滾珠絲杠BGS-CAPP系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)*

樊 偉，王科社，高 燦，查初亮

（1.北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192；2.北京機(jī)床研究所，北京 100102）

滾珠絲杠BGS-CAPP系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)*

樊 偉1，王科社1，高 燦1，查初亮2

（1.北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192；2.北京機(jī)床研究所，北京 100102）

通過對滾珠絲杠的加工工藝的分析和研究，憑借計算機(jī)強(qiáng)大的計算能力，采用面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計方法，編制開發(fā)了適用滾珠絲杠加工生產(chǎn)的BGS-CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用于滾珠絲杠加工工藝的編制，最終可實現(xiàn)工藝文件的查詢、修改、添加、保存和打印等功能。BGS-CAPP系統(tǒng)的出現(xiàn)減輕了工藝設(shè)計人員的工作任務(wù)，同時在一定程度上提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，促進(jìn)了企業(yè)的生產(chǎn)信息化進(jìn)程。

滾珠絲杠；計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（CAPP）；加工工藝

0 引言

計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（computer-aided process planning，CAPP）是指利用計算機(jī)軟硬件技術(shù)及其強(qiáng)大的應(yīng)用支撐平臺來制定零件工藝的工程。憑借計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)值計算，邏輯判斷和智能推理等功能，解決傳動手工工藝的諸多問題［3］。CAPP屬于工程分析與設(shè)計范疇，是重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作之一，其無論對單件小批量生產(chǎn)還是大批大量生產(chǎn)都有重要的意義［1］。CAPP能夠有效減輕工藝設(shè)計人員繁重的工作任務(wù)，將他們從繁瑣和重復(fù)性勞動中解放出來，去從事現(xiàn)行工藝的優(yōu)化以及新工藝的開發(fā)工作。另外CAPP不僅有助于縮短工藝準(zhǔn)備周期、促進(jìn)工藝規(guī)程的最優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，還可以強(qiáng)化對工藝設(shè)計人員的寶貴經(jīng)驗的總結(jié)和繼承。這樣一方面提高了產(chǎn)品的制造質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，另一方面也提高了工藝規(guī)程對生產(chǎn)的指導(dǎo)作用，加大了生產(chǎn)管理的效力。

滾珠絲杠屬于典型的軸類零件，作為重要定位和傳動部件被廣泛運(yùn)用于醫(yī)療設(shè)備、機(jī)床、航空航天、船舶等領(lǐng)域。其特征結(jié)構(gòu)和加工工藝相比于其它軸類零件較復(fù)雜，零件的信息量也比較大，而且工序較多，夾具和定位基準(zhǔn)需要多次更換，工序尺寸鏈的解算也比較繁瑣，導(dǎo)致工藝設(shè)計人員編制加工工藝過程中比較容易出錯。因此，我們利用計算機(jī)技術(shù)設(shè)計開發(fā)出了適用于滾珠絲杠加工生產(chǎn)的滾珠絲杠BGS-CAPP系統(tǒng)（簡稱BGS-CAPP系統(tǒng)）。BGS-CAPP系統(tǒng)是一個綜合式CAPP系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)查詢滾珠絲杠標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程以及編輯生成滾珠絲杠典型工藝規(guī)程和派生工藝規(guī)程的功能，比同類型的CAPP系統(tǒng)更具有目標(biāo)性、高效性和靈活準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)的功能分析

由于滾珠絲杠是由滾珠螺紋部分和軸頸部分組成的，滾珠螺紋部分的參數(shù)已經(jīng)按型號系列及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化，其工藝過程的變化隨型號系列的變化而變化；而軸頸部分的工藝與系列號基本上沒有多大的關(guān)系。由于各種型號的滾珠絲杠具有相同或相似的特征信息，根據(jù)相似性原理，提取滾珠絲杠的主要特征，進(jìn)行典型工藝設(shè)計，這就是BGS-CAPP系統(tǒng)的工作原理。

