（机械制造及其自动化专业论文）注塑模具capp系统研究与开发.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 注塑模具零件结构复杂、种类繁多、形状各异、且生产批量比较小；传统的模 具工艺设计采用手工编制，效率低、工艺编制繁琐，大大影响了模具生产效率。 本文在分析模具零件结构和工艺特点的基础上，将c a p p 技术引入到注塑模具中， 针对注塑模具生产提出了研究课题“注塑模具c a p p 系统研究与开发 ，并做了以 下几个方面的工作： 首先基于成组技术对注塑模具及模具零件进行分类，提出模具零件分为成型 零件、辅助成型零件和标准件三大类；之后对分类成组的零件进行编码以建立注 塑模具分类编码系统；提取能够覆盖同组内所有零件结构和工艺特征的通用结构 工艺信息制作成模板。 其次利用s q ls e r v e r 数据库技术建立客户端h h 务器( c l i e n t s e r v e r ) 数据结 构体系，并建立管理工艺信息的数据库和数据表。根据注塑模具工艺特点和c a p p 系统的工作原理，确定注塑模具c a p p 系统的总体结构和各个功能模块组成，基 于模块化的系统设计思想设计系统，利用v i s u a lb a s i c6 0 软件建立直观友好的人 机交互界面，组织各功能模块顺利运行，并详细介绍了系统设计与软件实现过程， 提供了联机帮助文件帮助用户快速掌握系统的使用。 最后建立工序数据库、机床刀具库和加工策略库，利用v b 对p o w e r m i l l 软件 进行二次开发，接收c a p p 系统工序设计参数并实现刀具路径和n c 代码的自动或 半自动生成。 通过注塑模具c a p p 系统可以实现对模具工艺经验数据的统一管理、继承和 借鉴。同时实现按模具类别和编码查询标准工艺、并修改保存或者添加新的工艺 模板，通过查找相似模具零件典型工艺模板并加以修改以制定出欲m - r 模具零件 的加工工艺和工序，并实现自动加工编程。 关键词：成组技术；c a p p ；注塑模具：数据库；n c 加工 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t i n j e c t i o nm o u l dp a r t sa r ec h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e xs t r u c t u r e s ，g r e a tv a r i e t y , d i f f e r e n ts h a p e sa n ds m a l lb a t c ho fp r o d u c t i o n t h ed e s i g no ft r a d i t i o n a lm o u l d t e c h n o l o g ye m p l o y sw e a v i n gb yh a n d ，w h i c hl e a d st ol o we f f i c i e n c ya n dc o m p l i c a t e d p r o c e s s e s ，e f f e c t i n go nt h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo f t h em o u l d t h ep a p e ri sp r o p o s e do n t h ea n a l y s i so ft h es t r u c t u r ea n d p r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c so ft h em o u l dp a r t s t h ec a p p t e c h n i q u ei si n t r o d u c e di n t op r o d u c t i o np r o c e s so ft h ei n j e c t i o nm o u l d f o rt h ei n j e c t i o n m o u l d , t h et o p i co f r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p m e n to fi n j e c t i o nm o u l dc a p ps y s t e m i sp r o p o s e d t h ep a p e ri n c l u d e st h ef o l l o w i n gw o r k s f i r s t l y , b a s e do nt h eg r o u p i n gt e c h n o l o g y , t h em o u l dp a r t sa r ec l a s s i f i e di n t ot w o t y p e s ：d i r e c t l ym o l d i n gp a r t sa n da u x i l i a r ym o l d i n gp a r t s t h ea u x i l i a r ym o l d i n gp a r t s a r ec l a s s i f i e dt of o u