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摘要：随着科学技术的快速发展，在机械制造的领域当中，钣金加工有着逐渐关键的作用，钣金加工的CAPP制造属于一个极其重要的理念，这个理念可以大大减少成本，还可以对生产效率与生产产品的质量进行有效的提高。在本文中，简单分析了研究钣金CAPP的目的与意义，阐述了钣金CAPP主要研究的内容与解决的问题，还描述了钣金CAPP总体的设计和开发原型系统的相关流程。
关键词：钣金加工；CAPP；工艺设计；原型系统
一、前言
近年来，我国计算机行业迅速发展，开始从单一的数学等领域逐渐影响到电子、机械等行业，并且通过一系列软件设计带动机械行业的迅速发展。针对于机械制造行业而研发的计算机辅助工艺设计系统逐渐向网络化、集成化、信息化、智能化的方向发展，对于钣金行业发展的带动作用尤为明显。
二、针对于计算机辅助工艺设计的研究现状以及发展趋势的探究
1、计算机辅助工艺设计发展状况
早在60年代计算机辅助工艺设计（CAPP）就已出现，但是开始时叫做AUTOPROS。而对于生产生活影响最大的CAPP系统是在1976年由一个国际性的组织研制成功的，这一系统的出现使计算机走进生产线，借助计算机对零件进行设计，以及生成零件加工的工艺过程大大的促进了机械行业的发展。在此基础上，经过法国人研制的GARI、日本研制的CIMS等过程发展为现在的计算机辅助工艺设计软件。CAPP在我国起步相对较晚，但是经过近年来的研究也取得一定成绩，并且开始由最初的仅仅在网络研究发展到现在对于世纪生产的应用。其中最杰出的代表应该是由西北工业大学研制的创成式CAPP系统以及众望公司等生产的CAPP系统。
2、CAPP发展趋势
计算机辅助工艺设计逐渐向集成化、网络化以及智能化的方向不断发展。
第一，集成化发展。在原始的计算机辅助工艺设计系统中各个环节是相对独立的，每个部门之间不能互相采用对方的文件，这也就导致了人类在进行设计时要不断输入初始条件等信息，工作量过于繁杂，另外，各部门之间独立也导致了设计产品有时产生矛盾，缺乏连贯性。针对上述问题，现在的CAPP系统一般集成了CAM以及CAD系统，内部之间可以进行信息交换，大大节省了工作量和设计误差。
第二，智能化发展。而智能化的目的就在于将人类的决策作用逐渐交由计算机独自完成，使其自动化程度更高。这其中主要包括工艺知识的采集、工艺路线的确定以及工艺参数的生成等。
第三，网络化发展。上述集成化是针对于某个行业内部的信息交流，而网络化要实现的就是各行各业在技术、工艺等各方面的信息流通。使技术不再仅仅局限于一个领域，促进各行各业的全面发展。
三、钣金计算机辅助工艺系统的意义
一般情况下，钣金所包含的零件基本上都是部件或设备的面板，所以钣金零件的加工质量会很大程度上影响产品设备质量以及产品外观，如果想要得到质量较高的钣金零件，那么就应该采用高效率、高能力以及高质量的加工设备、加工工艺与加工方法。现阶段，我国大部分的钣金加工设备基本都是数控折弯、数控剪床以及数控冲床等一些比较先进的设备。
然而，钣金工艺的设计作为钣金零件制造与钣金零件设计之间的有效连接，其中关键步骤还应该凭借相关设计人员的手工操作来实现。例如，在进行钣金工艺规划时，车间工作人员应该对钣金件展开件的实际外形尺寸进行计算，之后按照计算出来的结果确定小料的尺寸。因为个人工作经验的局限性、手工操作的低效率性以及多样性等原因，钣金加工工艺过程的优化与标准化过程难度相当大，根本不能有效满足逐渐缩短新产品更新周期的要求，造成成本很高、重复性劳动较多、工作量比较大、很难保证工艺设计的一致性以及加工的周期过长等一系列的问题，无法满足现代先进制造技术的实际发展需求。