該系統(tǒng)無需從CAD中提取零件的特征信息，只需工藝設(shè)計人員按照滾珠絲杠的設(shè)計圖紙，通過人機(jī)交互界面輸入一些主要的特征信息，系統(tǒng)后臺即可自主決策，自動生成滾珠絲杠的工藝流程和工序內(nèi)容。BGS-CAPP系統(tǒng)歸納和汲取了實際生產(chǎn)中的工藝設(shè)計經(jīng)驗，系統(tǒng)的可視化強(qiáng)度高，圖形界面豐富，便于理解和掌握。因此，工藝設(shè)計人員對這套系統(tǒng)上手并不困難，在不熟悉此系統(tǒng)的情況下同樣可以編制出高質(zhì)量的工藝文件。

2 系統(tǒng)的開發(fā)工具及系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)的開發(fā)工具與技術(shù)

本系統(tǒng)是在Visual Basic 6.0平臺上進(jìn)行可視化程序設(shè)計的，利用ADO（ActiveX Data Object）技術(shù)建立VB（Visual Basic）與Access數(shù)據(jù)庫的連接，利用ODBC（Open DataBase Connectivity）技術(shù)和VB提供的API函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問和設(shè)計，最終完成BGSCAPP系統(tǒng)的開發(fā)。

其中ADO連接Access數(shù)據(jù)庫的源程序代碼為：

Adodc1.ConnectionString=”provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0；Data Source=document path”

2.2 系統(tǒng)的模塊組成

通過對滾珠絲杠企業(yè)需求和滾珠絲杠加工工藝路線的分析，對系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。BGS-CAPP系統(tǒng)主要由零件信息輸入模塊、工藝決策模塊、工藝文件生成模塊、工藝文件管理模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、工藝資料查詢模塊和用戶信息管理模塊組成，如圖1所示。

圖1 BGS-CAPP系統(tǒng)模塊組成圖

零件信息輸入模塊：輸入滾珠絲杠的幾何形狀尺寸信息和工藝信息［5］。工藝信息包括滾珠絲杠的精度、材料、熱處理以及其它工藝技術(shù)信息。

工藝規(guī)程編制模塊：該模塊是BGS-CAPP系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。利用輸入的零件信息，自動編制出滾珠絲杠的工藝文件，完成各種工藝設(shè)計任務(wù)。

工藝文件生成模塊：該模塊主要用于將編制好的工藝文件儲存于工藝文件數(shù)據(jù)庫中。

工藝文件管理模塊：該模塊主要用于完成工藝文件內(nèi)容和格式的編輯、修改。通過圖形交互操作的方式將編輯修改好的工藝文件生成對應(yīng)的接口文件（如*.DOC，*.TXT，*.EXCEL），方便用戶進(jìn)行預(yù)覽和打印。

數(shù)據(jù)庫管理模塊：該模塊主要包括數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和升級、數(shù)據(jù)庫的編輯與開發(fā)以及數(shù)據(jù)庫的信息輸入和輸出等。

工藝資料查詢模塊：該模塊主要包括工藝規(guī)則查詢、工藝參數(shù)查詢、工件公差、偏差查詢和典型工藝查詢等。

用戶信息管理模塊：該模塊主要包括用戶、管理員信息和登錄密碼的編輯和管理。

3 系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

3.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

BGS-CAPP系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)根據(jù)輸入的零件信息，在面向?qū)ο螅∣bject-Oriented）的工藝知識數(shù)據(jù)庫和工藝規(guī)則數(shù)據(jù)庫的支撐下，自動提取與加工工藝相關(guān)的工藝知識和工藝規(guī)則，生成滾珠絲杠所同步各個工序的作業(yè)內(nèi)容，自動完成機(jī)床、工具和夾具的選擇和加工過程的優(yōu)化，這樣有效的提高了工藝的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

圖2 BGS-CAPP系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)的工藝知識數(shù)據(jù)庫和工藝規(guī)則數(shù)據(jù)庫是其兩個最為重要的數(shù)據(jù)庫。它們是系統(tǒng)工藝規(guī)程決策的主要依據(jù)。

