基于B／S的组合机床设计系统开发.pdf

第 2期 2 0 1 1年 2月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o du l a r M a c h i ne To o l Aut oma t i c M a nuf a c t ur i ng Te c hni qu e NO． 2 Fe b．20 1 1 文 章 编 号 1 0 0 12 2 6 5 2 0 1 1 0 20 0 2 90 3 基于 B ／ S的组合机床设计 系统开发 郭 志强 ， 李月琴 郑 J ,i、 l 轻工 业 学院 机 电工程 学院 ， 郑州4 5 0 0 0 2 摘 要 利 用 P RO ／ E软件 、 S QL 2 0 0 5数据 库和 VS ． n e t 编程 软 件 为 开发 平 台 ， 采 用 T o p Do w n技 术 ， 建 立 了组合机 床 的参数 化 三维模 型 图库并 开发 了基 于 B ／ S的 组合 机 床 异地 设 计 系统 。 用 户通过 浏 览器 在 组合机 床设 计 系统 的引导 下可 完成 对组合 机床 设计 的动 力 头功 率计 算模 块 、 自动 匹配组 合机 床模 块 、 自动 装 配、 生成 三 图一卡 等 总体 设 计 和 主轴 箱 等模 块 的 详 细设 计 ， 提 高 了产 品 的 开发 能 力 ， 缩短 了产品 的设 计周期 ， 降低 了生产成 本 。 关 键词 组合 机床 ； B ／ S模 式 ； VS ． n e t ； We b ． 1 i n k工具 中图分 类号 T H1 6； T G 6 5 文献标 识码 A Co m b i na t i o n M a e h i ne T00L S y s t e m Ba s e d 0n B／S M o d e l GUO Zh i - qi a n g，L I Yu e q i n C o l l e g e o f Me e h ． E l e c t r ． E n g ，Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y o f L i g h t I n d u s ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2，C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g P RO／ E、 S QL 2 0 0 5 d a t a b a s e a n d VS ． n e t p r o g r a mmi n g s o ftwa r e a s d e v e l o p ing fi a t ， u s i n g t h e impo r t a n t t o ol s o f TOP DOW N d e s i g n i n g me t ho d s ， s e t t ing u p t h e pa r a me t r i c 3D mo d e l ing mo d u l e d a - t a ba s e c o mb i n a t i o n ma c h i n e t o o l s ys t e m ba s e d o n B／S mo d e l i s d e v e l o pe d． Und e r t h e g u i d ing of t h e c o m- b i na t i o n o f ma c h ine t o ol s ys t e m，u s e r s c a n c o mpl e t e s u c h t a s k s a s mo d u l e c h o i c e ，t he d r i ving f o r c e t r a n s 。 mi s s i o n d e v i c e’S po we r c a l c ul a t i o n，mo d u l e a u t o- a s s e mb l y，a n d a u t o ma t i c a l l y g e ne r a t e t wo - d i me n s i o n a l d r a wi n g s ，e t c ．