rt y p e s ：m o l dp l a t e ，t h ec l a s so f f i n ga n ds l e e v e ，t h ec l a s so fc o l u m n ， s t a n d a r dp a r t s t h e nt h ec l a s s i f i e dp a r t sa r ee n c o d e dt ob u i l dt h ec l a s s i f i c a t i o ne n c o d i n g s y s t e m ，b yw h i c hg e n e r a ls t r u c t u r ea n dp r o c e s si n f o r m a t i o nc o v e r i n ga l ls t r u c t u r ea n d p r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c sw i t h i nt h es a m eg r o u po fc l a s s i f i e dp a r t si sd r a w na n dm a d ei n t o t h et e m p l a t e s e c o n d l y , t h i sp a p e ri si n t e n d e dt oe s t a b l i s ht h es t r u c t u r ea n ds y s t e mo fc l i e n t s e r v e rd a t ab y u s i n gs q l s e r v e rd a t a b a s et e c h n o l o g y , a n dt ob u i l dd a t a b a s e sa n dd a t a t a b l e sf o rm a n a g i n gp r o c e s si n f o r m a t i o n t h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n de a c hf u n c t i o n a l m o d u l e so ft h ec a p ps y s t e mi sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep r o c e s sc h a r a c t e r i s t i c so f i n j e c t i o nm o u l da n dt h ew o r k i n gp r i n c i p l e so fc a p ps y s t e m as y s t e mi sd e s i g n e di n a c c o r d a n c ew i t hm o d u l a rs y s t e md e s i g ns t r a t e g y i nt h i ss y s t e m ，av i s u a l i z e da n d f r i e n d l yh u m a n - m a c h i n ei n t e r a c t i v ei n t e r f a c ei sb u i l tb yu s i n gv i s u a lb a s i c6 0s o f t w a r e ； e a c hf u n c t i o n a lm o d u l er u n ss m o o t h l y t h es y s t e md e s i g na n dt h ei m p l e m e n t a t i o n p r o c e s so fs o f t w a r ei sa l s oi n t r o d u c e di nd e t a i l s ，a n da no n l i n eh e l pf i l ei sp r o v i d e dt o h e l pu s e r sm a s t e rt h eu s eo ft h es y s t e mq u i c k l y f i n a l l y , m a c h i n i n gp r o c e s sd a t a b a s e ，m a c h i n et o o l sd a t a b a s ea n dm a n u f a c t u r i n g i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 s t r a t e g yd a t a b a s ea r eb u i l t p o w e r m i l ls o f t w a r ei ss e c o n d l yd e v e l o p e db yu s i n gv i s u a l b a s i c6 0s o f t w a r e ，w h i c hc o u l dr e c e i v e p r o c e s sd e s i g np a r a m e t e r so fc a p ps y s t e ma n d p r o d u c em a c h i n et o o l