1 前言

    我國自80年代引進(jìn)國外先進(jìn)的塑料門窗制造技術(shù)以來，十幾年中，由于國情的實(shí)際需要和國家正確的政策導(dǎo)向，以塑料門窗為主要產(chǎn)品的塑料異型材行業(yè)在我國獲得了很大的發(fā)展。塑料型材擠出成型模具作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，從一開始就一直是該行業(yè)發(fā)展的主要制約因素之一。

    隨著塑料門窗在我國的進(jìn)一步普及和發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，對(duì)擠出模在數(shù)量、質(zhì)量和交貨期等方面都提出了更高的要求。為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需要，必須采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息集成技術(shù)手段來提高擠出模的產(chǎn)品決策、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與營銷管理等的總體水平。為此，我們承擔(dān)了塑料型材擠出成型模具CAD/CAPP/CAM與倉庫管理柔性制造系統(tǒng)的研究與開發(fā)。

    擠出模CAPP系統(tǒng)的開發(fā)是CAD/CAPP/CAM與倉庫管理柔性制造系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分之一。既要實(shí)現(xiàn)直接從擠出模CAD系統(tǒng)生成的整體模具與各零件的圖形信息到特征信息的抽取，又要使CAPP系統(tǒng)生成的零件加工特征信息與CAD系統(tǒng)生成的各零件的圖形信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)文件傳送到CAM使之直接與各加工機(jī)床接口，生成各加工機(jī)床的生產(chǎn)指令；同時(shí)，根據(jù)擠出模CAD系統(tǒng)與CAPP系統(tǒng)生成的各零件的特征信息與工藝加工的的相關(guān)信息，直接生成每副擠出模的用料信息，并送往擠出模倉庫管理系統(tǒng)，從而真正實(shí)現(xiàn)擠出模CAD/CAPP/CAM與倉庫管理系統(tǒng)的信息集成。

2 擠出模CAPP系統(tǒng)

    工藝設(shè)計(jì)是多元復(fù)雜系統(tǒng)的求解，由于主客觀影響因素繁多，如零件類型、生產(chǎn)綱領(lǐng)、制造資源、企業(yè)規(guī)范和工師經(jīng)驗(yàn)等方面，其設(shè)計(jì)方法缺乏堅(jiān)實(shí)的、合理的概念模型。目前所開發(fā)的絕大多數(shù)CAPP系統(tǒng)是面向回轉(zhuǎn)體類、箱體類、棱柱體類及鈑金沖壓類零件，而面向塑料異型材擠出成型模具零件設(shè)計(jì)的CAPP系統(tǒng)還鮮見報(bào)道。

    一般來說CAPP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法分為兩類：派生法和創(chuàng)成法。其區(qū)別在于前者基于典型工藝，而后者不需要典型工藝。從實(shí)用的角度來說，二者只是方法的不同，沒有誰優(yōu)誰劣的問題。對(duì)于擠出模零件來說，它們和其他許多模具零件一樣，在結(jié)構(gòu)上有這樣的特點(diǎn)：它們的關(guān)鍵部位，模腔部分的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，而除去模腔以外的其他部分的結(jié)構(gòu)基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化。這一特點(diǎn)決定了擠出模零件具有較強(qiáng)的工藝相似性，因此，易于根據(jù)擠出模的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格劃分零件族，歸納整理出典型的工藝規(guī)程，采用派生法進(jìn)行工藝過程設(shè)計(jì)，可以提高工藝設(shè)計(jì)效率，提高工藝過程的規(guī)范化程度和生產(chǎn)效率。

    2.1 擠出模零件的特點(diǎn)

    擠出模零件除了和其他許多模具零件一樣，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格有明顯的工藝特征以外，還有自身的一些特點(diǎn)：

    （1）擠出模與其他許多模具不同，不是組裝成一個(gè)整體，而是由結(jié)構(gòu)和制造工藝完全不同的兩部分（模頭和定型模），分成多個(gè)相分離的部件（模頭和多級(jí)定型模）組成。

    （2）擠出模兩部分零件基本工藝過程各自相似，如作為擠出模關(guān)鍵部件的模頭，其各模塊零件的模腔加工，主要采用電火花或數(shù)控線切割機(jī)床完成；而定型模各模板零件的型腔加工，則主要采用刨床、磨床、銑床等機(jī)床完成。

    （3）模腔復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對(duì)各模板零件的工藝路線影響較大，對(duì)定型模模板的影響尤為突出。

    2.2 擠出模CAPP系統(tǒng)的總體框架

    擠出模CAPP系統(tǒng)主要由八個(gè)模塊組成，即系統(tǒng)總控模塊、特征信息處理模塊、交互輸入模塊、工藝設(shè)計(jì)模塊、編輯修改模塊、工藝查詢模塊、打印輸出模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊。

