一種基于工藝知識的航空螺紋數(shù)據(jù)庫建設(shè)

王永鵬，丁東旭，南博儒，石曉飛，徐 偉

(航空工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710077)

1 常用航空內(nèi)螺紋特征及工藝設(shè)計流程

螺紋聯(lián)接方式在航空產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，螺紋種類較多，按照螺紋標(biāo)準(zhǔn)，常用的內(nèi)螺紋有如下幾種類型(見表1)，分別為公制普通螺紋、公制絲套螺紋、英制普通螺紋和英制絲套螺紋。

表1 常用航空內(nèi)螺紋特征及參照標(biāo)準(zhǔn)

隨著工藝知識的積累和升級，內(nèi)螺紋特征的加工方法逐漸趨于成熟和穩(wěn)定，以切制內(nèi)螺紋特征為研究對象，在策劃內(nèi)螺紋加工的工藝過程如圖1所示，為保證內(nèi)螺紋的工藝穩(wěn)定性，一般先采用鉆頭將螺紋底孔加工到尺寸，然后用螺紋銑刀將螺紋加工到尺寸，在采用該加工過程時，首先工藝人員參照螺紋標(biāo)準(zhǔn)查詢螺紋底孔直徑，然后根據(jù)螺紋底孔直徑和工件材料選擇滿足要求的鉆頭，根據(jù)螺紋底孔直徑、螺距和工件材料等特性選擇滿足加工的螺紋銑刀，根據(jù)螺紋標(biāo)記選取合適的螺紋底孔塞規(guī)和螺紋塞規(guī)，最后將內(nèi)螺紋加工所需的工藝要素填寫到工藝卡片中。

圖1 螺紋特征的工藝設(shè)計流程

2 航空內(nèi)螺紋特征加工的知識需求

從航空內(nèi)螺紋的工藝設(shè)計過程可以看出，工藝人員在工藝設(shè)計過程中需掌握如下知識。

1)螺紋標(biāo)準(zhǔn)知識：主要來源于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，用來根據(jù)螺紋標(biāo)記獲取螺紋的詳細(xì)參數(shù)，如螺紋底孔直徑、螺紋大徑等。

2)刀具規(guī)格選型知識：主要來源于各供應(yīng)商樣本，描述了各實例化刀具的規(guī)格信息，如鉆頭的直徑、刃長等。

3)刀具加工知識：主要來源于各供應(yīng)商樣本(規(guī)范了各種刀具的加工的工件材質(zhì))和工藝加工經(jīng)驗(選用刀具的工藝經(jīng)驗、滿足要求刀具集合的優(yōu)選級排序等)。

4)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)知識：刀具的企業(yè)編碼信息，優(yōu)選刀具信息等。

3 內(nèi)螺紋特征工藝知識管理實施過程

基于知識管理的數(shù)據(jù)、信息、知識的實施步驟[1-6]，以航空內(nèi)螺紋為研究對象，以設(shè)計圖樣的螺紋標(biāo)記為需求，通過數(shù)據(jù)庫獲取加工內(nèi)螺紋特征所需的刀具要素。

3.1 建立內(nèi)螺紋加工相關(guān)資源數(shù)據(jù)庫

根據(jù)內(nèi)螺紋特征工藝設(shè)計過程中所用到知識進(jìn)行數(shù)據(jù)庫表格設(shè)計，數(shù)據(jù)表包含普通螺紋底孔基本尺寸表、普通螺紋底孔極限偏差表、絲套螺紋底孔基本尺寸及極限偏差表、鉆頭表、螺紋銑刀表。

普通螺紋底孔基本尺寸表和極限偏差表參照標(biāo)準(zhǔn)HB 3874—1986，為了便于數(shù)據(jù)管理和查詢，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的《切制內(nèi)螺紋工藝底孔直徑及偏差表》[7]分解為表2和表3所示的基本尺寸表和極限偏差表。

表2 基本尺寸表(dimension)

表3 極限偏差表(tolerance)

基本尺寸表中，公差等級用A、B表示，A為4H、4H5H、5H、5H6H、6H、7H中任一公差等級，B為5G、6G、7G中任一公差等級。極限偏差表中，公差等級用1、2、3、4表示，其中1代表4H，2代表4H5H、5H、5G中任一公差等級，依次類推。工藝人員在輸入螺紋公差等級后，系統(tǒng)通過編碼轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的公差等級。

鉆頭表及螺紋銑刀表(見圖2)設(shè)計主要通過ERP系統(tǒng)和樣本數(shù)據(jù)，鉆頭表由企業(yè)編碼、刀具名稱、刀具型號、規(guī)格描述、直徑、刃長、鉆尖角、總長、被加工工件材料、是否優(yōu)選、內(nèi)冷通道等字段組成；螺紋銑刀表由企業(yè)編碼、刀具名稱、刀具型號、規(guī)格描述、直徑、螺距、刃長、被加工材料等字段組成。

圖2 鉆頭及螺紋銑刀表結(jié)構(gòu)

3.2 航空內(nèi)螺紋特征加工的邏輯結(jié)構(gòu)

實施過程將與螺紋特征制造相關(guān)的各類信息以設(shè)計信息為源頭向下游拓展和延伸，彼此之間相互關(guān)聯(lián)，確定各個環(huán)節(jié)所需的關(guān)鍵信息，明確各個對象包含的屬性和方法以及對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立內(nèi)螺紋特征加工的信息模型(見圖3)。