sp a t ha n dn cc o d ea u t o m a t i c a l l ya n ds e m i - a u t o m a t i c a l l y w ec o u l dc o n t r o la n da d o p tt h em o u l dp r o c e s se x p e r i e n c ed a t at h r o u g hc a p p s y s t e mo fi 坷e c f i o nm o u l d w h i l ew ec a nc h e c ks t a n d a r dp r o c e s sd a t aa c c o r d i n gt om o l d c a t e g o r yo rm o l dc o d e ，e d i ta n ds a v ei n t r i n s i cp r o c e s st e m p l a t e sd a t ao ra d dn e wp r o c e s s t e m p l a t e s w ea l s oc a nm a k et e c h n i c sa n dp r o c e s s e so fn e wm o l dp a r st h r o u g h c h e c k i n gt y p i c a lp r o c e s st e m p l a t e so fs i m i l a rm o l dp a r t si nt h es a m ec l a s s i f i e dg r o u p ， a n dr e a l i z ea u t o m a t i cm a c h i n e p r o g r a m m i n g k e yw o r d s ：g r o u pt e c h n o l o g y ：c a p p ；i n j e c t i o nm o u l d ；d a t a b a s e ；n cm a c h i n i n g i v 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 工程背景 第1 章绪论 模具作为高效率、大批量成形零件的重要工艺装备，在工业生产中被广泛应 用，被称为“工业之母”，甚至模具的发展水平被定义为衡量国家制造业发展水平 的一个重要标志。而注塑成型又是目前塑料成型中最普遍采用的一种成型方法， 利用该成型方法可以高效快速的成型各种复杂零件，并满足各种工艺和精度要求， 在塑料成型中占据主导地位。塑料产品的多样性决定了注塑模具的多样性，也决 定了塑料模具加工工艺的多样性n 2 埘。 在日趋激烈的模具行业市场竞争下，模具加工形成了区别于其它机械工业的 模具独有的加工特点。由于模具的生产批量小，甚至有的模具市场需求只有一付， 且产品型号变化快，所以大部分模具企业采用订单管理方式组织模具生产，形成 设计速度快、开发周期短、质量好、成本低、售后服务等特点；另外一付模具由 凸凹模和模架等多部件组成，有的模块采用多组件拼合而成，对于拼合的组件就 要求有很高的加工精度以保证拼合模块整体结构精度；塑料产品结构的日新月异， 在产品结构设计时，为形成产品的独特外观，有些产品的表面采用多种复杂曲面 组合而成，这就增加的模具直接成型件的型面复杂度；根据大多数模具零件的结 构特点，在模具加工过程中，往往重复使用铣、镗、钻和攻螺纹等工序，且对于 有些产品的模具有时会采用无图样的仿形加工，更增加了对加工精度的要求；模 具材料优异，高精度模具或长寿命的模具往往采用优质的合金钢等制造h 3 。 传统的模具工艺设计采用手工编制的方法，由于注塑模具生产批量小，模具 种类多，结构复杂，故手工编制工艺繁琐，且工艺编制好坏依赖于编程人员经验， 编制的工艺文件规范性差，无统一标准，工艺规程的质量难以保证；工艺文档保 存困难，优秀的工艺经验难以统一管理、继承和再利用，设计与加工难以协调进 行，好的工艺经验不易在工艺设计人员以及整个部门之间流通、借鉴哺1 。基于成组 技术的c a p p 引入到模具行业后完全解决了上述存在于模具工艺设计上的诸多问 题，因此需要开发一套适合注塑模具生产特点的c a p p 系统，将优秀的工艺经验 管理起来，方便后续结构设计或工艺编制人员查询参考，模具c a p p 系统的使用 对于模具工业具有重要意义。 1 2 模具c a p p 概述 1 2 1c a p p 在模具中的应用 模具作为高效率、大批量成形零件的工艺装备被广泛应用。但模具产品本身 结构的复杂性以及模具行业典型的单件小批量生产特点决定了模具产品的制造不 同于普通机械零件，所以普通的c a p p 系统也不能适用于模具生产管理上伸埘。模 具产品制造过程复杂，大量零件和多特征结构的设计将产生大量的加工工艺资源， 包括工艺路线信息、材料信息、工艺调整计划、模具明细表和模具成本统计单等 各种数据和文件。模具制造各过程中产生的大量工艺数据是产品生命周期中的宝 贵资源，如将工艺信息进行有效管理并与新的生产设计过程相结合，将提高新工 艺的设计水平。c a p p 系统的使用将模具加工工艺信息进行统一的管理，准确的工 艺数据源能够为模具生产制造过程提供所需要的各种参考数据，利用c a p p 系统 的有效信息和资源来完成其它模具零件的加工工艺设计。故模具c a p p 系统的使 用成为模具设计和制造之间的桥梁陋1 。 