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0引言齒輪是機械制造中最常見的傳動件之一，齒輪制造過程中，隨著產品的更新換代，大量的工藝規程設計工作令人應接不暇。傳統的工藝規程都是由有經驗的工藝人員手工編制，因此存在工作效率低，編制出的工藝呈現出多樣化，編制的質量參差不齊等問題。工藝編制工作重復繁瑣，這樣既浪費時間，又增加了工藝人員的勞動強度，最重要的是工藝編制過程中好的經驗無法得到傳承［1］，而且生產準備周期較長。在激烈的市場競爭環境下，企業迫切需要提高工藝方面的快速反應能力。為了縮短生產準備周期，提高工藝文件質量，并使工藝人員從繁瑣和重復的勞動中解放出來，研究、開發和應用計算機輔助工藝設計系統即capp系統將是一種根本的解決方法。

1CAPP在中小型齒輪制造企業的現狀

工藝設計是產品開發的重要環節，也是連接工程設計和生產制造的橋梁和紐帶［2］。計算機輔助工藝設計(ComputerAidedProcessPlanning，CAPP)是指借助于計算機軟、硬件技術和支撐環境，利用計算機的數值計算、邏輯判斷和推理等功能來制定零件機械加工工藝過程。CAPP雖然經過幾十年的發展，但其應用狀況已經遠遠落后CAD和CAM。目前國內外已開發了許多CAPP軟件，如武漢的開目CAPP軟件，上海的斯普SIPM/CAPP軟件，美國HMS軟件公司的HMS/CAPP軟件，美國CIMX公司的CS/CAPP系統等。特別是國際著名的制造公司如:Boeing、LockheadMartin、Airbus等在工藝與過程管理的集成及優化方面，開發和集成了大量的CAPP軟件［3］。但是對于中小型齒輪制造企業，由于這些商用CAPP軟件價格昂貴且軟件系統過于復雜，因此使用這些復雜的CAPP系統不一定是最好的選擇。所以，針對中小型齒輪制造企業，在力求實用的基礎上，開發齒輪CAPP系統顯得尤為重要。本文以某齒輪制造企業的產品為例，進行CAPP系統的研究、開發與應用。

2齒輪CAPP系統功能與結構設計

現在很多產品設計尤其是機械產品的設計都是改進型的產品設計，而且原始產品70%左右的設計信息會在新產品中利用，這就為齒輪CAPP系統開發提供了便利。某齒輪制造企業的產品主要有:柴油機齒輪、拖拉機齒輪、農用車齒輪、汽車齒輪，以及船用變速箱齒輪等。例如批量較大的柴油機齒輪，按照柴油機不同的系列又分為:S195，S1100，D180，R180，D185，ZS1110，SQD186N，SQD192N，N285Q，N385Q，N485Q，CC4105Q等系列齒輪。利用VB6．0軟件，基于Ac-tiveXAutomation技術，筆者開發了一個使用“通用工藝規程”模塊的高效實用的齒輪CAPP軟件系統。齒輪類零件屬回轉體零件，將齒輪零件按照產品型號、結構和工藝特點等進行分類整理，形成齒輪各個“通用工藝規程”模塊。本CAPP軟件系統，采用“產品類型選擇與檢索”模塊來完成齒輪產品類型選擇及齒輪產品基本參數的檢索與調用;以齒輪零件的結構參數、模數大小和螺旋角大小等為依據，采用“工藝參數選擇與檢索”模塊來提供齒輪工件的工藝參數信息;利用SQLServer2008數據庫平臺建立數據庫(齒輪產品數據庫、工藝資源數據庫、工藝文件數據庫)和工藝知識庫，供CAPP軟件調用，并通過檢索“工藝知識庫”，判斷齒輪工藝參數取值的合理性;基于“通用工藝規程”模塊，CAPP系統自動進行工藝規程檢索，并根據工藝參數信息進行工藝規程修改，生成齒輪零件的機械加工“工藝規程文件”，其總體功能結構框架如圖1所示。

