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滚珠丝杠副CAPP系统设计(一)
滚珠丝杠副CAPP系统设计
摘要 在信息化工程总体设计的架构上，完成了对汉江机床厂的滚珠丝杠副CAPP系统的软件开发应用。通过对CAPP系统工艺程序的制定、工艺卡的生成、打印和维护以及对数据支持库等模块的功能实现进行系统的流程分析，充分说明了软件所具有的实用性、兼容性和可扩展性等特点。
关键词 企业信息化 CAPP
1 CAPP技术概述
1.1 CAPP系统实施背景
汉江机床使用的传统的工艺设计具体体现在以下三个方面：
1）工艺卡的制定是比较复杂的过程，只能由有经验的工艺师来完成，技术准备周期长，对产品的交货期有影响。
2）工艺卡的制作和零件的CAD图、毛坯下料的草图的制作都是独立完成的，工人在加工的时候必须有两张卡，不够直观，给工人师傅带来了极大的不方便、进而影响工人师傅的劳动效率。
3）工艺卡会经常出现复用的情况，一些典型的工艺过程因为一些细微的改动就需要重新制作，这也是极大的重复性劳动。
1.2 CAPP系统结构设计
汉江机床CAPP系统主要采用三种方法以提高系统的开放性与通用性:
1）综合CAPP的各种设计方法。
本系统采用基于派生式(检索-编辑)原理，以交互式为基础的综合式CAPP设计方法，以提高系统的柔性。对于典型工艺，可根据根据工艺数据库中采用派生式自动复制一份，然后在此基础上稍作修改即可成为新的工艺加工文件；而对于新增加的加工工艺，则可采用交互式方法通过对参数的设定编辑完成。
2）采用模块化设计。
程序模块化的设计思想即是将程序总功能作为总功能模块，然后将总功能模块化分为若干独立的，处于不同层次的子功能模块，最下层的子功能模块只完成单一的，定义明确的功能，即单功能模块，每一个模块可被高于它所在层次的其它模块调用。
程序结构模块化有如下的优点:
各个模块的功能明确，便于编程；
各个功能模块可单独分开进行编写、调试和维护；
可利用已有的模块装配出较高一层的新功能模块。用户使用各个模块时，不必详细了解其内部的结构和算法，只要知道其输入和输出就可应用；
程序结构模块化使得在修改和重新设计一个软件时可以重用的代码量最大.
3）采用先进的软件编程方法以提高软件的可重用性和可扩展性。
本系统采用面向对象编程语言Visual Basic 6.0。这种编程语言虽然在某些方面的应用不如C++，java等程序设计语言显得功能强大，但是由于它是面向对象的编程语言，因此它的事件触发机制和基于过程和函数的调用使得系统的模块化设计很容易实现；最底层的模块，如数据结构的定义和工艺卡的打印可以由公共模块实现，以便更高模块的调用，这样的做法也有益于系统的扩展。
1.3 CAPP系统总体模块设计
汉江机床滚珠丝杠副CAPP系统的基本模型划分如下图所示。
图1 CAPP系统总体模块设计
图2 参数设定程序流程图
2丝杠模块软件流程分析
2.1参数模块
滚珠丝杠的参数主要包括其基本信息、外圆信息、螺纹信息、滚道信息、锥度信息、花键信息、端面信息、螺纹孔信息、中心孔信息、过渡圆角信息、键槽信息、方身信息、倒角信息和端面槽信息等。
应用程序的主要操作包括参数的调用、参数的修改和参数的存储。
载入工作界面时，如果以前没有进入过该界面，则加载默认信息到工作界面；如果已经加载则加载已经存储在ScwInf当中的信息，ScwInf是模块级结构变量，变量成员包括滚珠丝杠的涵盖参数信息，该结构变量可以暂时存储丝杠或者调用丝杠的信息，协调各个过程程序之间的信息调用和存储，是数据库和程序之间的接口。程序流程图如图2。
模块级结构变量ScwInf和数据库技术的应用保证了数据参数的及时修改，提高了工艺文件质量，有利于保证工艺设计的一致性，减少差错，大大提高工艺文件的完整性、正确性和一致性。同时，方便了系统的二次开发，使系统具有很好的可扩张性和通用性。
2.2工艺生成模块
滚珠丝杠的参数设置为一个模块级变量，命名规则同数据库中数据表字段名称相关联，这样有利于从数据库中抽调和存储信息，起到连接界面数据显示和数据库之间的桥梁作用。
滚珠丝杠工序生成程序流程图见下图。
图3 工序生成程序流程图
2.3工艺卡模块
汉江机床CAPP的工艺卡的制定考虑到工人师傅的要求，将工艺草图直接添加到工艺输出卡片当中，便于识别加工。工艺卡的工艺流程见如图4所示。
图4 滚珠丝杠工艺卡处理程序流程图