模具c a p p 具有种类繁多、必须与相关模具企业生产特点相结合、必须符合 行业和企业的标准化要求、能够实现模具信息的集成化管理等特点。同时能够以 通用模具的工艺为研究对象，实现企业标准的工艺信息集成化管理并方便新工艺 的设计。 1 2 2 模具c a p p 的结构组成 c a p p 系统的组成与其开发环境、产品对象和规模的大小等因素有关，但是从 c a p p 与c a d c a m 集成的角度来分析，制订一个企业实用的c a p p 系统由五个模 块和四个数据库文件组成旧1 ：零件信息描述模块用于零件产品信息的描述与系统设 计信息的输入；软件控制模块用于系统设计的实现，协调各功能模块的运行，实 现用户与系统的人机交互，并控制产品设计信息的获取；工艺设计模块用于工艺 信息查询、工艺决策和新零件工艺的生成；工序决策模块用于加工所用的机床、 夹具、刀具、定位方式和加工要求等加工工序的设计；输出模块用于将新零件的 工艺设计和工序设计结果输出为工艺卡片用于指导生产实践等五个模块。产品信 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 息数据库用于存放产品的结构特征或产品设计的c a d 数据；制造资源数据库用于 存放企业车间的加工设备、刀具、工装和夹具等制造资源数据；加工工艺数据库 用于存放零件组典型零件的工艺流程、工艺标准等；工序数据库用于存储没一步 加工工序所用到的信息，如机床、刀具、夹具、切削深度、进给率、主轴转速和 切削余量等加工数据信息等四个数据库n 叫。 1 2 3 模具c a p p 发展现状 c a p p 技术最早是应用在机械加工领域，国外c a p p 的研究始于2 0 世纪6 0 年 代末期，最早研究c a p p 的国家是挪威和前苏联，挪威于1 9 7 3 年正式推出 a u t o p r o s 商品化c a p p 系统n u ；美国是2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代初开始研究 c a p p ，美国宾西法尼亚大学h a m 教授提出了在半创成式和创成式c a p p 系统中 有效地运用成组技术识别出零件几何形状以满足于c a p p 集成的需要n 羽；比利时 b m s s e l 教授的研究组研制一个程序包将工艺决策信息包含在几何数据内，以方便 自动生成工艺流程；加拿大的m c m a s t e r 大学柔性制造中心研究的c a d 集成环境 并在此基础上开发了半创成或创成式工艺设计系统。但在c a p p 发展史上具有里 程碑意义的是美国的国际组织c a m i 于1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m p s a u t o m a t e d p r o c e s sp l a n n i n g ) 系统n 引。之后随着计算机技术和人工智能技术的发展，英国曼彻 斯特大学d a v i e s 教授提出了用专家系统开发与c a d 系统集成的c a p p 软件，包括 e x c a p 和i c a p 两个系统。之后的c a p p 系统多沿着计算机化与智能化的方向发展 m m 5 们。之后c a p p 技术逐渐被引入到模具行业中，最早提出模具c a p p 的是1 9 9 4 年j t l i m 等人开发的基于知识库的注塑模具工艺规划系统；其次是1 9 9 8 年 r o n g s h e a nl e e 提出的基于并行工程的模具制造工艺规划系统；2 0 0 2 年m a g h 等 人提出的基于遗传算法和退火仿真的工艺流程规划方法；以及2 0 0 3 年a l a mm r 提 出的注塑模具基于遗传算法的自动化工艺流程规划。 国内最早开发的c a p p 系统是在2 0 世纪8 0 年代初，同济大学研发的修订式 t o j i c a p 系统和西北工业大学的创成式c a o s 系统7 1 。1 9 8 7 - 1 9 9 3 年清华大学用 于国家c i m s 实验工程的箱体类零件与西北工业大学用于国家c i m s 实验工程的回 转体零件管理系统是国内最早开发的c a p p 系统n 引。而较早获得重要实用价值、 并取得突出社会和经济效益的c a p p 系统是1 9 9 1 1 9 9 4 年由西北工业大学、航空部 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 6 2 5 研究所开发的智能集成化f a c a d c a p p c a m 系统。在此之后随着机械设计 “甩图版”工程和计算机技术的应用，国内出现了几种具有代表性的c a p p 软件； 包括武汉开发的c a p p 软件、清华天河的c a p p 软件和上海思普s i p m c a p p 系统 等。国内最早提出模具c a p p 于2 0 世纪末，西北工业大学开始独创性的将c a p p 与模具行业相结合，面向模具制造工艺过程基于c a p p f r a m e w o r k 开发了模具 x y c h c a p p 系统n 9 1 。北京工业大学c a d c a m 工程中心提出的混合结构编码冲 压模具c a p p 系统，这些都促进了国内c a p p 的发展晗町瞄妇瞳羽。2 0 0 0 年合肥工业大 。 