除此之外，相关工作人员不能很好的把握钣金零件塑性变形等基本机理，钣金零件设计人员在进行钣金工艺设计时，一般按照自身工作经验或者公认的经验公式、理论。积累这些经验需要漫长的时间，而且精确性得不到保证，这会导致钣金工艺水平远远落后于制造与设计水平，最终严重影响钣金生产效率。现阶段，实现钣金工艺设计的实用性、标准化与智能化已经变成了一个迫切应该解决的主要性任务。计算机辅助工艺系统基本框架（如图1所示）。
图1 CAPP的基本框架
四、钣金CAPP应解决的主要问题
第一，建立钣金零件的模型以及对相关信息进行详细描述。这些基本都是后续相关工作的基础以及前提。第二，提取钣金件模型中包含的完整信息。当将一个钣金模型打开之后，能够在模型当中获得实际需要的所有信息，例如零件图号、材料代号、材料规格以及零件名称等等。第三，建立完善的钣金工艺知识库。建立该知识库会在一定程度上涉及加工设备信息、加工操作工作人员信息、量夹具信息以及加工工艺流程等信息。第四，解决各个系统模块之间的数据交换问题。第五，实现工艺结果输出，在该阶段当中可以有效生成面向数控设备以及面向普通设备的工艺卡片。
五、钣金CAPP主要的研究内容
首先，使用Pro/E等软件构建钣金零件几何造型。在软件中应包含钣金设计基础以及专门模块，包含的内容具体表现为折弯、要素的生成、表格的修改、选择非折弯与折弯的特征、对钣金零件进行二维展开等各种具体的功能；其次，运用Access软件完成钣金工艺数据库的建立，根据VB软件来开发相应的软件。对钣金CAPP的各个模块分别进行设计，在VB的大环境之下实现数据库的读取、创建以及修改；最后输出工艺的结果，设计输出的工艺结果主要包含两个部分，分别为生成工艺流程以及形成输出工艺卡片文档。按照实际的钣金加工特点来整理钣金零件的实际加工流程，并将其建立成相应的数据库，另外还应该建立包含全部工艺信息以及零件信息的一个Word模版。之后再利用VB来建立相应的模块汇总库中存在的工艺信息以及提取出来的零件信息，通过合理的组合最终形成完整的钣金件加工流程，并且将该信息在数据库当中进行存档。VB编程能够将已经生成的零件信息以及工艺流程输出到相应的模版当中并形成电子文档。
六、钣金CAPP总体设计的详细分析
设计钣金CAPP的具体步骤如下：
第一步，通过Pro/E完成钣金件建模。利用Pro/TOOLKIT中的应用程序，将调入Pro/E的三维模型参数传递与修改，并实现参数的更新，最终得到新的钣金件三维模型，传递三维模型参数的过程【2】（如图2所示）。
图2 程序参数的传递
第二步，通过VB的编程提取钣金模块当中的相关信息。
第三步，通过Access对钣金加工的工艺信息以及零件信息建立相应的信息库。
第四步，根据VB实现钣金CAPP软件各个界面的初步建立，同时实现界面与数据库的连接。
第五步，借助Word建立钣金件的加工工序模版。
第六步，通过VB编程提取模型信息、加工工艺模块以及数据库之间的集成所输出的工序卡片。
七、详细分析开发原型系统的具体流程
1、钣金件模型库的建立
根据API函数控制程序打开钣金模型库，并调用其中的钣金件模型，将所需的钣金件参数输入后，完成钣金参数更新即可得到新钣金件。实现钣金件模型库建立的第一步是绘制三维模型，然后将其展开。一般而言，Pro/E可以实现绝大多数钣金件的模型搭建，本文将介绍绘制难度较大的三通管。由于三通管属于相贯钣金件，通过钣金模块很难完成。首先通过Pro/E完成三通管实体模型构建（如图3所示），借助Pro/E里“应用程序→钣金件”可以把完成的实体模型转变成三通管钣金模型（如图4所示）。通过上述得到的钣金件无法直接展开，因此在展开之前应使用缝特征以及剪切命令将图4的封闭模型人为切分开，然后才能进行展开。
图3 三通管实体模型
图4 三通管钣金模型