3齒輪CAPP系統的關鍵技術研究

3．1數據庫與工藝知識庫

在齒輪CAPP系統實施過程中，齒輪的各類數據整理和定義是否準確、充分，將直接影響到應用的效果。從齒輪的設計、齒輪工藝編制和齒輪加工過程中產生的數據是非常復雜的，各類數據的復雜性主要表現在結構復雜、關系復雜、數據的一致性要求嚴格、使用復雜，以及管理復雜等［3］。在齒輪CAPP系統定制過程中，不僅需要對所有齒輪加工的工藝信息進行充分地整理和歸納，還需要結合計算機管理的特點對現有的齒輪工藝標準進行改進和提高。目前有許多數據庫產品，典型的數據庫有AC-CESS，SYBASE，ORACLE，SQLServer、VisualFoxPro和MySQL等。由于最新版本的SQLServer2008是一個全面的數據庫平臺，它具有可靠性、可伸縮性、可用性和可管理性等特點，使用集成的商業智能(BI)工具提供了企業級的數據管理，為用戶提供完整的數據庫解決方案，因此本CAPP系統的數據庫利用SQLServer2008建立了齒輪CAPP的產品信息數據庫、工藝資源數據庫、工藝文件數據庫和工藝知識庫，供齒輪CAPP軟件調用。數據庫接口采用微軟的數據庫訪問技術(ActiveXDataObjects，ADO)和開放數據庫互聯(OpenDataBaseConnectivity，ODBC)技術［4］，具體包括如下內容。1)齒輪CAPP的產品信息數據庫，主要用來存儲各系列齒輪產品樣本中的基本數據信息。2)齒輪CAPP的工藝資源數據庫，它是CAPP系統的基礎，用于存放齒輪加工工藝標準、工藝數據手冊、工藝信息處理的相關算法和工具等，如加工方法、排序規則、機床、刀具、夾具、量具、輔具、工件材料、毛坯、切削用量、工序余量分配、工時定額、成本核算、標準工序和工藝規范、工藝標準等工藝資源信息［5］，以供工藝人員進行工藝編制時參考。3)齒輪CAPP的工藝文件數據庫，主要用來存儲工藝設計過程中產生的全部工藝信息。它是在分析工藝規程內部層次關系的基礎上建立起來的［6］，齒輪CAPP軟件自動生成的工藝規程信息可以用工藝文件數據庫形式加以存儲，以備調用。4)齒輪CAPP的工藝知識庫如圖2所示，主要存儲各種工藝規則知識和工藝參數知識［7］，用于輔助齒輪加工工藝路線的決策。

3．2通用工藝規程模塊

通過對不同產品型號、產品類型齒輪的典型工藝進行深入分析，分別歸納出其工藝特征，并合理地設置每種工藝特征的通用加工工藝及其工藝參數變量，參照工藝規程內部層次關系，對不同結構類型的齒輪零件進行通用工藝特征組合［8］，最終建立齒輪CAPP的“通用工藝規程”模塊，保存在工藝文件數據庫中，供齒輪CAPP軟件檢索與調用。齒輪零件“通用工藝規程”模塊是在已有的齒輪加工經驗基礎上制定的，它包含了相似零件加工的所有典型工序。建立齒輪“通用工藝規程”模塊的步驟如下。1)分析不同產品型號、不同產品類型的齒輪零件。2)對齒輪零件的工藝特征進行分類與標記。3)編制每種工藝特征的通用加工工藝(子模塊)。4)合理設置每種工藝特征的工藝參數變量。5)根據工藝路線進行工藝特征的組合(子模塊的組合)。例如:S195-05009曲軸正時齒輪涉及的子模塊有以下部分內容:齒輪齒形加工模塊1中的滾齒工藝;齒輪齒形加工模塊2中的剃齒工藝;滾齒工藝參數設置:模數m=3，齒數Z=18，壓力角α=20°，齒輪公法線長度W=22．850－0．03mm，跨齒數K=3，齒輪徑向跳動誤差Fr=0．040mm，齒輪公法線長度變動誤差Fw=0．022mm，齒輪齒形誤差ff=0．025mm，齒輪齒距極限偏差fpt=±0．013mm，齒輪齒向誤差Fβ=0．015mm。剃齒工藝參數設置:m=3，Z=18，α=20°，Fr=0．040，Fw=0．025，ff=0．010，fpt=±0．012，Fβ=0．010。子模塊的組合(部分內容):工序90:ZMK016滾齒工序100:ZMK022拉鍵槽工序150:ZMK021剃齒6)得到不同結構的齒輪零件“通用工藝規程”模塊。7)將齒輪零件的“通用工藝規程”模塊保存在工藝文件數據庫中，供齒輪CAPP軟件檢索與調用。一般情況下齒輪零件的工藝特征涉及的通用加工工藝模塊按加工工藝階段可劃分成子模塊(子模塊根據實際需要可以繼續分層)，如表1所示，各類齒輪在結構、精度和硬度等方面會有差異，涉及的通用加工工藝子模塊有多有少，完整的加工工藝路線即為各子模塊的組合，通過總結歸納齒輪零件的典型工藝，確定工藝的關鍵參數，建立齒輪的參數化典型工藝數據庫即“通用工藝規程”模塊，實現基于零件工藝參數的檢索設計。

