基于航空軸承制造特征的CAPP技術(shù)開發(fā)

■ 艾青牧 于慶杰 公平/中國航發(fā)哈軸 范紅偉/哈爾濱工業(yè)大學(xué)

計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對軸承工藝路線的科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與工藝管理的集成，縮短設(shè)計(jì)周期、固化工藝，并提高軸承工藝管理的質(zhì)量和效率。

計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）[1]技術(shù)是20世紀(jì)60年代后期出現(xiàn)的，在理論研究、系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用方面都取得了一定的進(jìn)步[2-4]，但針對航空軸承高轉(zhuǎn)速、重載荷、多品種、小批量的特點(diǎn)所開展的CAPP研究并不多見。本文在現(xiàn)有CAPP的基礎(chǔ)上，基于航空軸承的特點(diǎn)及工藝設(shè)計(jì)原理，構(gòu)建了具有航空軸承制造特征的CAPP信息模型、搭建了軟件平臺(tái)，并針對具體型號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵技術(shù)

基于航空軸承制造特征的CAPP技術(shù)主要包括航空軸承工藝設(shè)計(jì)和工藝管理，將航空軸承的工藝知識(shí)融入專家系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)航空軸承保密與安全防護(hù)、人機(jī)交互及檢索、數(shù)據(jù)及特征的精準(zhǔn)傳輸、基于專家系統(tǒng)的柔性化工藝路線、參數(shù)化內(nèi)部工藝設(shè)計(jì)、工夾量具的智能選取、工序的有序生成、打印及保存管理、型號(hào)檢索與信息精準(zhǔn)調(diào)取（如圖1所示）等功能。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾種。

安全保密防護(hù)技術(shù)。針對航空軸承工藝設(shè)計(jì)的工藝知識(shí)及內(nèi)部工藝設(shè)計(jì)參數(shù)等核心內(nèi)容進(jìn)行保密防護(hù)，采用登錄身份識(shí)別技術(shù)。

信息快速檢索技術(shù)。搭建航空軸承零件信息數(shù)據(jù)庫，可以快速實(shí)現(xiàn)零件信息的輸入，提高工藝設(shè)計(jì)效率。

基于知識(shí)的專家系統(tǒng)。對航空軸承工藝特征進(jìn)行全面梳理和分類，根據(jù)輸入的零件特征及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)或進(jìn)行工藝推薦，同時(shí)具有自動(dòng)生成新工藝的能力。

圖1 技術(shù)研究流程

基于知識(shí)的工藝柔性化技術(shù)。依靠專家系統(tǒng)及工藝路線柔性化數(shù)據(jù)庫，根據(jù)航空軸承工藝特征及參數(shù)，進(jìn)行工藝篩選、判斷，推薦最佳工藝路線，能適用于軸承的高速、重載、工藝特殊要求，具有靈活可變化、可修改等特征，如圖2所示。

工藝數(shù)據(jù)傳遞與自動(dòng)篩選技術(shù)。采用唯一數(shù)據(jù)源方法，將工藝數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)零件特征參數(shù)匯總區(qū)傳遞到計(jì)算書結(jié)果區(qū)。將人機(jī)交互界面的數(shù)據(jù)匯總，自動(dòng)生成工藝計(jì)算書，如圖3所示。

圖2 基于專家系統(tǒng)的工藝路線

圖3 數(shù)據(jù)傳遞與自動(dòng)篩選

特征、參數(shù)辨別及數(shù)據(jù)庫提取技術(shù)。針對航空軸承零件的特征、參數(shù)的范圍進(jìn)行辨別，將判斷結(jié)果傳遞進(jìn)入工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫將自動(dòng)進(jìn)行篩選，提取工藝過程參數(shù)，推算工藝過程數(shù)據(jù)，利用公差、技術(shù)條件等數(shù)據(jù)庫，自動(dòng)識(shí)別對應(yīng)參數(shù)的技術(shù)條件。

檢驗(yàn)頻次及量塊儀表精度識(shí)別技術(shù)。利用檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，對航空軸承零件特征、參數(shù)及技術(shù)條件進(jìn)行識(shí)別，篩選符合該條件的頻次，進(jìn)行量塊及檢驗(yàn)頻次的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

出廠要求綜合評價(jià)技術(shù)。對加工零件參數(shù)進(jìn)行智能識(shí)別綜合評價(jià)，利用加權(quán)法，針對零件及裝配參數(shù)的制造符合性要求，綜合評價(jià)得分在95分以上的軸承可以出廠。

技術(shù)應(yīng)用模型構(gòu)建

以產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進(jìn)行產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)管理，針對生產(chǎn)中不同部門對產(chǎn)品工藝信息的不同需求，提供給各部門的不同信息，利用數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)大功能，保證工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息的完整性和一致性，減少人為失誤。