学的尹延国、刘付春等人提出了一种综合式塑料异形材料挤出模具c a p p 系统【2 3 1 。 华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的基于w e b 的模具c a p p 系统【2 4 】【2 5 】。 郑州大学针对注塑模具提出了基于成组技术和基于实例的推理的零件分类及工艺 决策方法，并开发的注塑模具c a p p 系统【2 6 】【2 7 1 。2 0 0 3 年大连理工大学的宋满仓等 人针对塑料模具设计了注塑模c a p p 系统啪1 等。 随着计算机技术及相关技术的发展，各c a p p 系统相互渗透，并开始探索引 进人工智能技术、专家系统、神经网络技术、模糊查找和基于事例、实例的推理 技术的等。使c a p p 技术逐渐成为c a d c a m 系统集成的枢纽，并向机械设计与 制造的一体化方向发展。 1 2 4 模具c a p p 发展趋势 综合分析c a p p 的发展历程来看乜钔，c a p p 主要围绕两个方面发展：其一是不 断改善自身出现的问题；其二是不断引进新技术创建新的制造模式。故c a p p 在 向深度和广度发展的同时逐渐形成了基于知识和c a d 模型以及面向产品全生命周 期的c a p p 系统，并不断向集成化、智能化、并行化、网络化和人机一体化的方 向发展啪1 ： 1 ) 集成化c a p p 汇集了c a d 和c a m 得大量信息，是实现c a d c a m 集成 的关键。集成化主要表现在两个方面：其一是c a p p 与c a d 的集成，能够实现零 件信息的描述，有利于系统信息输入机制的实现；其次是c a p p 与c a m 得集成， 这将有利于工艺流程的自动化设计与制造的集成； 2 ) 智能化人工智能技术d u 与专家系统等在c a p p 系统中的应用使得c a p p 系统不断向智能化的方向发展。专家系统的使用，灵活有效的管理了工艺决策和 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 工艺知识信息，神经网络的应用于专家系统有机的结合m 1 时c a p p 系统的使用更 加柔性，更加方便地处理复杂工艺设计； 一 3 ) 并行化并行化设计思想的核心技术是并行工程的应用羽。在传统的串行 工艺设计方法中，各个子过程按照一定的先后顺序执行，彼此之间不相关联，如 在某个环节出现问题，则必须返回起始处检查或重新设计。而在并行设计模式中， 工艺设计的各个环节同时进行，相互参考相互借鉴，并提前考虑到设计与制造的 相互影响因素，通过并行设计法避免了小环节出现错误导致出现大量重复劳动的 现象； 4 ) 网络化随着i n t e m e t 技术普及和应用，网络化的c a p p 由此诞生。由于 现代制造模式多趋向于群体化和协作化，因此建立开放式的、分布式的c a p p 系 统，可以方便实现网络内数据交换和数据共享，并支持动态工艺数据模型、统一 的数据结构和协调的决策机制； 5 ) 人机一体化人机一体化的c a p p 系统就是在人与计算机组成的系统中采 取以人为中心、人机一体的技术路线，人与计算机交互合作，完成各自最擅长的 工作。使人类的智力与人工智能产品相互合作和补充，以实现较高的智能化m 1 。 1 3 课题来源及研究内容 1 3 1 课题的来源 海尔模具种类繁多，现无统一的管理方式，阻碍了先进技术的引用和先进加 工设备的利用率，急需要标准化的管理方式，以提高先进机械设备的利用率。国 内关于机械行业的c a p p 系统发展比较成熟，但多为行业通用的c a p p 系统，针 对模具行业的c a p p 系统比较少，专门针对注塑模具工艺管理的c a p p 更少。我 们在海尔模具实际生产的基础上，结合c a p p 思想，通过弥补和解决现有生产管 理方式的不足，提出了本文的研究课题，并做了深入的研究。 本课题综合分析了现有c a p p 系统的特点、注塑模具零件的工艺特点及传统 的模具加工工艺编制的特点，并结合海尔模具实际生产现状，开发了一套适合于 海尔模具生产特点的注塑模具c a p p 系统。该系统采用现代生产工艺管理法，符 合企业生产特点，满足实际生产需求。课题在开发过程中，以海尔模具设计与制 造经验所制订的工艺为基础，制作典型模具零件工艺、工序模板，在一定程度上 青岛理工大学工学硕士学位论文 提高了企业工艺流程设计的规范化和标准化。注塑模具c a p p 系统的研究与应用， 对于提高企业模具产品的市场竞争力和提高模具生产效益都具有重大意义。 1 3 2 课题研究的目的意义 海尔模具早期的模具生产采用传统的工艺管理模式，工艺数据采用e x c e l 表进 行存储，每一套模具对应一整套e x c e l 表格，随着生产的模具数量的增加，将会产 生大量的e x c d 表格数据。以e x c e l 表的形式存储的工艺数据难以实现对工艺信息 进行查询统计，故早期的优秀的工艺设计经验数据很难在新零件工艺设计中得到 继承和借鉴。传统的工艺管理方式降低了工艺设计效率和阻碍了模具生产水平。 随着模具行业市场竞争力的不断增加，为解决传统工艺管理的弊端，急需要探索 一种新的工艺管理模式。本课题分析总结了国内外几种典型的和常见的分类方法， 基于成组技术建立了一个全新的、企业适用的模具柔性制造系统，提高了模具制 造过程中柔性的利用率；采用基于实例的推理技术方便了工艺经验的延续；新的 工艺管理方法和管理技术的引用，改进了传统模具工艺设计方法，减少了工艺设 计过程中的重复劳动和提高工艺设计质量；提高工艺设计的效率的同时也减少了 模具设计周期。