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首頁 > 滾動軸承CAD/CAM集成系統(tǒng)的開發(fā)
1引言
滾動軸承為常用的標準件，其設計與制造具有特有的特點:①軸承產(chǎn)品設計與工藝設計復雜，計算工作量極大，易出錯，但其數(shù)學模型相對統(tǒng)一，設計流程標準化程度高，特別適合于應用計算機輔助設計。② 軸承制造為大批量流水式生產(chǎn)，同一種型號的產(chǎn)品一次投產(chǎn)幾萬套、幾十萬套，生產(chǎn)中重復環(huán)節(jié)較多，易于實現(xiàn)計算機輔助管理;③軸承制造過程中，由于生產(chǎn)工序多、工藝流程復雜，且每一種工序都有嚴格的規(guī)定和檢驗記錄，信息交換量大，因此特別需要計算機輔助管理。開發(fā)滾動軸承的CAD/CAM集成系統(tǒng)，對提升企業(yè)的生產(chǎn)技術與管理水平，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期具有積極的促進作用。
本文基于某企業(yè)軸承產(chǎn)品開發(fā)實際流程，以計算機輔助為手段，開展軸承CAD/CAM集成系統(tǒng)的開發(fā)研究。首先對系統(tǒng)結構進行了探討;其次介紹了該系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程;最后就對系統(tǒng)的具體軟件開發(fā)中關鍵技術進行了研討。
2 系統(tǒng)功能與結構
2.1系統(tǒng)功能要求
根據(jù)軸承產(chǎn)品開發(fā)實際，滾動軸承CAD/CAM集成系統(tǒng)應能滿足以下產(chǎn)品開發(fā)功能要求:
(1)可完成標準或非標準滾動軸承產(chǎn)品的設計。自動完成新產(chǎn)品的結構設計計算，并依據(jù)相關技術標準自動查詢各零件的尺寸公差、表面粗糙度和形位公差的數(shù)據(jù);依據(jù)計算和查詢結果自動生成產(chǎn)品裝配與零件設計圖紙，且設計的圖紙必要時可人工修改，并保持圖紙與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。
(2)可根據(jù)各類零件加工工藝技術標準，自動查詢工藝數(shù)據(jù)，設計軸承加工工藝;自動生成各零件加工工藝圖紙文件，且設計的圖紙必要時可人工修改，并保持數(shù)據(jù)的唯一性。
(3)應具有功能完備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能。依據(jù)產(chǎn)品設計和工藝設計需要建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);并具有功能完備的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可方便進行數(shù)據(jù)查詢、修改、增刪等操作。
(4)系統(tǒng)要有良好的人機界面，可方便地進行滾動軸承產(chǎn)品的集成設計。
2.2系統(tǒng)結構
系統(tǒng)主要由控制模塊、設計功能模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。
2.2.1 系統(tǒng)控制模塊
通過系統(tǒng)的人機界面，依據(jù)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程，協(xié)調各模塊運行，統(tǒng)一管理各模塊數(shù)據(jù)流，以完成產(chǎn)品CAD/CAM過程。
2.2.2 設計功能模塊
設計功能模塊，由初始化、CAD和CAM三個子模塊組成，其中CAD模塊和cAM模塊分別完成軸承產(chǎn)品設計和加工工藝設計，是產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的核心。
2.2.3 編輯功能模塊
編輯功能模塊是提供集成產(chǎn)品設計和工藝編輯環(huán)境。當產(chǎn)品完成CAD設計與加工工藝設計結束后，若需要對部分數(shù)據(jù)進行修改，可通過編輯模塊所提供的基于設計圖模板的用戶接口，對數(shù)據(jù)進行修改，所修改的數(shù)據(jù)可直接存人數(shù)據(jù)庫。
2.2.4 數(shù)據(jù)庫管理模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軸承
CAD/CAM集成系統(tǒng)包括:實際產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、軸承設計標準數(shù)據(jù)庫、軸承工藝標準數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理模塊用于各數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除和修改等功能。
3 產(chǎn)品開發(fā)流程
基于上述系統(tǒng)結構設計，同時考慮與企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品設計及工藝設計模式的銜接。當企業(yè)工程技術人員接到一個產(chǎn)品開發(fā)任務后，可將CAD/CAM集成系統(tǒng)啟動，首先通過系統(tǒng)的CAD模塊，按圖2流程完成產(chǎn)品結構設計，其次利用系統(tǒng)的CAM模塊。所有產(chǎn)品開發(fā)工作均在集成系統(tǒng)內(nèi)完成，從而實現(xiàn)了軸承產(chǎn)品開發(fā)的過程集成與信息集成，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率和組織管理水平。
3.1 CAD模塊工作流程