在實(shí)際操作中，利用編程軟件（VB）創(chuàng)建人機(jī)交互界面，利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件（Excel）進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與篩選，利用繪圖軟件（CAD）輸出圖形文件，將3款軟件進(jìn)行封裝，建立了適合于航空軸承工藝設(shè)計(jì)軟件，主要包含軟件安裝及登錄、CAPP零件入口、人機(jī)交互界面、定制個(gè)性按紐等模塊。

軟件安裝及登錄

此登錄界面含有用戶名、密碼、新用戶注冊及修改密碼等功能，如圖4所示。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，考慮3個(gè)因素：第一，便于工藝人員的使用，以工藝人員姓名的第一個(gè)字母為登錄名，以員工號(hào)碼為密碼進(jìn)行初始登陸；第二，符合員工的使用習(xí)慣，進(jìn)行密碼修改，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)新密碼，便于下次登陸；第三，防止非工藝人員操作，在登陸密碼錯(cuò)誤3次后將自動(dòng)跳出系統(tǒng)，起到了很好的安全防護(hù)作用。

圖4 軟件安裝及登陸

CAPP零件入口

由于內(nèi)圈、外圈、保持架和滾動(dòng)體編制工藝時(shí)考慮的參數(shù)及特征不同，輸入的項(xiàng)目有很大差異，若將4個(gè)零件在同一個(gè)界面進(jìn)行輸入，將會(huì)非常繁瑣，因此將零件劃分為4個(gè)區(qū)并設(shè)有4個(gè)按鈕，分別是內(nèi)圈、外圈、保持架和滾動(dòng)體，點(diǎn)擊對應(yīng)的按鈕，進(jìn)入對應(yīng)的輸入界面，如圖5所示。4個(gè)區(qū)彼此信息隔離，避免因零件間數(shù)據(jù)傳遞過程互相影響。

人機(jī)交互界面

人機(jī)交互界面主要包含4個(gè)區(qū)，如圖6所示：零件型號(hào)輸入?yún)^(qū)，將自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)庫信息，對已有信息將零件的特征及參數(shù)自動(dòng)提取，并可進(jìn)行修改和刪除；零件特征和工藝特殊要求輸入?yún)^(qū)，含精度、引導(dǎo)方式、兜孔形狀等；零件參數(shù)輸入?yún)^(qū)，包括零件的內(nèi)徑、外徑等相關(guān)尺寸。

定制個(gè)性化按鈕

個(gè)性化按鈕主要針對工藝設(shè)計(jì)過程中需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行定制，主要包含生成工序按鈕、進(jìn)入計(jì)算書按鈕、生成計(jì)算書按鈕、工序圖表按鈕、返回主界面按鈕、打印工序圖表按鈕、保存按鈕、隱藏按鈕、顯示工作簿按鈕、查找工作表按鈕、新建模板工作表按鈕等。核心按鈕是生成工序按鈕和生成計(jì)算書按鈕。

技術(shù)驗(yàn)證

本文以一型航空軸承的支點(diǎn)滾子軸承D1002926KNQU為例（工藝設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)見表1），利用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，并與人工進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行對比。

D1002926KNQU工藝設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)共計(jì)54個(gè)，其中，精度等級和引導(dǎo)方式在內(nèi)圈、外圈、保持架和滾動(dòng)體工藝設(shè)計(jì)過程中均被使用。

圖5 零件入口

圖6 人機(jī)交互界面

表1 D1002926KNQU工藝設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)列表

表2 CAPP工藝設(shè)計(jì)和人工設(shè)計(jì)的用時(shí)和正確率對比分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，C1002926KNQU零件工藝共計(jì)162道工序，加工過程中共475個(gè)工藝控制參數(shù)，CAPP正確率是100%，人工正確率是96.4%，準(zhǔn)確率提高3.6%；CAPP用時(shí)65min，人工用時(shí)1273min，用時(shí)減少95%，具體見表2。

結(jié)束語

通過對具有航空軸承制造特征的CAPP技術(shù)的開發(fā)，提高了工藝知識(shí)的共享和重用程度，使工藝設(shè)計(jì)人員能夠提高設(shè)計(jì)效率，將集中精力對新產(chǎn)品、新工藝、新方法、新技術(shù)進(jìn)行研究與發(fā)展，提高了航空軸承工藝知識(shí)的繼承性，最大限度地利用現(xiàn)有資源降低成本，實(shí)現(xiàn)航空軸承工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化，從而提高工藝設(shè)計(jì)的一致性和優(yōu)化程度。

(艾青牧，中國航發(fā)哈軸，工程師，主要從事航空軸承設(shè)計(jì)、仿真分析及應(yīng)用研究)