3．3工藝參數選擇與檢索

根據用戶輸入的零件信息，以齒輪零件的結構參數、模數大小及螺旋角大小等為依據，基于工藝特征參數化思想，采用VB6．0的ActiveXAutomation技術，通過訪問商用CAD內部的圖形實體對象，基于“工藝參數選擇與檢索”模塊，來實現齒輪工藝參數信息的檢索、提取與修改。實施齒輪工藝參數選擇與檢索的步驟如下:1)輸入新的齒輪零件信息。2)檢索并調用齒輪“通用工藝規程”模塊。3)在商用CAD軟件中生成新齒輪的通用工藝規程。4)采用VB6．0，訪問CAD內部圖形，構造“選擇集”(SelectionSet)。5)遍歷“選擇集”對象中的每一圖元對象(Entity)。6)根據各圖元對象類型或名稱，判斷該“圖元對象”是否為工藝參數對象。7)若不是，重新訪問CAD內部圖形，重新構造“選擇集”對象［9］。8)若是，則讀取“圖元對象”相應齒輪工藝參數信息并存儲到對應的數據結構中。9)遍歷完成后，統一進行“通用工藝規程”中的工藝參數匹配和替換，實現齒輪工藝參數信息的檢索、提取與修改。10)自動生成新的齒輪零件的機械加工工藝規程文件。

4應用實例

針對如圖3所示的某齒輪制造企業的S195-05009曲軸正時齒輪產品，基于齒輪“通用工藝規程”模塊的工藝特征參數化思想，利用VB6．0的ActiveXAutoma-tion技術成功開發出一個高效實用的CAPP軟件。圖4所示為產品類型選擇界面，它為用戶提供產品系列、齒輪傳動類型、齒輪結構設計、零件圖號、零件名稱和齒輪組合特征等的選擇。圖5所示為產品通用工藝規程對話框界面，用于顯示、校核齒輪基本參數、齒輪材料和齒輪精度等級等產品信息及工藝模塊的檢索。圖6所示為該CAPP軟件自動生成的工藝規程(部分內容)。目前該CAPP軟件已經成功運用于生產實際，用戶反映該軟件操作方便，工藝編制效率高，所生成的工藝路線合理、規范，縮短了生產準備周期，使工藝人員從繁瑣和重復的勞動中解放出來。實施齒輪工藝參數選擇與檢索的步驟如下:1)輸入齒輪零件:圖號S195-05009。2)檢索并調用齒輪的“通用工藝規程”模塊。3)在商用CAD軟件中生成新齒輪的通用工藝規程。新齒輪的工序內容見表2(部分內容)。

5結語

本文采用面向對象的ActiveXAutomation技術，基于“通用工藝規程”模塊的工藝特征參數化思想，開發了一種高效實用的齒輪CAPP系統，克服了傳統手工工藝編制方式的缺陷，減少了重復編寫工藝文件的工作量，有助于提高工藝設計的質量和效率。該系統在企業的成功運行，說明CAPP系統的開發要面向企業的實際，CAPP系統的應用從產品工藝設計角度出發，這樣才能使CAPP系統成為工藝設計人員的輔助工具。應用實例表明，該系統所生成的工藝路線合理，格式規范。齒輪CAPP系統的應用提高了企業工藝部門的工作效率和企業的整體效益。