首先，設計人員要查詢待設計產(chǎn)品是否企業(yè)己設計過，若已設計過，則需再判斷原設計產(chǎn)品是否符合待設計產(chǎn)品的要求，從而決定是否重新設計。要完成這個功能，系統(tǒng)提供了相應的輸人界面和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。輸人界面可輸人要設計產(chǎn)品的型號及精度等級。系統(tǒng)將輸入的軸承型號和精度等級組合，形成產(chǎn)品ID號，查詢產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，若產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫沒有該產(chǎn)品的相關記錄，則轉人輸入設計參數(shù)界面，開始新的產(chǎn)品設計;若產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫有該產(chǎn)品的相關記錄，則反饋該產(chǎn)品已存在信息，并將該產(chǎn)品的主要參數(shù)列表，以供產(chǎn)品設計人員核對，決定是否修改，若產(chǎn)品設計人員確定不修改，則此產(chǎn)品設計結束轉人產(chǎn)品參數(shù)輸出，否則轉人的參數(shù)輸入界面，進行產(chǎn)品修改設計。在此階段系統(tǒng)根據(jù)輸入的參數(shù)、結構設計計算模型，以及調用相關的產(chǎn)品標準數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)(標準結構參數(shù)、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等)自動進行計算需要的其它參數(shù)，計算完后轉入驗算階段，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品設計人員輸入的約束條件對計算后的結果進行驗算，并返回驗算結果，若不合格則轉回參數(shù)輸入界面，對產(chǎn)品部分參數(shù)進行修改。驗算合格后，就完成產(chǎn)品設計計算的任務，就可將該產(chǎn)品的所有相關參數(shù)存入產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并輸出設計結果(設計說明書輸出、產(chǎn)品圖紙繪制)。經(jīng)產(chǎn)品設計人員核對后，若還需對產(chǎn)品做局部的修改，可在系統(tǒng)的編輯模塊進行修改，以滿足特殊客戶的要求。至此產(chǎn)品設計人員就完成了滾動軸承產(chǎn)品的CAD任務，可轉入滾動軸承產(chǎn)品的CAM任務。
3.2 CAM模塊工作流程
工藝設計人員根據(jù)CAD模塊設計的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，以及企業(yè)工藝標準進行工藝設計。工藝設計人員在接到設計任務后，可在系統(tǒng)的輸人界面輸人軸承型號及等級，系統(tǒng)根據(jù)此數(shù)據(jù)查詢產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，若產(chǎn)品不存在，則轉人CAD模塊，開始產(chǎn)品結構設計;否則查詢是否該產(chǎn)品有工藝設計數(shù)據(jù)存在，若有則輸出該產(chǎn)品的工藝設計結果;若沒有設計，則對該產(chǎn)品的內(nèi)外套圈、保持架等各零部件分別進行工藝設計，設計完后將該產(chǎn)品的所有工藝參數(shù)存人產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并輸出工藝(工藝圖紙繪制)，經(jīng)工藝設計人員核對后，若還需對產(chǎn)品做局部的修改，可在系統(tǒng)的編輯模塊進行修改，以滿足部分產(chǎn)品對工藝要求的特殊性。
4 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
4.1 開發(fā)工具
系統(tǒng)采用面向對象的可視化編程工具軟件Mirosoftvisualstudio.NetBasiC作為開發(fā)工具。VB.NET 提供了大量控件，可用于設計界面和實現(xiàn)各種功能，并可方便地使用其所提供的ADO對象1。利用ADO創(chuàng)建數(shù)據(jù)源類的數(shù)據(jù)綁定功能和數(shù)據(jù)源連接，對開發(fā)本文系統(tǒng)的產(chǎn)品設計模塊、圖形生成模塊，以及數(shù)據(jù)管理模塊起著重要的支持作用。
因設計系統(tǒng)時最初僅定位于單個用戶，故采用Acess20O3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分別建立產(chǎn)品設計標準數(shù)據(jù)庫BearCADStd.mdb、工藝設計標準數(shù)據(jù)庫BearCAMStd.mdb、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫Bearing.mdb，并將數(shù)據(jù)庫建成關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫中存儲著相應的產(chǎn)品設計標準、工藝設計標準和有關產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)等，通過ADO對象及控件編程訪問這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)直接從數(shù)據(jù)源中檢索數(shù)據(jù)。AutoCAD 具有強大的繪圖及圖形自動生成功能，運用vB對AutoCAD基于ActivexAutomation的二次開發(fā)技術，可實現(xiàn)從外部程序化控制AutoCAD對象。
4.2 關鍵技術