与c a m 接口的集成也提高了加工的效率，具有非常强的工程性。 1 3 3 课题的研究内容 本课题的研究内容包括以下几点： 1 ) 零件分类编码系统 分析现有零件分类编码系统的特点和注塑模具零件特点，基于成组技术对塑 料模具零件进行分类成组，对每一零件组的分类环节进行编码，建立注塑模具零 件分类编码系统，实现模具零件的编码描述和c a p p 系统的信息输入。 2 ) 工艺、工序模板制作与数据库设计 对分类编码系统形成的分类零件组，提取能够包含该组零件所有结构特征和 工艺特征的通用零件，将其结构信息和工艺信息制作成模板，作为该组内所有零 件的通用数据信息并存储。为统一描述模具零件的工艺、工序信息，系统采用关 系数据库和数据表的形式对数据进行存储，为满足多用户对数据的使用和保障数 据安全性，数据库采用客户端服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构设计。 3 ) 系统设计 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 建立注塑模具c a p p 系统总体方案，并按模块划分，设计直观、友好的人机 交互界面( 登陆界面、功能主界面、工艺管理界面、工序管理界面、工艺数据输 出界面、自动编程界面等) ，建立系统和数据库之间的双向连接，组织各功能模块 正常运行。 4 ) 工艺数据输出 系统实现了数据的统一管理，针对不同的使用者按要求输出不同格式的数据 并存盘。 5 ) n c 代码生成 为实现c a p p 与c a m 的集成，系统建立加工工序数据库、机床刀具数据库、 p o w e r m i l l 加工策略库，并对p o w e r m i l l 软件进行二次开发，将设计好的加工工序 参数通过p o w e r m i l l 软件二次开发接口传输进p o w e r m i l l 软件，自动创建毛坯、刀 具、加工策略，并自动生成刀具路径和n c 代码。 1 3 4 课题研究的技术路线 本课题针对以上六个部分的研究内容，课题延以下研究路线进行，如图1 - 1 所示。 l 注塑模具零件分类编码 上 l 工艺、工序模板制作 上 l数据库设计 上 i系统总体设计 上 i 工艺数据管理与输出 上 i p o w 盯m i l l 自动编程 图卜1 研究路线流程图 f i g 1 1t h ef l o w c h a r to f r e s e a r c hr o u t e 首先基于成组技术建立注塑模具分类编码系统，并对现有模具零件进行分类 青岛理工大学工学硕士学位论文 编码；分析同一组零件结构特征和工艺特点，提取该组零件通用的结构和工艺特 性，该结构特征和工艺特性应包含组内所有零件特征和工艺特征，并将此通用结 构特征和工艺数据制作成工艺模板并储存；利用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0 设计数 据库结构和数据库表，管理结构特征数据和模板工艺、工序数据，并建立客户端 服务器( c l i e n t s e r v e r ) 数据库系统结构；设计注塑模具c a p p 系统总体结构，并 按功能模块细分，利用m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c6 0 设计人机交互界面，并通过数据 库接口控件和数据库建立连接，通过系统界面操纵数据库，管理工艺、工序数据； 对p o w e r m i l l 软件进行二次开发建立与分组零件相对应的p o w e r m i l l 工序模板，使 c a p p 系统的工序参数与工序模板相结合实现零件自动编程。 1 4 本章小结 本章从广义的角度上介绍了现有c a p p 系统的类型、结构组成以及国内外的 发展现状、发展趋势，模具c a p p 的发展状况和c a p p 在模具中的应用。之后结 合海尔注塑模具生产特点，提出本课题“注塑模具c a p p 系统研究与开发 ，并给 出了课题研究的目的意义，课题研究的主要研究内容和技术路线。 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章模具分类编码系统 2 1 零件分类编码方法 2 1 1 零件的分类编码概述 零件的分类和编码是两个不同的过程，分类是将事物中相似或相同的聚合在 一起而把相异的彼此分开的过程，编码则是用事先规定的字符来代替分类结果中 的事物使其数字化、标准化和规范化拈射。分类系统所实现的是将被分类的事物的 结构特征和属性作为输入内容，经过分类系统后输出符合规定要求的具有分类标 志的结果。编码在分类编码系统中的目的就是用最简练的预先规定的字符描述复 杂的分类事实概念。也就是用规定的数字或字符来表示每个码位和描述某个纵向 分类环节所包含的复杂的零件特征和属性，这样便可以将描述零件特征和属性的 复杂信息字符化和标准化，便于记忆和统一管理。常用的分类编码有三种：阿拉 伯数字编码、英文字母编码和数字一字母混合编码。 2 1 2 分类的系统结构 对于表格式分类系统的结构常以横向分类环节的数目以及各横向分类环节相 互关系来划分。按个横向环节彼此之间的联系来划分，分类系统分为独立环节分 类系统、关联环节分类系统和混合环节分类系统三种。