实现参数化建模应确保零件形状一定，尺寸根据参数发生改变。使用尽可能少的参数控制模型尺寸，可以有效简化参数化过程。建模时应多采用对称、平行等技巧减少参数数目。在三通管建模的参数化过程中，仅需横向的轴向长度、直径、定位尺寸、厚度，以及斜向的长度、直径以及倾角7个参数即可准确得到模型尺寸。
2、设计钣金加工相关工艺的生成模块
首先，设计窗口的主界面。在钣金CAPP的整个系统当中这个界面属于各个板块最终集成的结果，主要包含的内容有：钣金工艺的生成以及输出的相应模块、提取钣金零件的相关信息的模块、打开钣金模型的模块以及对信息数据库进行维护的模块等。主要包含的窗口界面具体为：显示工艺图的部分、控制各个命令的部分、显示工艺流程图的部分以及控制菜单的部分，系统主界面（如图5所示）。
图5 系统主界面
其次，设计生成钣金工艺的窗口。在该窗口当中主要包含的内容具体为：填写工序的相关信息的部分、连接数据库的部分、填写零件相关信息的部分、显示并编辑工艺过程的部分。下面以折弯工艺模块长度折弯计算为例介绍。折弯工艺模块界面（如图6所示）。
图6 折弯工艺模块界面
折弯件的展开长度是设计过程中的重点，必须在折弯工艺前精确地计算出折弯件展开尺寸，确定孔的位置与尺寸。折弯展开的计算方法通常采取三种形式，根据圆角R大小不同可以分为R＜0.5t、R＞0.5t和直角折弯三种情况，其展开长度计算界面（分别如图7～9所示）。
图7 R＜0.5t时展开长度计算界面 图8 R＜0.5t时展开长度计算界面
图9 直角折弯时展开长度计算界面
3、设计输出工序卡片的模块
在该研究的实际过程当中，应该对钣金零件加工的相关工序卡进行自动的生成，工序卡包含的内容有三个部分，主要为：加工工艺的信息、工序图以及零件信息。模块化工艺流程图（如图10所示）。
图10 模块化工艺流程图
首先，对相关的工序卡片的Word模板进行建立完善。该模板主要包含的内容有：工序图部分、工序信息部分以及零件信息部分【3】。绘制出相应的表格并在其中将需要进行代替的项进行填写，例如材料的规格、材料的代号、材料的图号、课题的代号以及工作的令号等，同时还应该为工序图以及工艺过程预留出相应的单元【3】。
其次，设置VB当中的OLE。在VB当中对OLE进行设置，利用ADO以及Application来实现生成工序卡的过程。应该保证与Word的链接，实现对该模板的有效调用。
最后，添加模板当中的信息。通过VB编程对相关的工艺信息以及零件信息在Word模型中实现快速查找以及准确替换，利用相应的一些工艺信息以及零件信息来对模板当中的初始值进行直接的替换，这些工艺信息以及零件信息主要包括的内容具体如下：课题的代号、零件的图号、实际日期、零件的名称、数量、工作相关令号、工作人员以及材料的规格等一些内容【3】。一般板材零件及工序（如图11、12所示）。
图11 一般板材类零件
图12 板材类零件的一般工序
八、结束语
总的来说，零件（产品）工艺数据是钣金零件的计算机辅助系统的一个主要的中心，综合了信息管理以及工艺设计，属于人机交互式的一个应用框架系统。这个系统可以有效、方便的实现钣金工艺设计的实用化、规范化、标准化以及智能化。
参考文献：
[1] 丁静，钣金件折弯工艺优化系统研究[J]，材料加工工程，2004（04）：11-12.
[2] 马占营，钣金切割CAD/CAM系统研究与开发[J]，机械电子工程，2007（6）：42-43.
[3] 王晓黎，钣金加工计算机辅助工艺系统[J]，电子工艺技术，2007（1）：12-13.
论文作者:黄少青
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/11/3
标签：钣金论文; 工艺论文; 零件论文; 信息论文; 模型论文; 系统论文; 工序论文; 《基层建设》2015年11期论文;