The r e f o r e ， c o mbi n a t i o n ma c h i n e t o o l d e s i gn S ys t e m c a n be r e a l i z e d， i mpr o v i ng t he d e s i gn e f - fic i e n c y， s h o r t e n t he pr o d u c t d e s i gn c yc l e a n d r e d u c e d t h e c o s t o f pr o d u c t i o n． Ke y wor d smo d ul ma c hi n e t o o l ；B／S mo d e l ；VS． NE T； W e b． 1 ink t oo l O 引 言 组合机 床 通 用 部 件 已经 标 准 化 和 系列 化 ， 可 根 据需 要灵 活配 置 ， 能 缩 短设 计 和 制造 周 期 。 因此 ， 组 合机 床兼有 低成 本 和高 效 率 的优 点 ， 在 大批 、 大量 生 产 中得到 广 泛 应 用 ， 并 可 用 以组 成 自动 生 产 线 。 目 前 ， 很 多高校 基 于 C AD软 件进 行 二 次 开 发研 究 已经 初具 规模 。文献 中利 用 V C 对 S o l i d Wo r k s 进 行 二次 开发 ， 生 成 了一个 简单 的组 合 机 床设 计 系 统 ； 文 献 中基 于 P r o ／ E利 用 V C 对 组合 机床 总 体设 计 二次 开发 的新 方 法 进 行 了探 索 ， 但 依 然存 在 很 多 实 际应 用不 足 的 问题 ； 文献 整个 系 统 的实 现 都是 基 于 C ／ S的 ， 没有 实现基 于 B ／ S的设 计 系统 ， 客 户端 安 装要求 高 ； 在 此背 景下 ， 减少 组合 机床 设计 系统 复 杂 性和专 业性 ， 提 高人 员设 计 效 率 ， 避 免 重 复性 劳 动 过 多 ， 依 据设计 系统 引 导 即可 快 速完 成组 合 机 床设 计 ， 开发 了基 于 B ／ S模 式 的组 合机 床设计 系统 。 1 设 计 思 路 通 过 V S ． N E T技术 开发 基 于 B ／ S的 组合 机 床设 计 系统 ， 实 现组合 机 床设 计 人员 远 程协 同操 作简 单 、 方 便 ， 满 足快 速 设 计 功 能 ； 利 用 S Q L s e r v e r 2 0 0 5数 据 库 建立 组合 机 床 通 用 部 件 库 、 标 准 件 库及 夹 具 库 等 图库和 需要 协 同设 计 的 规则 库 、 冲突库 等 数据 库 ， 实 现 组合 机 床 设 计 系 统 数 据 库 管 理 功 能 ； 同 时 利 用 We b ． 1 i n k技 术 和 P r o ／ T o o l k i t 技 术 ， 实 现 与 P r o ／ E 系 统 的无 缝链 接 ， 用 户一 方 面可 以下 载 网站 中组 合 机 床零 部件 图库 内容 ， 在 本机 上利 用 P r o ／ E修改 和设 收 稿 日期 2 0 1 00 7 3 0 {基金项 目 郑州市科技攻关项 目 X 2 0 0 8 G P 0 5 5 3 作者简介 郭志 强 1 9 7 7 一 ， 男 ， 河 南新乡人 ， 郑州轻工业 学院讲 师， 工学硕 士， 研究方 向为 C A D ／ C A E ／ C AM集成技 术， Ema i l c r o c u s z z u l i ． e d u． c n 。 3 0 组合机床 与 自动化加 工技术 第 2期 计 也可 以在 网站 中双 击直 接 打开选 中的零 部件 ， 这 时要求用 户必须在 本 机上 装 有 P r o ／ E软 件 。最终 实 现组合 机床 总体设 计 的 自动装 配设计 和 主轴箱 部件 的详 细 设 计 ， 如 图 1所 示 。并 通 过 配 置 P r o ／ E 的 C o n f i g 文件 ， 建立符 合 我 国标 准 的工 程 图模 板 文 件 ， 实 现工程 图的 自动生成 。 一 匪圃匪 W e b t 览器 }三三兰三三三 三 三 兰三三三三三 三兰 案 和结 构 方 案 制定 ， 利用 系统 绘 制 三 图 一卡 。 比较 组合机 床实例 库和 所要 求设 计 的性 能参 数和 设计 参 数 ， 若存 在满 足 或 部 分 满 足 的组 合 机 床 实例 进 行 下 载修改 ， 再生 即完成 组合 机 床设计 ， 若 不存 在 则需 要 设计新 的组合机 床 。