工藝知識數(shù)據(jù)庫：該數(shù)據(jù)庫是在分析了北京精密天工滾珠絲杠股份有限公司各種型號滾珠絲杠的加工工藝后，總結(jié)其全部工藝知識而建立起來的。其數(shù)據(jù)存儲采用的是格式化數(shù)據(jù)庫的分層模型結(jié)構(gòu)（hierarchical model），即把滾珠絲杠的全部工藝知識表示為一個有序樹的集合。該數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)共有兩層，第一層次結(jié)點存放的數(shù)據(jù)信息是滾珠絲杠的全部加工工序，第二層次結(jié)點存放的數(shù)據(jù)信息是各工序工步的作業(yè)內(nèi)容，如圖3所示。

圖3 工藝知識數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖

采用這種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫模型，可以明確的表示各工序與其工步作業(yè)內(nèi)容的聯(lián)系，結(jié)構(gòu)簡單，層次分明，系統(tǒng)檢索數(shù)據(jù)時也比較方便快捷。

工藝規(guī)則數(shù)據(jù)庫：該庫也是在總結(jié)各種型號滾珠絲杠工藝文件的基礎(chǔ)上，結(jié)合滾珠絲杠的加工工藝特點而制定的，其結(jié)構(gòu)和工藝知識數(shù)據(jù)庫相同，共分為兩層，第一層次結(jié)點存放的數(shù)據(jù)信息是工藝決策推理邏輯，第二層次結(jié)點存放的數(shù)據(jù)信息是各作業(yè)內(nèi)容決策推理邏輯。工藝決策推理邏輯是產(chǎn)生滾珠絲杠加工工序的邏輯方法，而作業(yè)內(nèi)容決策推理邏輯是產(chǎn)生各工步作業(yè)內(nèi)容的邏輯方法。根據(jù)這一特點，本系統(tǒng)的邏輯推理過程是通過決策樹和產(chǎn)生規(guī)則來表達(dá)的［3］。其表達(dá)形式為：

IF＜condition＞THEN＜conclusion＞。

例如：中心孔的工藝規(guī)則程序語句：

IF CHK1.Value=1 And CHK5.Value=1 Then

LAB2.Caption=?絲杠兩端都是B型中心孔。按圖紙要求鉆兩端中心孔至B?&TXTBX.Text&?，要求60°，錐面長≤?&TXTBZ.Text?

ElseIF（CHK1.Value=1 And CHK6.Value=1）Or（CHK2.Value=1 And CHK5.Value=1）Then

LAB2.Caption=?絲杠一端是B型中心孔，一端是內(nèi)六方型中心孔。鉆B型中心孔，按圖紙要求鉆B型中心孔至B?&TXTBX.Text&-?，要求60°，錐面長≤?&TXTBZ.Text&?。鉆內(nèi)六方中心孔，按圖紙要求鉆內(nèi)六方中心孔，注意內(nèi)六方底孔尺寸要求60°，?&-?錐面長≤?&TXTBZ.Text?……

END IF

由于滾珠絲杠工藝繁雜，工序較多，因此工藝決策流程的決策推理邏輯比較多。如圖4所示的是工藝決策的程序流程圖。

圖4 工藝決策的程序流程圖

系統(tǒng)的工藝決策程序流程，指導(dǎo)著系統(tǒng)后臺程序的主要邏輯流向，它是系統(tǒng)工藝決策的核心內(nèi)容，也是系統(tǒng)的主要設(shè)計原則。

3.3 系統(tǒng)的工作應(yīng)用流程

系統(tǒng)的工作應(yīng)用流程如圖5所示，開始用戶從登陸界面進(jìn)入系統(tǒng)，按照系統(tǒng)提示進(jìn)行相關(guān)操作。首先使用人機(jī)交互的方式在信息輸入界面鏈入滾珠絲杠的零件信息（如圖6所示）。系統(tǒng)后臺會根據(jù)用戶輸入的零件信息，自主決策生成相應(yīng)的工藝規(guī)程并保存在工藝過程卡片中。此時用戶可以在工藝過程卡片編輯器中對工藝規(guī)程進(jìn)行修改、編輯和保存處理。除此之外，用戶還可以在信息輸入界面修改相關(guān)的工藝參數(shù)，從而修改目前編制的工藝規(guī)程。隨著工藝規(guī)程的編制，系統(tǒng)最后會將每步編制的工藝內(nèi)容嵌入設(shè)計好的工藝卡片中。工藝編制完成后，用戶可以在工藝卡片編輯器中（如圖7所示）對整個滾珠絲杠的加工工藝規(guī)程進(jìn)行修改、編輯處理，然后系統(tǒng)將修改編輯好的工藝卡片保存成用戶需要的格式，保存完成后用戶可直接打印成需要的工藝卡片。