分别介绍如下m 3 ： ( 1 ) 独立环节分类系统独立环节又称为链式结构，该结构分类系统中个横 向分类环节之间彼此相互独立、互不相干，每个横向分类环节都是独立环节，每 级码位符号意义固定不可替换，切与前级码位无关联关系。 ( 2 ) 关联环节分类系统关联环节又称为层次结构，该层次结构分类系统中 各横向分类环节和上级环节具有从属关系而相互关联，横向分类环节又称为关联 环节。后面的分类环节取决于前面的分类环节，前面的分类环节决定着后面的分 类环节。层次式结构具有相对密实性，能够以较少的位数传递大量特征信息。 ( 3 ) 混合环节分类系统混合环节又称为混合结构，混合结构的分类系统兼 有独立环节和关联环节两种特性。各横向分类环节即独立又关联，根据分类规则 的要求，关联和独立可兼顾使用，为满足分类系统的使用要求，大多分类编码系 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 统采用混合结构编码。 2 1 3 零件分类编码的作用 零件分类编码系统除了对零件分类分组标准编码统一管理外，而且还便于搜 集和检索有关零件从设计、加工工艺到生产的各种信息。具有如下五大作用： ( 1 ) 利用零件分类编码的结果得出企业的零件频谱。 ( 2 ) 零件分类编码的结果是实现零件设计一加工工艺标准化的基础 ( 3 ) 零件分类编码的结果为零件的管理提供了有效的检索手段 ( 4 ) 零件分类编码系统的推广和应用有利于实现生产的专业化 ( 5 ) 零件分类编码系统的应用有助于生产信息的管理和使用合理化 2 1 4 零件分类编码方法 目前应用在零件分类编码的方法主要有：视检法、生产流程分析法和编码分 类法三种口7 1 。 ( 1 ) 视检法视检法主要依靠经验丰富的工作人员，利用视觉直接分析产品 结构特征，对全厂的主要产品和有代表性的产品进行分组，并保证分组产品的特 征能够覆盖厂内绝大多数零件以及加工工艺有代表性的零件得特征。该分组方法 的特点是：分组速度快，同一组零件结构相似性好。但是该方法也要求以后的使 用人员也必须对厂里设备情况、产品特征描述方法和分类方法十分了解。 ( 2 ) 生产流程分析法生产流程分析法是研究工厂生产活动中物料流程的 客观规律的一种统计分析方法，分析生产过程中从原材料到产品物料的流程，是 分析研究工厂规划、设计和物料的科学管理使物料流程最佳的系统。 ( 3 ) 编码分类法编码分类法是对零件分类和编码的基础上规划管理零件 的方法，编码是将零件依据特征相似性进行归类，对类别相同的部分赋予标志代 码，组成了零件的分类编码。在分类编码的过程中，重点的在于如何制定相似标 准，相似标准的边界不明显会使零件分类混淆，所以在制定相似标准时必须遵循 以下原则：相似性标准不能太高，要求过严，以致使零件不宜分类成组；相似性 标准也不能太低，过于粗略会使属于同一组的零件种类过多，不方便管理啪3 。 l o 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 1 5 常见零件分类编码系统 ( 1 ) k k - 3 编码系统 k k - 3 编码系统是由日本通产省机械设计研究所提出的采用十进制2 1 位代码的 混合结构编码系统，充分考虑了形状和加工信息特点，是结构和工艺并重的分类 编码系统，其结构如图2 - 1 所示。 码ii i v xx i ixx x x x x x x x 位h iv x 名称材料尺寸 各部分形状与加工 外外表面内表面孔 分 廓内 类 形 平 非 精 粗细粗细二 o 状外同异 成 周 内面端规 特 切 分分分分 长 直 与 廓心 功 形 形 期 廓 内 与则 削 项 度 径 尺 形螺 能 部 亚 性曲殊度 类类类 类 、 槽 表 形内面排 加 面 周列 孔 5 1 2 寸状纹分 回 面 期 目 状 比 回 图2 - 1k k 一3 的基本结构 f i g 2 1t h eb a s i cs t r u c t u r eo fk k - 3 ( 2 ) o p i t z 编码系统 o p 讹编码系统是由德国a a c h e n 工业的大学h o p 池提出的十进制9 位混合结 构分类编码系统。其码位系列为：1 2 3 4 56 7 8 9a b c d 。前五位数字代码( 1 、2 、3 、 4 、5 ) 用于描述基本设计形状特征；后四位数字代码( 6 、7 、8 、9 ) 用于描述基 本工艺特征；最后四位( a 、b 、c 、d ) 用于描述生产类型的辅助代码。基本结构 如图2 - 2 所示。 青岛理工大学工学硕士学位论文 蚓i l - r j 囱e 苫吞 幽_ 向j l j 工 乏 工 目 卜 i 口 童 葫 工 l 1 商 荆 型 联 j 图2 - 2o p i t z 的基本结构 f i g 2 - 2t h eb a s i cs t r u c t u r eo fo p i t z ( 3 ) j l b m 1 编码系统 j l b m 1 编码系统是原机械工业部推行的分类编码系统，采用十进制1 5 位代 码的混合结构分类编码系统，该系统在原有o p i t z 系统的基础上扩充了加工码，增 加了形状加工环节信息描述，其结构如图2 - 3 所示。 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 辫髑 p 卓趔 嘭 制鼎幡豫倒 蒜岌骰l l 惮辫鹫衷碘篓 i 霉 娈 。 