根据 切 削用 量等 三要 素参 数 计 算 动力 头功率等 动力 计算 。根 据 动力 计算 功率 自动 ／ 厂夹 具 利 用 系 统 绘 制 三 图 一 卡 ／ 1 夹具库 调 用 组 合 机 床 实 例 库 比较组合机床性能 参数和设计参数 满足或部 足要求实 是 否 组合机床设 计实例库 读人参数 修改参数 重生模型 重 新 设 计 专 用 组 A 日 机 床 呈 号 动力头库／ ＼ 滑台库 ／ 侧底座库f 中间底座库 f 图 立柱库 I 库 夹具库 刀具库 ＼ 标准件库 ＼／ 组合形式 自动匹配滑台、侧底 座和中间底座等通用 部件，进行 自动装配 图 1组 合 机床 设 计 流 程 组 合机床 分 用 户 层 、 功 能 层 和 支 撑 层 。用 户 层 主要包 括用户 注册 、 登 录 、 权 限设 置等操 作 。如 果是 注册个 人用户 ， 将 被授 予 仅能 浏览 和下 载权 限 ， 则用 户不能 随便 修 改 和 存 储 数 据 。如 果 是 注册 单 位 用 户 ， 根据 不 同注册 购买 部分 或全 部 功能 权 限 ； 每个 单 位用户注册 后 ， 系统 立 即 自动 为其 建设 一个 新 的存 储 区域 根 据不 同权 限分 配不 同容 量 ， 复 制 现有 数 据至新的存储 区域 ， 供其用户使用， 则该用户可根据 需要 添加 、 删 除 、 修 改复 制数 据库 中的数 据 。经协 商 申请 和管理 员 审批 后 ， 用 户 设 计 的组 合 机 床 可 以 上 传 至实例库 ， 作 为下 一次 设计 的参 考 ， 但 不 能对 原 始 数据存 储 位 置 进 行 任 何 添 加 、 删 除 和 修 改 等 操 作 。 单位 的总设 计 师可使 用部 分权 限功 能限制 其下 属设 计人员 不同的权 限 ， 进 行合 理分 工 ， 避免 设计 人员 冲 突设计 、 修 改或存取 同一个零 件 ， 同时 采用 T o p ． D o w n 技 术控制关 联 尺 寸 和装 配 约 束 ， 让 设 计 人 员设 计 具 体部 件 。因保 证 了关 联 尺 寸 和 装配 约 束 ， 故 可 避 免 装 配和尺寸 冲突 ， 若 发生 了冲突 ， 调用 冲 突消解 进 行 消解 ； 功能层 主 要 是组 合 机 床 总体 设 计 和主 轴 箱 等 部件 的详细设计 功能 实 现 。首 先单 位所 有设 计 人 员 要 分析 加工零 件 的工 艺性 和要 求 ， 进 行 合 理 工艺 方 主 轴 箱 设 计 模 块 选择动 力 头 和选 择 组 合 机 床 配 置 形式 ， 自 动匹配 其他 通用 部件 ， 自动装配 ， 完 成总体 设 计 ， 最 后 再 交 互 调 整 机 床 联 系 尺 寸。 自 动绘 制 工序 图 、 尺 寸联 系 图 、 加工 示 意图和 生 产计算 卡 三 图一卡 。支撑层 主要 是组 合机 床通 用 部件 库 、 实 例 库 、 标 准 件 库 、 夹 具 、 刀具等 图 库 和 冲 突 库 、 规 则 库 、 任 务 库 等知识 库 ． 2 关键 技 术 1 参 数化及 关联技 术 P r o ／ E软件 提 供 了多 种参 数 化 设 计技 术 ， 其 中 P r o g r a m 是 P r o ／ E软件 自带 的二次 开 发工 具 ， 是 对操 作过 程 的记 录 ， 并将 此记 录以程序 的形式保存 。 因此 ， 在 P r o g r a m提 供 的范 围内 ， 修改 P r o g r a m可 以实 现设 计 的 变更 。参照相 关 资料 即可 建立 组合 机床 通 一 用零 部件 的参 数 化模 型 ， 并 打 开组 合 机 床 装配体 文 件 ， 把 已 经参 数 化 的各 个 零 部件 的驱 动尺 寸按 照 关 系 进 行关 联 ， 如 图 2所 示 。参数 化技 术 中要 注 意 一 般 尽 量 不 要 修 改 P r o - g r a m， 尽量 修改模 型 ， 以免 引起 模 型 的不稳 定 。参数 化后 要定 义模型重 量 。本 文 中所有 图库 均是 采 用如 此方 法 。由于 三 维模 型数 据 大 ， 因此 采 用 三维 模 型 尺寸 参数和 图分 离 的保 存 方 式 ， 尺寸 参 数 存 在参 数 数据 库 中， 而 i维模 型保 存 在文 件夹 的 图库 中 ， 利 用 V 5 ． n e t 技术 调用 尺寸参数 驱动 图库 中相 应 的三维 模 型进行再 生模 型。 