    這里特征信息處理模塊和交互輸入模塊都是CAPP系統(tǒng)的信息輸入模塊，前者直接讀入CAD系統(tǒng)的信息并識(shí)別、提取擠出模零件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格與各零件的圖形信息和特征信息，后者根據(jù)圖形信息通過人機(jī)交互輸入擠出模零件的其他特征信息。工藝設(shè)計(jì)模塊是系統(tǒng)的核心，在這里實(shí)現(xiàn)工藝決策。形成的工藝文件，經(jīng)設(shè)計(jì)人員人機(jī)交互編輯、修改后，存入工藝文件庫。根據(jù)需要，通過打印輸出模塊，打印輸出。也可以通過工藝查詢模塊瀏覽工藝文件庫中的工藝文件或作修改。

    系統(tǒng)維護(hù)模塊主要用于對(duì)典型工藝規(guī)程的維護(hù)管理。

    2.3 工藝過程設(shè)計(jì)

    擠出模的模腔主要為截面復(fù)雜多變的異型材的成型要求所決定，這要求我們對(duì)現(xiàn)已獲得應(yīng)用的和可能出現(xiàn)的異型材截面形狀進(jìn)行歸納和提煉，抽取并定義型材截面圖形的特征，并將其和擠出模成型流道的結(jié)構(gòu)特征及加工要求相聯(lián)系。有了型材的特征模型，就可以根據(jù)型材截面圖形的構(gòu)造特征，自動(dòng)區(qū)分不同的結(jié)構(gòu)類型，調(diào)用不同的公式和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)尺寸的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，生成各塊模板上的模腔輪廓數(shù)據(jù)及特征參數(shù)。

    以擠出模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為特征的擠出模工藝規(guī)程零件族的劃分，與擠出模CAD系統(tǒng)模板設(shè)計(jì)特征信息有較強(qiáng)的一致性，這方便了CAPP系統(tǒng)對(duì)CAD信息的提取，實(shí)現(xiàn)信息集成。擠出模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的歸納、整理和制定是件重要的工作，擠出模并沒有固定的模式，為此，我們?cè)谥贫〝D出模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的過程中，盡量優(yōu)選出有利于實(shí)現(xiàn)擠出模CAD/CAPP/CAM信息集成的結(jié)構(gòu)形式，組成擠出模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列。在此基礎(chǔ)上我們將模具零件分成機(jī)頸模板、型腔模板、型芯與分流錐、定型模板四大部分，并將工藝設(shè)計(jì)任務(wù)分為四個(gè)子任務(wù)，針對(duì)每個(gè)子任務(wù)建立相應(yīng)的工藝知識(shí)庫，這樣就將原來規(guī)模較大的設(shè)計(jì)任務(wù)劃分成規(guī)模較小的設(shè)計(jì)任務(wù)，使設(shè)計(jì)目標(biāo)更加明確，工藝規(guī)則表達(dá)簡(jiǎn)單合理，設(shè)計(jì)速度更快。系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)過程主要在工藝設(shè)計(jì)模塊中完成，工藝設(shè)計(jì)模塊在接受零件特征信息后，即從工藝知識(shí)庫中檢索出相應(yīng)的工藝參數(shù)，將特征信息與相應(yīng)的工藝參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行合理的匹配與優(yōu)化計(jì)算，并輔助人機(jī)交互自動(dòng)生成零件的工藝過程。

    2.4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和操作

    擠出模CAPP系統(tǒng)是采用基于Windows環(huán)境下的VisualFoxPro程序編制而成，界面友好，操作簡(jiǎn)便。由于和擠出模CAD系統(tǒng)為同一操作平臺(tái)，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)零件信息方便地為CAPP系統(tǒng)讀取，實(shí)現(xiàn)信息集成。系統(tǒng)的其他信息輸入，一般采用選擇框或菜單直接選取，對(duì)互逆特征還采用了互鎖方式防止誤操作。

    擠出模CAPP系統(tǒng)的使用不但大大提高了擠出模工藝設(shè)計(jì)的效率，而且明顯地規(guī)范了擠出模生產(chǎn)的工藝過程。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAPP的信息集成，這樣有利于考慮擠出模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝可行性。通過擠出模CAPP系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員在統(tǒng)一規(guī)范的工藝規(guī)則下進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，基本上避免了工藝不規(guī)范現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高了擠出模的生產(chǎn)效率和質(zhì)量水平。

3 結(jié)論

    在擠出模CAD階段，根據(jù)型材結(jié)構(gòu)特征所確定的擠出模標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和各零件的圖形數(shù)據(jù)與特征信息，可以為擠出模CAPP系統(tǒng)直接讀取，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAPP的信息集成，通過人機(jī)交互最終完成CAPP工藝設(shè)計(jì)作業(yè)。

    因此，本系統(tǒng)的運(yùn)行明顯地增加了整個(gè)擠出模生產(chǎn)制造系統(tǒng)的柔性，顯著地提高了效率，進(jìn)一步適應(yīng)了塑料異型材門窗市場(chǎng)迅猛發(fā)展，個(gè)性化、多樣化要求日趨強(qiáng)烈的新形勢(shì)。然而，由于塑料異型材擠出模具的生產(chǎn)不斷發(fā)展變化，我們所開發(fā)的擠出模CAPP系統(tǒng)尚有不足之處，還需進(jìn)一步完善。

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