1)首先將設(shè)計圖樣中定義的螺紋標(biāo)記及引用標(biāo)準(zhǔn)作為系統(tǒng)輸入，通過輸入的螺紋公稱直徑、螺距及公差等級和材料系列等參數(shù)，在內(nèi)螺紋底孔基本尺寸和極限偏差數(shù)據(jù)表中查詢，得到內(nèi)螺紋的底孔直徑和極限偏差。如M3×0.5-6H，材料系列Ⅰ得到的基本尺寸為φ2.5 mm，極限偏差為0.1 mm，則螺紋底孔直徑為φ2.5+0.1mm。

2)其次將螺紋底孔直徑的基本尺寸和極限偏差以及設(shè)計圖樣中要求的底孔深度和零件材料作為輸入，在鉆頭數(shù)據(jù)表中查詢，得到滿足螺紋底孔直徑的鉆頭，底孔鉆頭的查詢條件：需滿足鉆頭直徑在底孔直徑的基本尺寸和極限偏差之內(nèi)，鉆頭直徑刃長大于等于螺紋底孔深度，鉆頭材質(zhì)或涂層滿足工件材料的加工要求：

(1)

圖3 航空內(nèi)螺紋工藝知識框架

式中，Ddimension是螺紋底孔的基本尺寸；Ddrill是鉆頭直徑；Dtolerance是螺紋底孔的極限偏差；K是經(jīng)驗值，即滿足螺紋底孔長偏差所留有的余度；Ap是鉆頭刃長；Lthread是螺紋底孔深度；mpart是工件材料；Mtool是鉆頭所能加工的材料的集合，一般按照ISO513材料分組標(biāo)記，如P、M、S、N、K等[8]。

底孔鉆頭的排序方式：a.按照鉆頭直徑與螺紋底孔直徑中差(Dm)的絕對值升序，即在排序時優(yōu)先選擇鉆頭直徑接近底孔直徑中差的鉆頭；b.按照鉆頭刃長升序，即在滿足螺紋深度要求下，排序時優(yōu)先選擇鉆頭刃長最短的鉆頭。查詢語句如下：

select * from drilltool WHERE ( dc between ? and ? and ap >= ? and pmat like ? and priority = ? ) order by ABS(dc-Dm),ap ASC

螺紋底孔直徑中差Dm計算式：

Dm=Ddimension+Dtolerance/2

(2)

3)然后將螺紋底孔直徑的基本尺寸Ddimension、設(shè)計圖樣中要求螺距p、螺紋深度l和工件材料mpart作為輸入，在螺紋銑刀數(shù)據(jù)表中查詢滿足要求的螺紋銑刀，并按螺紋銑刀直徑倒序及螺紋銑刀刃長升序排序。查詢語句如下：

Select * from threadmill WHERE ( dc < ? and p = ? and apmax >= ? ) order by dc DESC, apmax ASC

另外通過拼接字符串，在前端給出螺紋底孔塞規(guī)的規(guī)范寫法：如公制普通螺紋底孔塞規(guī)為0228/M3×0.5-H-Ⅰ T 0228/M3×0.5-6H-Ⅰ Z；螺紋塞規(guī)為0420/M3×0.5-6H T 0420/M3×0.5-6H Z。

4)最后將螺紋底孔信息、刀具信息、量具信息在視圖層展示。

4 內(nèi)螺紋加工知識系統(tǒng)的實現(xiàn)

內(nèi)螺紋加工知識系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，B/S是Brower/Server的縮寫，客戶機(jī)上只要安裝一個瀏覽器(Browser)，服務(wù)器安裝Oracle、Mysql或SQL Server等數(shù)據(jù)庫。瀏覽器通過WebServer同數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[9]。系統(tǒng)采用J2EE開發(fā)，基于SSM(Spring+SpringMVC+Mybatis)框架，數(shù)據(jù)庫選用Mysql，采用模型層、視圖層、控制層三層架構(gòu)，用戶將設(shè)計圖樣要求的螺紋標(biāo)記輸入，控制層將數(shù)據(jù)處理并調(diào)用各數(shù)據(jù)模塊查詢，將查詢結(jié)果予以json數(shù)據(jù)保存，轉(zhuǎn)發(fā)至視圖層展示。

5 內(nèi)螺紋加工知識系統(tǒng)的應(yīng)用

進(jìn)入系統(tǒng)之后，根據(jù)設(shè)計圖樣中螺紋標(biāo)記和引用標(biāo)準(zhǔn)選擇螺紋類型輸入螺紋參數(shù)。以向?qū)降姆椒纯色@得螺紋加工所需的螺紋底孔、刀具、量具等所有工藝要素。螺紋底孔直徑及量具查詢界面如圖4所示。

在向?qū)巾撁孢€鏈接了螺紋規(guī)范、刀具樣本以及CAM軟件的刀具庫文件等，方便工藝人員在規(guī)劃螺紋加工的工藝過程中可查閱規(guī)范、樣本等詳細(xì)信息。鉆頭及螺紋銑刀列表如圖5所示。

圖5 鉆頭及螺紋銑刀列表

6 結(jié)語

通過對航空產(chǎn)品用內(nèi)螺紋的加工知識進(jìn)行梳理，將標(biāo)準(zhǔn)化的螺紋知識和刀具選型知識整理成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過信息化手段實現(xiàn)根據(jù)設(shè)計給出的螺紋標(biāo)記和引用標(biāo)準(zhǔn)，通過向?qū)У姆绞綄崿F(xiàn)螺紋加工知識的推送。