軸承產(chǎn)品開發(fā)CAD目前主要有四種實現(xiàn)方式，即交互式、變異式、模塊化和參數(shù)化式，這四種方式各有所長121。由于滾動軸承生產(chǎn)具有標準化、系列化等實際特點，本系統(tǒng)將采用已相對成熟的參數(shù)化軸承設計方式1510
由于滾動軸承的加工工藝方案工廠已實現(xiàn)了標準化，系統(tǒng)采用自動工藝設計方式14]。軸承產(chǎn)品開發(fā)CAM的主要內(nèi)容有工藝參數(shù)計算、工藝方案制定、設備選取、工裝的選用和工藝卡片的繪制。其中工藝參數(shù)可以通過工藝標準數(shù)據(jù)庫，以及結合相關計算模型獲得。對于具體產(chǎn)品所采用加工的方案，則是根據(jù)該產(chǎn)品的結構和外形尺寸來進行，因此可以把標準加工方案和應用規(guī)則存儲到工藝標準數(shù)據(jù)庫，用于工藝方案設計。設備的選取與加工方案的選用比較類似，需要建立加工設備和選用規(guī)則庫。工裝和檢具選用是根據(jù)加工方案以及外形尺寸來確定的，所以可以建立工裝的選用關系庫來存儲工裝的選用規(guī)則。綜上所述，可以通過建立公式庫、規(guī)則庫，以及模板庫的方法，把滾動軸承的工藝設計過程信息化。配合適當?shù)墓接嬎愫鸵?guī)則解析模塊，就可以實現(xiàn)滾動軸承工藝設計自動化。
基于上述的系統(tǒng)實現(xiàn)策略，其軟件開發(fā)的主要涉及以下關鍵技術。
4.2.1 開發(fā)應用程序與數(shù)據(jù)庫間通信的實現(xiàn)
本系統(tǒng)使用ADO方式實現(xiàn)應用程序與Acces數(shù)據(jù)庫間的通信。ADO是當前Microsoft所支持的數(shù)據(jù)資源進行操作的最有效、最簡單的方法，由于ADO的面向對象特性，使ADO較DAO或RDO更靈活，并提供有標準的COM接口。ADO提供了訪問從文本文件到Excel文檔、SQLserver、Acess等各種資源的手段，是通過編程訪問外部數(shù)據(jù)源的最佳方法，為有效訪問本地和遠程數(shù)據(jù)源提供新的接口。本系統(tǒng)引用MicrosoftActiveX data Objects 2.6 library，使用Microsoft.Jet.OLEDB.4.0數(shù)據(jù)引擎。
.2.2 產(chǎn)品圖與工藝圖的生成
該模塊是運用VisualBasiC對AutoCAD基于ActiveX Automation的二次開發(fā)技術實現(xiàn)的。AutoCAD Activex Automation為其它應用程序提供了訪問AutocAD內(nèi)部功能的方法，通過創(chuàng)建一個AutoCAD.acad Application對象，然后為每一個產(chǎn)品零部件、工藝圖創(chuàng)建相應的繪圖類，利用CAD相應對象的事件、函數(shù)、屬性，實現(xiàn)圖框、圖形、形位公差等標注。由于同類滾動軸承的圖形是相似的，只是尺寸、公差及其它的一些參數(shù)存在差異，為了簡化設計，使圖面整潔清晰，本系統(tǒng)采用模板形式，即預先將相關的產(chǎn)品、工藝圖形制成相應的模板，當某種型號產(chǎn)品進行設計生成圖紙時，可調用相關的模板，通過查找模板上各參數(shù)的ID，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫Bearing.mdb的數(shù)據(jù)寫人圖紙，即完成圖紙的生成。
4.2.3 用戶數(shù)據(jù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術
軸承CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)除產(chǎn)品設計和工藝數(shù)據(jù)外，還包括用戶管理、流程控制等數(shù)據(jù)，用戶管理和流程控制是CAD/CAM系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品發(fā)關鍵。其中，用戶數(shù)據(jù)管理主要包括用戶注冊、用戶權限(查詢、修改)等管理。當某個用戶被分配一定權限后，就可對數(shù)據(jù)庫進行權限范圍內(nèi)的操作(如查詢產(chǎn)品、工藝數(shù)據(jù)及修改產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、相關標準數(shù)據(jù)庫等)，通過一定的界面(如用戶登入界面、查詢界面、修改界面等)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)維護;流程控制管理是首先對數(shù)據(jù)庫中的不同用戶指定一定角色，其次將產(chǎn)品開發(fā)過程劃分成不同的功能單元，最后再將開發(fā)單元指定相應的角色來完成，這樣在實際產(chǎn)品開發(fā)過程中，用戶根據(jù)自己所承擔的角色，便能激活相應的設計功能單元，來完成相應的產(chǎn)品開發(fā)工作。另外，產(chǎn)品庫主要涉及對產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)的利用，對企業(yè)的經(jīng)營活動以及實現(xiàn)材料定額管理等具有重要的意義。當企業(yè)技術進一步發(fā)展時，可對本系統(tǒng)進行升級最終實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)，提高企業(yè)的管理水平。
5 結束語
軸承CAD/CAM集成開發(fā)系統(tǒng)通過產(chǎn)品開發(fā)過程的信息集成和過程集成，解決軸承產(chǎn)品開發(fā)過程中，傳統(tǒng)開發(fā)方法設計過程煩瑣、結果易出錯等問題。系統(tǒng)經(jīng)實際運行后，輸出的結果準確規(guī)范，軟件操件簡單易懂，界面符合企業(yè)工程設計人員的要求，以兼顧了企業(yè)原有的運作模式，運行穩(wěn)定。應用該軟件后，有效地提高了工程技術人員的工作效率及技術文件的準確性、規(guī)范性，產(chǎn)生了顯著技術、經(jīng)濟效益。