图 2各 零 部件 的尺 寸 联 系 保 存 到 系 统 为 客 户 自 动 创 建 的 临 时 文 件 夹 里 2 0 1 1年 2月 郭志 强 ， 等 基于 B ／ S的组 合机床 设 计 系统开发 3 1 2 自动参 数化 匹配 与知识 融 合技术 采用 T o p Do wn技 术 ， 绘 制 加 T零 件 某 道 加 工 工 序需 要 的 组 合 机 床 总 体 布 局 L a y o u t ， 如 下 图 3所 示 。通过 L a y o u t可 以将 数 据 集 中起 来 ， 并 且 以参 数 表控 制 各个 零 部件 的 主要 参数 的形式 把 数据 传 递 给 各零 部件 ， 这样 可 以把设 计 任 务 分解 为 多个 子 任 务 ， 由不 同 的设 计人 员 完成 。子任 务 的设 计 人 员 在设 3 1 一 中无需 了解 整 个 产 品 的情 况 ， 也 不 必 考 虑 与其 他 部 件 的配合 ， 只 需 专 注 于制 定 部 件 的设 计 。 当整 个 产 品需要 改变 时 ， 只需改 变 L a y o u t 中 的设 计数 据 ， 其 他 的零部 件将会 自动 跟 着改 变 。 因此 通过 L a y o u t 在 产 品总体设 计 时可 以实 现 整 个产 品 的 自动 同 步 更 新 ； 利 用 P r o ／ t o o l k i t 技 术封 装 的 AP I函数 P r o UI I n p u t p a n e l l n t e g e r G e t 、 P r o A s mc 0 m p c 0 n s t r a i n t 等 等 调 用 通 用 部 件 关 联 尺 寸 和 装 配 尺 寸 ， 定 义 装 配 约 束 面 约 束 、 轴约 束等 ， 自动生成 组合 机 床总 体设 计 ， 并 用 I F ⋯ E L S E⋯判断 冲 突情 况 ， 可 调 用 冲突 库 巾相 关 消 解 策 略进行 消解 。 图 3组 合 机床 总体 布局 图 3 P r o ／ e网络通 信技 术 组 合 机床 设 计 人 员 登 录组 合 机 床 设 计 网站 后 ， 利用组 合机 床 设 计 网 站 向导 进 行 组合 机 床 动 力 计 算 、 通 用 部 件 型 号 匹配 等 操 作 ， 其 中调 用 某 个 零 部件或 自动装 配 等操 作 需 要 We b 与 P r o ／ E 软 件 进 行 交 互 的 时 候 ， 就需要 P r o ／ E 的 网络 通 信 技 术 支 持 ； 比如 双 击 某 个 类 型 动 力 头 部 件 ， 即 可 调 用 p w 1 P r o E n g i n e e r s t a r t An d C o n n e c t 函 数 启 动 并 连 接 P r o ／ E打开 ； 如 果 P r o ／ E软件 事先 已经启动 ， 则 调用 p w l P r o E n g i n e e r C o n n e c t 函数 查 找 启 动 的 P r o ／ E 站进 行上 传 到 服 务 器 为 客 户 建 立 的 临 时 文 件 夹 中 。 结合 P o r ／ E的二 次 开发 工 具 We b ． 1 i n k和 P r o ／ T o o l k i t 即可 实现 组合机 床 协 同设 计 系 统 的 P r o ／ E网络 通 信 技术 。 3 实 例 应 用 若 取 某企 业 某 工 件 为 研 究 对 象 ， 在 选 定 的 工 艺 和结构 方案 的基 础 上 ， 首先 进 行组 合 机 床总 体设 计 ， 绘 制组 合机 床 “ 三 图一 卡 ” 。经 查 阅 组 合 机 床 设计 简 明手 册 E 4 ] ， 确 定 动 力 头 计 算 功 率 三要 素 ， 选 用 直 径 为 D 6 ram 的高速 钢钻 头加工 钢件 ， 其切 削速度 2 0 m／ mi n 、 切 削 用量 S0 ． 1 0 mn l ／ r 、 抗 拉 强 度 r ， 6 0 k g ／ mm 。 因切 削用 量 S0 ． 1 0 mm／ r ， 5≤0 ． 2 mm／ r ， 则 选择 动力计 算 功率 为 0 ．1 6 5DS 。 0 V 0 ． 1 65 6 0．1 。 6 0。 2 0 ‘ 71 6． 2 I ． 36 7 1 “ 71 6． 