一 o 、ir 寸t - - 褰蠡罱尽h l 慧蔷罱景h 匿 国程牛闰 匿 h 嗣h j蒙嚣瑟h 皇 融表i | 卜固 羁 h r 趔 州 h 痞最h 趔 簟 箍 窿 笔嚣强曝糕 葭 衡一 。 士卜 静 驻燃翰戳嚣 盼 h 囊淤瞒籁 订 ：靠 糕 娶 剿 _ 眨钼国鬓h 基 坦 舢 g 枷 酸 牛旧萎h 一 g雷裂麟糕匮 回 “ 藤 麓 竹 锰懒静谈篓 凯 醐褥麓g 获o _ ：协 o 一协 盼筻即罄糕醺器东 l l 酚芝即藩糕幕熏露 匿瓣蛙糕盼堑擀回爨盼鼓 o r - - l o qa 弋r“t d卜0 0o h 图2 3j l b m - 1 的基本结构 f i g 2 3t h e b a s i cs t r u c t u r eo f j l b m 一1 机械行业内三大比较成熟的分类编码系统用一种系统的全新的思路对机械行 业内所有类型的零件按结构和工艺相似性进行分类的分类编码系统，是通用的系 统和方法，不具有行业或企业的针对性，不能完全应用于企业的注塑模具上，故 我们必须结合现有分类编码系统的特点建立自己的注塑模具分类编码系统。 1 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 注塑模具零件特性 2 2 1 零件信息的描述方法 零件信息的描述对分类编码和c a p p 系统的输入至关重要，针对不同的分类 编码系统，提出了很多描述零件信息的方法，分别介绍如下： ( 1 ) 零件分类编码描述法通过分类编码及一些补充信息来描述零件的外 观形状、尺寸、精度、加工工艺和工序等信息，该方法使用简单但对零件的信息 描述较粗略，对具体的几何形状和尺寸公差不能够十分清楚的表达。使得分类编 码c a p p 系统无法得到详细参考信息而精确指导新工艺决策和设计，所以此方法 很少单独用于描述零件信息并创建c a p p 系统1 。 ( 2 ) 形象要素描述法为了实现详细描述零件信息的目的，首先定义基本特 征信息要素，将新零件的特征分解为由多个基本信息要素组成。基本的几何要素 包括主要外观要素、次要形面要素和辅助形面要素三种。主要外观要素构成了零 件的主体形状，在描述零件外观特征信息时，主外观要素必须按照在零件上出现 的先后顺序依次描述。而次要形面要素和辅助形面要素主要用于描述零件的一些 辅助特征，如倒角、键槽、径向孔等。 对各种形面要素的基本特征统计分析，并进行编号，按形面要素的先后顺序 和对应编号组合在一起，便能描述零件形状特征的尺寸、位置和精度等详细信息。 由于此方法对零件的信息描述比较详细，所以使用时比较繁琐、费时，但能够准 确的描述零件的图形信息。 ( 3 ) 图论描述法该方法利用图论原理描述零件外观特征，用预先赋予固定 代码的节点描述零件形状要素，用带有夹角信息的边来描述两和面得连接情况和 位置关系。如两个面相互联系，则边表述两面夹角信息，如两面彼此独立，则此 时边信息也不存在。零件的结构信息以“图 的形式表示出来。 此方法用节点信息和边信息描述零件外观特征，对于外观比较复杂的零件， 形面要素也比较多，故节点信息和边信息也比较多，关联关系也比较多，零件输 入信息描述也繁琐、费时。因此该描述方法只适合于描述特征结构简单的且结构 规则的零件。 ( 4 ) 面向零件特征要素法此方法用于描述特征较复杂的零件，以特征为基 1 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 础，对于一个零件，主要描述其由哪些特征信息组成，以及特征出现的先后顺序 和组织关系，再此基础上做工艺设计和工艺决策。 ( 5 ) 拓扑描述法该方法描述的基础是元素，。包括点、线、面和体，由若干 元素组成单元。零件是由有限个要素和单元组成，一个零件可以由一组单元组成， 由元素和单元描述的零件信息十分详细。但此种方法对零件信息的描述针对工艺 设计来说过于详细，过于注重形状要素的描述却忽略了必要的工艺信息得表达。 ( 6 ) 知识表示描述法知识表示法是随着知识工程的发展而产生的，如框架 表示法、产生式规则表示法、位置逻辑表示法等。用知识表示法来描述零件信息 为c a p p 系统的智能化提供了良好的基础。 ( 7 ) 直接与c a d 系统相连早期的关于零件信息的描述方法始终不能和工 艺设计直接相联系，随着计算机集成制造系统的发展，就要求c a p p 的信息直接 与c a d 于c a m 相联系，使c a p p 成为c a d 与c a m 得桥梁。该方法中，采用基 于加工特征的建模方式，除了包括结构特征信息外还提供工艺信息作为工艺决策 的依据，从而实现c a d c a p p c 蝴之间的信息共享。 2 2 2 注塑模具零件的分类 对于一整套注塑模具，零件的种类几十种，个数上百个，而且形状特征千变 万化，如何对这些杂乱的模具零件分类描述就变得十分重要，关于模具零件的分 类方法很多，现分别介绍如下： ( 1 ) 按成型特征划分：成型零件和辅助成型零件； ( 2 ) 按功能特征划分：成型系统、浇注系统、冷却系统、推出机构和脱模机 构等； ( 3 ) 按结构特征划分：模架、模板、成型部件、导向和脱模机构； ( 4 ) 按零件精度划分：高精度部件和普通精度部件； ( 5 ) 按零件来源划分：标准件、外购件和自制件等。 从结构的角度描述注塑模具零件时，模具零件分为成型部件、模架、模板、 导向机构和脱模机构等几个部分。从外形结构来看，成型部件结构千变万化存在