对于工艺卡的可执行操作，主要包括三个方面：工艺卡的调用和存储、工艺卡打印、工艺卡维护。这三个方面也是打印程序的主要功能体现。
1）工艺卡的调用和存储
工艺卡的调用和存储是围绕着ScrewBeiFen数据库来实现的，ScrewBeiFen主要包括两种数据表格。第一种表只有一张表，存储了所有有记录工艺卡的图号及其他表头信息。其余表格为所存储表格的具体信息。这样的数据库设计就可以实现工艺卡的调用和存储功能了。实现了调用和存储功能，就实现了工艺信息的集成和共享。
2）工艺卡的打印
程序中，将绘制表格及绘制草图等程序设置会模块级过程，便于丝杠及各种螺母在打印工艺卡时调用程序。同时，这样做便于软件的二次开发，也提高了软件的可靠性。对于新的以后可能经常用到的工艺卡可以直接存储，下次可以直接调用，提高了信息的存储和复用能力，减少了重复劳动降低了劳动强度。
3）工艺卡的维护
工艺卡的维护包括对工艺卡的删除和更新，对ScrewBeiFen数据库中的信息进行统一管理。这两种功能的实现充分体现了CAPP的通用性和可维护性。如果以后对应型号的丝杠停止生产或者由于工艺更新有所变动，则可以直接进行删除和修改。
2.4 CAPP支持库维护模块
CAPP系统的支持库维护可以由应用程序主菜单的各个下拉菜单进入。
图5 支持库维护总框架
1）丝杠支持库维护
图6 丝杠支持库维护流程图
如上图所示，丝杠的支持库维护涉及与丝杠加工工艺过程中所需要的所有信息的支持和维护，包括：粗开90度齿形量棒、半精磨量棒 、工序信息、底径开槽R及深度H、中心孔、齿形R公差、滚珠螺纹中径允差、精外磨跳动允差和三角螺纹的三线读数等信息的维护，这些参数存储在各个表格中，所有的表格放进ScrewGongxu数据库中。这些信息决定了工艺卡的工序加工与否以及每到工步的要求，因此是工艺卡输出的必要参数。
滚珠丝杠工艺卡的支持库维护的通用性表现在支持库ScrewGongxu同样是工艺卡输出程序所调用的实据库，因此就工艺卡的输出参数及其工艺要求是可维护的，也就是说是可以修改的。
2）螺母支持库维护
图7 螺母支持库维护流程图
螺母的支持库维护系统与丝杠类似，一共四种螺母：外循环螺母、内循环螺母、渗碳螺母和氮化螺母。四种螺母的支持库维护使用的是同一个界面，进入界面后选择要维护的内容。主要包括：工序信息、插管孔用铣刀、插管孔倒角用立铣刀和平刮钻。然后根据所要维护的内容连接到对应的数据表格，进行编辑后将数据库内容更新。螺母工艺设计的通用性和滚珠丝杠的原理类似。
图8 工艺卡制定截图
3 CAPP系统实施
汉江机床有限公司的CAPP系统主要针对其主打产品滚珠丝杠副制定的，涉及到丝杠和螺母的加工工序的制定和对整个支持库的维护。其中的螺母又分为内循环螺母、外循环螺母、渗碳螺母、氮化螺母和内、外循环方螺母。内容主要包括丝杠和螺母的工艺制定、各种丝杠和螺母的数据库维护和查询，工时定额和材料定额的制定、工艺卡的打印和各种数据文件的管理。工艺制定程序工作界面截图如下：
图9 工艺卡制定截图
4小结
应用CAPP后，大大提高了工艺文件的编制效率，有效缩短了技术准备周期。同时提高了工艺文件质量，有利于保证工艺设计的一致性，减少差错，大大提高工艺文件的完整性、正确性和一致性。减少了重复性劳动，使工艺人员完全从繁琐、枯燥的手工编制工艺中解脱出来，把更多的精力用于富有创造性的技术攻关和“四新”技术应用工作，为进一步提高产品质量、扩大品种及降低成本，多做一些基础性工艺工作，进而提高产品的市场竞争能力。在CAPP应用过程中，随着系统资源库的不断充实和工艺数据的积累，及工艺经验和工艺知识的共享，使得其他各环节工艺工作得以充分利用，大大提高了工作效率和工作质量。
随着CAPP的成功应用，实现了工艺数据电子化，解决了企业信息化、电子化进程中的数据源问题，CAPP的全部数据都是基于数据库，为与PDM、ERP的集成提供保证，系统提供与企业其他系统集成和共享工艺数据的手段，保证了整个企业中的工艺数据被其他信息系统方便、及时和准确地查询，带动了企业信息化的建设，为企业信息化数据集成奠定了基础。随着计算机技术和电子信息技术的发展，推广普及CAPP技术，革新传统的工艺设计手段，采用以计算机系统为工具的现代化工艺设计和管理方式是企业上水平、上台阶的关键之一，也是企业发展的必由之路。
参考文献
[1]钱乃沿.滚珠丝杠使用中的问题分析.机械传动，2004年，第10期：64-66
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