2 1 ． 3 6 3 ．1 4 1 ．8k W 查 手册 可知 与此功 率相差 最小 且大 于 1 ． 8 k W 的是 2 ． 2 k W 。组 合机 床设计 系统 网 站采用 模 板 页 和 S i t e m a p站 点 导 航 技 术 ， 大 大 降 低 了 网 站 维 护 难 度 。 图 4为 动 力 头 功 率 计 算 页 面 ， 点 击 图 中下 一 步 按钮 就 能打 开 动 力 部 件 选 择 页 面 ， 根据 向导 提 示 选 择 功率 2 ． 2 k W ， 同时一并 选 中动力 头型号 为 T D3 2 A。 由于组合 机 床 的 动力 头 、 滑 台 等 部 件 均 为 标 准 部件 ， 而 滑 台、 侧底 座及 中问底 座 是 依据 动 力头 来 选 择 ， 因此 先运用 上 面 的公 式计 算 出动 力头 的功 率 ， 再 根据 功率 选 择 动 力 头 的 型 号 ， 进 而 选 择 滑 台、 侧 底 座 、 中 间底 座 的型号 ， 这 样 就 可 以完 成组 合 机床 的总 体设 计 。闲此 ， 相应 的其 他部件 型号 分别 为 H J 3 2 滑 台型 号 、 C C 3 2 侧 底 座 型 号 、 C Z 3 2 中 间 底 座 型 号 并 连接 。修 改 模 型 后 ， 调 用 p w l Md l S a v e As 函 数 进 行 本地保 存 ， 设 计 完 毕 后 也 町通 过 组 合 机 床 设计 网 图 4组 合 机床 动 力 头 功 率计 算 页面 选 择装 配 方式 为 双 面 卧 式 ， 则 组 合 机 床 进 行 自 动 装配 ， 得到 如 图 5所示 模型 。 下转 第 3 5页 2 0 1 1年 2月 陶龙凤 ， 等 基于蚁 群 算法 的混合 品种 装配 线平衡 问题 研 究 3 5 运 算结 果 表 明该 算 法具 有 良好 的搜 索 能 力 ， 能 够快速 有效地 找 到最 优 解 ， 分 配方 案 和工 作 站作 业 时间如 表 1 所 示 。 最 后得 到 的生产 线平衡 率 为 K 3 4 1 6 ． ％ ‘ 表 1 实例 运 算 结 果 工 作 站 k 站 内作 业 元 素 工 位 时 间 t ． ／ s 宅 闲时 问 f ／ l 4， 2， 3， 9， 5， l 1 ， 1 0 4l 2 4 2 1， 7， 6， 1 4， 1 8， 1 3， 8 41 4 2 3 1 2，1 7， 1 9 ， 1 6， l5 41 6 O 4 结 论 本 文采 用带 混合搜 索 机 制 的蚁 群 算 法求 解 混 合 品种装 配线 的平 衡 问题 ， 实例 运 算 结 果证 明 了 该 算 法 的 良好求解 效果 。 由于混合 品 种装 配线 平 衡 问 题 非 常 复 杂 ， 解 决 此 类 问题 的角 度 和 方 法 有 多 种 ， 综 合考 虑 T作 站 内 和工作 站 间 负 载 均 衡 将 是 进 一 步 研 究 的 方 向。 此 外 ， 随着 市场化 经 济的加 剧和 J I T等诸 多精 益生 产 的 思 想被越 来 越 多 的 企 业 所 熟 知 并 采 用 ， 人 们 意 识 到 生 产线平 衡 中需要 考虑更 多 的 因素 ， 如 u型 生产 线 ， 作业 任务 时 间 随机 变化 ， 并 行 工 作 站 等 等 。简 单 的 混 合品种 装 配线 平衡 问 题 的解 决 ， 为 求 解 更 为 复杂 的装 配线 平衡 问题提 供 了指导 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]毛 凌 翔 ， 郑 永 前 ．蚁 群 算 法 求 解 装 配 线 平 衡 第 一 类 问 题 [ J ] ．计算 机系统应用 ， 2 0 1 0 ， 1 9 1 1 4 01 4 3 ． [ 2 ]沈维蕾 ， 谢峰 ， 柴畅．基于启发式平衡搜索 法的装配线平 衡 方 法 [ J ] ．组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 ， 2 0 0 8 1 1 8 6 8 9． [ 3 ]Y e o K e u n Ki m，Wo n S e o p S o n g，J u n Hy u k Ki m．A ma t h e - 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