在进行夹具设计时,可以先分别设计夹具的各个组成部分,如确定工件的定位引导方式并选择定位引导元件,确定工件的夹紧方式、设计夹紧机构等。在此基础上,协调工件与夹具各装置、组件的布局,从而确定夹具的总体结构。在协调过程中,所选择的夹具组件的调整幅度小的,甚至调整与否不影响其它部件的装配关系,可以将其设计为标准模块;调整幅度大而且影响其它元件装配的,应该设计成专用模块,需要用户在设计过程中创建。
1. 1. 3 参数化技术
夹具设计过程中,大量的夹具元件已经标准化、系列化,每一系列的元件结构上是一样的,只是尺寸上的不同。参数化技术的充分利用,避免了图形库中存储大量结构相同、尺寸不同的图形。在夹具设计的初始阶段只需要根据设计要求确定所需夹具标准元件的结构,有效地实现夹具结构设计。当夹具进入详细设计阶段,再利用参数化技术进行尺寸驱动,完成夹具的详细设计,得到夹具的零件图和装配图。参数化技术与模块化技术结合形成的广义模块化技术的应用,大大节省了硬盘的空间,提高了设计效率,是实现CAFD 的关键技术之一。
1. 1. 4 产品数据管理技术
产品数据管理( PDM) 是以软件技术为基础,以产品为核心,实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术[1 ] 。在夹具设计的过程中,可以利用PDM 有效地将夹具设计各个阶段的相关数据,按照一定的数据模式加以定义、组织和管理,使夹具数据在整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全。如果进一步地将夹具后续制造问题也加以考虑的话,那么夹具的工艺流程设计、加工制造、销售维护直到产品消亡的整个生命周期内及各个阶段的相关数据,均可以用PDM 的管理思想加以组织。这样必然将很好地面向企业的生产组织,使企业提高产品质量,缩短研制周期,提高工作效率,加快产品投放市场的速度,从而提高产品的竞争力。
1. 1. 5 数据库技术及网络技术
数据库技术在数据管理、维护、查询和汇总等方面更是具有无可比拟的优越性,所以,能够很好地为夹具设计提供技术上的支持。
数据库对夹具设计的支持体现在两个方面:一是存储夹具设计所用到的各种信息,二是保存夹具设计过程中产生的各种数据。代写医学论文夹具设计所用到的数据主要包括两大类:一类是标准和通用夹具元件的结构尺寸数据;另一类是设计中用到的各种表格数据、公式及图形数据等。这些数据之间都是具有一定关系的,所以很适合用关系型数据库来进行表达。
由于夹具设计信息系统中大量的CAD、CAPP 数据和信息都存储在数据库中,因此将Web 与数据库系统结合起来,相互取长补短,可以形成集数据管理、分布式网络功能和支持超文本、超媒体于一体的,具有实时性和交互性的分布式信息系统。
1. 2 　体系结构
夹具及夹具设计的特点主要体现在以下几个方面: 批量小,多是单件生产;夹具重用性强,相似性强;经常要选用标准件或常用件;数据库和图形库处于动态扩充。这些特点决定了CAFD 系统且有多种设计方法相结合,应用多种使能技术的特点。
CAFD 系统体系结构如图1 所示。CAFD 系统在计算机网络环境下运行(主要是企业内部网络Int ra ) ,数据库技术的支持是CAFD 系统的运行前提;并行协同设计、模块化设计是CAFD 的重要设计思想,参数化技术及产品数据管理技术是CAFD 系统实施的关键技术; 基于实例推理和人机交互是CAFD 系统完成夹具辅助设计技术途径。夹具设计的复杂性和重构性决定了单一设计方法不能很好地满足实际生产中对夹具快速设计的要求,因此CAFD 系统多是应用两种设计方法的结合(如基于实例推理和人机交互两种设计方法相结合,文中将详细分析基于实例推理技术在CAFD 系统中的应用) ,相辅相成,达到快速、高效、高质的夹具设计。
2 　基于实例推理技术的应用
2. 1 　功能要求
实现基于实例推理的计算机辅助夹具设计,系统应该能实现以下具体功能:
(1) 问题的描述。在输入已知的设计信息之后,应该提取
重要的特征对待解决的问题进行描述和表示,转换成能够实现与实例库匹配的方式表达出来,形成问题实例。
(2) 实例的表示和实例库的建立。实例是对已有夹具进行特征提取而形成的,它可以是典型的夹具,也可以是对同种夹具特征抽象而成的,实例与实际的已有夹具是一对多的关系。代写工作总结 因此,实例的表示是抽取夹具设计过程中重要的特征作为实例的表示因素。实例库就是这些典型实例组成的集合。当已有夹具数量小,典型实例库可以只是一个库;当夹具种类多和规模大时,可以将实例库按照不同的种类分解成多个实例库,如按照机床种类分成:车床夹具库、铣床夹具库等。
(3) 实例的检索。实例检索就是将问题实例与实例库中的实例进行相似度匹配,查找出最相似的实例,调出该相似实例的解决方案。