圖5 系統(tǒng)的工作應(yīng)用流程圖

圖6 零件信息輸入窗口

圖7 工藝卡片編輯器

從整個系統(tǒng)的工作應(yīng)用流程來看，工序設(shè)計采用自主決策產(chǎn)生，同時對生成的工藝規(guī)程可以進(jìn)行人機(jī)交互編輯修改，最后得到符合要求的工藝規(guī)程，這樣更好的體現(xiàn)了系統(tǒng)更具有靈活性和實用性的特點。

另外，由于滾珠絲杠的特征結(jié)構(gòu)和加工工藝比較復(fù)雜，零件的信息量也比較大，而且工序也比較多，編制其工藝規(guī)程比較復(fù)雜繁瑣，容易出錯。BGS-CAPP系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大減輕了工藝設(shè)計人員的工作任務(wù)。同時在滾珠絲杠的整個集成制造系統(tǒng)中，BGS-CAPP系統(tǒng)還可以向CIMS提供零件的工藝信息，實現(xiàn)零件制造過程中信息的自助傳遞和共享，同時也有利于零件制造信息的管理。這樣在一定程度上提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，促進(jìn)了企業(yè)的生產(chǎn)信息化進(jìn)程。

4 結(jié)束語

為促進(jìn)企業(yè)的加工制造的信息化進(jìn)程，在研究和總結(jié)滾珠絲杠加工工藝的基礎(chǔ)上，我們在Visual Basic6.0集成平臺上開發(fā)出了滾珠絲杠BGS-CAPP應(yīng)用系統(tǒng)。

①該系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮姆謱咏Y(jié)構(gòu)類型的數(shù)據(jù)庫，集設(shè)計與計算于一體，用戶可以方便快捷地編制出高質(zhì)量的滾珠絲杠工藝規(guī)程。

②BGS-CAPP系統(tǒng)的使用，可以使工藝設(shè)計人員從繁瑣的工作任務(wù)中解放出來，轉(zhuǎn)而投入更多的精力放在現(xiàn)行工藝的優(yōu)化和新工藝的開發(fā)上。

③用戶還可以利用專用數(shù)據(jù)接口文件或標(biāo)準(zhǔn)格式接口文件實現(xiàn)BGS-CAPP系統(tǒng)與工廠的CAD系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)的集成，從而全面提高整個企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

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（編輯 趙蓉）

Development and App lication of BGS-CAPP System of Ball Screw

FAN Wei1，WANG Ke-she1，GAO Can1，ZHA Chu-liang2
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Information Science and Technology，Beijing 100192，China；2.Beijing Machine Research Institute，Beijing 101500，China）

Through the analysis and researchment of the processing technology of the ball screw，w ith computer powerful computing ability，the object-oriented system design method，preparation of ball screw BGSCAPP system is developed.The system is mainly used in the processing technology of the ball screw，which can realize process file query，modify，add，save and print，etc.The BGS-CAPP system greatly reduces the working strength of the process design personnel.To a certain extent，it also improves the production efficiency，and promotes the production of the enterprise informatization process.

ball screw；computer-aided process planning（CAPP）；processing technic

TH164；TG659

A

1001-2265（2015）06-0109-04 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.06.030

2014-08-20；

2014-09-20

北京市科技計劃項目（Z121100001612010）

樊偉（1989—），男，陜西延安人，北京信息科技大學(xué)碩士研究生，研究方向為滾珠絲杠的加工工藝研究與CAPP技術(shù)，（E-mail）595661725@qq.com。