钣金cadcamcapp系统的研究与发展

钣金cadcamcapp系统的研究与发展

法律及主要应用领域由于结构简单、外形美观、加工方便、成本低等优点，金属器具广泛应用于汽车、家具、机械、化工、航空航天等行业。此类零件从材料毛坯到最终产品成型,要经过设计、展开、冲压、折弯和表面处理(喷漆、上色)等过程。现有钣金CAD/CAM/CAPP系统,其研究和应用的领域多集中在钣金零件的设计、展开、排样和冲裁上,而钣金零件的折弯由于涉及零件本身结构、折弯机械和折弯模具等多种因素,其研究和发展较为滞后。由于折弯是钣金零件成型的最后一道工序,对于钣金零件的生产有着相当大的影响,尤其是中小尺寸和中小批量的钣金零件。优化钣金折弯工艺、减少折弯试模费用、减少设备调整时间和工件操作时间,成为降低钣金零件制造成本的关键因素。1.仿真模拟系统在高模拟技术中的应用国外成熟的钣金CAD/CAM/CAPP系统较多,大致可以分为三类:一类是通用三维设计系统。如SolidWorks、SiemensNX、Pro/engineer以及Inventor等三维CAD软件都提供了相应的钣金零件的设计、展开模块。这类通用CAD系统的钣金零件设计均为参数化钣金特征造型,后续的展开等操作可以直接提取钣金特征信息并加以利用。第二类是钣金CAD/CAM/CAPP的专用系统。其中比较典型的是英国Radan公司开发的RadanCAD/CAM系统。系统包含Radraft、Radesign、Radbend、Rendering、Radpunch/Radprofile和Nesting等六个模块。具有钣金件参数化三维设计、展开、排样以及折弯工序设计等功能,该系统还提供了和数控折弯机之间的接口。除了RadanCAD/CAM系统外,瑞典FCC公司的AutoPol系统,也可以非常方便直观地设计参数化钣金零件,并且可以在虚拟折弯机上进行折弯工艺模拟。第三类是数控剪、冲、切割及折弯设备提供的在线式钣金CAD/CAM软件。如LVD、AMADA等公司生产的数控折弯机均配专用的数控折弯模拟软件,能够简单模拟钣金零件的折弯过程,用于折弯工艺的检验。国内钣金CAD/CAM/CAPP系统比较典型的有武汉开目集成技术有限责任公司开发的开目软件系统中的“开目钣金模块”,系统的功能主要集中在钣金件三维设计、展开、自动排料、生成冲孔数控代码等方面。从国内外钣金CAD/CAM/CAPP系统的应用发展状况可以看出,相对于钣金零件的设计、展开、排样等过程,钣金数控折弯的研究还不是很多。通过对CAD/CAM软件钣金折弯特征信息的提取和处理,通过基于折弯规则的推理所构建的数控折弯工艺系统,对这一问题的解决提供一种有效的解决方案。2.建立折弯特征树数控折弯工艺系统结构见图1。系统通过对折弯特征信息的重构,生成折弯特征树,由推理机结合折弯规则知识库、板材信息数据库、折弯模具数据库、折弯设备数据库所提供的相关规则和数据,推理生成折弯工艺信息,供数控折弯编程使用。系统主要模块功能如下:2.1折弯特征设计折弯特征树主要通过对SolidWorks等三维CAD软件所生成的钣金零件特征进行过滤、筛选,去除或隐含与折弯无关的一些特征,如冲压、拉伸等。系统将折弯边、折弯边界这些图形信息,以及折弯半径、折弯方向、折弯角度等折弯参数信息,组合成一个折弯特征。通常钣金零件包含多个折弯特征,系统将这多个折弯特征重组成符合钣金零件自身的几何拓扑关系的折弯特征树,如图2所示,为后续的折弯工艺生成做好准备。由于折弯特征树是整个工艺系统决策、推理的依据,考虑到三维钣金零件由于设计人员的设计思想不完全一致,其折弯特征的排列具有不确定性,为便于后续的推理搜索,折弯特征的重组是通过人机协同交互完成的,以提高折弯特征树构建的合理性和效率。2.2数控折弯工艺系统数据库折弯工艺系统涉及由大量数据组成的手册和各种模具图形,这些均需借助于数据库来进行管理。当前的数据库类型较多,考虑到系统主要运行于微机平台,因此选择MicrosoftAccess作为系统数据库。数控折弯工艺系统数据库中存放的数据主要包含生成折弯工艺所需的板材信息、折弯设备信息以及折弯模具信息。其中板材信息为一维表,存放不同板材的折弯系数;折弯设备数据库主要存放常用的数控折弯机型号;折弯模具数据库根据不同的数控折弯机,存放厂家提供的系列标准折弯模具。折弯模具信息相对较复杂,包括折弯模具(上、下模)的截面信息、长度尺寸。常见的折弯模具形式如图3所示。除了上述内容之外,数据库中存放的数据还应包括标准公差数值、系统生成的中间数据和永久数据等。2.3折弯过程的描述折弯规则知识库主要包含两种规则,一是干涉规则,即折弯前后,板材均不能和折弯模具(上、下模)发生干涉,如果发生干涉,规则指定两种解决策略-更换模具或重新搜索折弯顺序。二是精度规则,即折弯过程中,对于精度要求较高的尺寸,必须合理选择折弯定位基准,必要时需对钣金零件进行掉头加工,以消除连续同向折弯过程中产生的累积误差。上述两种规则的表示方法均采用过程型知识也即为推理性描述,即表示成如何应用这些规则的过程。两种规则中,精度规则优先,在系统中,规则可以用树状结构来表示,规则决策树如图4所示,在程序中以“if……then……”的形式实现。2.4折弯工序生成推理机是具有一定通用性的知识处理系统,其主要任务是在一定的控制策略指导下,根据规则,搜索折弯顺序的各种可能性,并产生最优的折弯工序,同时根据折弯特征信息以及折弯模具信息,形成每个折弯特征的折弯工艺参数。为了提高推理搜索的效率,一般采用“启发式”搜索,即根据钣金折弯的一般常识,设置一些简单的搜索限制条件,以减少搜索空间,加速可行折弯顺序的搜索。常用的限制条件为:折弯顺序由外向内,先进行同方向折弯。折弯顺序的最优判断通过数控折弯的总时间长短来进行,由于钣金零件折弯的过程是对所有折弯特征的一次遍历,所以不同折弯顺序的折弯加工时间是相同的,不同的是辅助时间的长短,即零件掉头、翻转、模具更换的次数以及模具配置的时间不同。通过对不同折弯顺序辅助时间的统计,可以从中筛选出最优的折弯工序。当折弯工序生成后,可以根据折弯特征信息、折弯模具信息生成每个折弯工步的工艺数据,即控制数控折弯机伺服轴所需的运动参数,如后挡料的定位值和上模的下压量。后挡料的定位值主要用于保证折弯边的直边尺寸,该参数主要与钣金零件直边尺寸、折弯角度以及折弯圆角半径等参数有关。上模的下压量主要与模具尺寸、弯曲角度、板材厚度、折弯圆角半径以及折弯回弹量等参数有关。2.5基于数据库配置和维护的模块考虑到系统的调整和扩展,还设置了数据库调整维护模块,用以对板材、折弯模具和折弯设备数据进行补充和维护。3.折弯规则知识的规范应用数控折弯工艺系统借助于成熟CA