锻造CAD系统的研制和应用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.s3.036 第16卷增刊 北京科技大学学报 Vol.16 1994年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1994 锻造CAD系统的研制和应用 姚 中 (常州治金机械厂) 摘要本文概要介绍了计算机辅助自由锻工艺设计系统的概况、系统的组成、系统的功能和 系统的特点，以及应用的效果；具体描述了10大类40种自由锻件工艺的制订要求，每台阶轴 优化设计中采用基本台阶单元技术和优化设计的思路和原理，并对专家系统的实用性、经济性、 安全性、可靠性等作了较详细的说明。 关键词计算机，自由锻，CAD Application of CAD System for the Forging Processes Yao Zhong ABSTRACT This paper summarizes the overall design,function,features and results of uti- lization of CAD system for the forging processes.The design of the forging processes of 40 kinds of forging belonging to 10 classifications has been introduced.The optimizing design of multiple stepped shaft and auxiliary management of process documents are decribed.The sys- tem is advantage of perfect expert system,great variety designed forging and high degree of complexity. KEY WORDS computer,forging process,CAD 常州冶金机械厂是冶金系统大型机修企业，每年为冶金矿山提供上万种备件和多种非 标成台设备。年产自由锻件近5000t,品种近3000种。冶金矿山备件产品结构复杂、品种 多、批量小、交货期短，从时间和质量上都给技术准备工作增加了难度。自由锻件中绝大 多数是合金工具钢，降低材料消耗将直接提高工厂的经济效益。应用计算机辅助自由锻工 艺设计和管理是抢速度争效益的一条切实可行的途径。常州冶金机械厂于1990年12月提 出设计任务，与南京机械专科学校合作开发，1991年底研制成功，经1年时间的实际使用， 取得了明显的效果，并于1992年11月通过了冶金部组成的技术成果鉴定。 ·1994-07-11收稿第一作者男，47岁，工程师，副主任

第 卷增刊 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 锻造 系统的研制和应用 姚 中 常州冶 金机械厂 摘 要 本文概要介绍 了计算机辅助 自由锻工艺设计系统的概况 、 系统的组成 、 系统的功能和 系统的特点 ， 以及应用 的效果 具体描述 了 大类 种 自由锻件工 艺的制订要求 ， 每台阶轴 优化设计 中采用基本台阶单元技术和优化设计 的思路和 原理 ， 并对专家系统的实用性 、 经济性 、 安全性 、 可靠性 等作 了较详细的说明 。 关键词 计算机 ， 自由锻 ， ‘功 ， ， ， ， ， 常州冶金机械厂是冶金系统大型机修企业 ， 每年为冶金矿 山提供上万种备件和多种非 标成 台设备 。 年产 自由锻件近 ， 品种近 。 。 种 。 冶金矿 山备件产品结构复杂 、 品种 多 、 批量小 、 交货期短 ， 从时 间和质量上都给技术准备工作增加 了难度 。 自由锻件 中绝大 多数是合金工具钢 ， 降低材料消耗将直接提高工厂 的经济效益 。 应用计算机辅助 自由锻工 艺设计和管理是抢速度争效益 的一条切实可行 的途径 。 常州冶金机械厂于 。 年 月提 出设计任务 ， 与南京机械专科学校合作开发 ， 年底研制成功 ， 经 年时 间的实 际使用 ， 取得 了明显 的效果 ， 并于 年 月通过 了冶金部组成 的技术成果 鉴定 。 ， 一 一 收稿 第一 作者 男 ， 岁 ， 工程师 ， 副主任 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．s3．036

·4· 北京科技大学学报 1 系统的功能 1.1辅助设计自由锻工艺 本系统采用参数输入制订工艺，能辅助设计在0.15~3t自由锻锤上生产的扁方轴、光 轴、台阶轴、凸肩齿轮、法兰、曲轴、盘、半圆盘、套、环、螺母、螺丝等12大类、40种 自由锻件的锻造工艺，其覆盖面占常冶厂自由锻件的95⅓以上。本系统主要功能有： 1)输入零件尺寸要素后，能按锻出条件和优化原则设计锻件形状；2)能根据试棒或 工艺夹头的加放要求，自行选定加放的位置；3)能按锻件形状和技术要求，确定机械加工 余量（调质或非调质件），按比例绘制锻件图；4)能按锻件图和材料牌号，计算填制材料 重量平衡表、下料规格、加热规范、锻造温度、冷却规范和热处理方法；5)能按锻件形状、 尺寸、重量、材料牌号选定生产设备和下料方法；6)计算工时定额及工艺定额；7)能根 据工厂锻造设备和操作机能力，自行进行设备或工艺操作的安全性校核，进而修正锻件图。 1.2多台阶轴优化设计 本系统采用基本台阶单元技术和复盖优化技术，将任意级台阶视为由基本台阶轴单元 的不同排列组合而成，从而解决了多台阶轴锻出条件的实现和台阶轴最佳毛坏形状的优化 设计问题。系统只需按台阶轴的产品尺寸输入，即可获得指定阶数的最佳毛坯形状，并能 进行相应工艺设计。 1.3工艺文件辅助管理 系统可将已作过的工艺文件，存入数据库进行保存，便于进行工艺查询、工艺统计、工 艺删除、以及工艺文件再生等操作。 2系统特点 2.1系统总体设计合理，软件技术先进 1)操作系统采用UCDOS,使系统具有良好的汉字环境： 2)采用多种结构化语言编程(TRUE BASIC、LISP、dBASE等)，系统的结构化、模 块化程度高，便于维护和扩展： 3)采用高级语言直接读写dBASEⅫ数据库技术，实现了工艺编制过程中对数据库的直 接访问以及工艺文件入库的动态更新问题，大大提高了系统的运行效率； 4)采用高效简洁的接品技术实现了高级语言与AUTOCAD的连接，提高了传送效率； 5)具有良好的人机界面，全中文提示，图形或菜单方式输人，全屏幕修改，操作简便； 6)采用参数化绘图，锻件图及零件主要轮廓均按比例绘制，工艺卡绘制清晰美观。处 理速度比手工编制工艺提高工效10~20倍。 2.2工艺专家系统完善，设计的锻件种类多，复杂程度高 (1)实用性强 系统总结了工厂锻造工艺人员长期实践经验和教训，并根据工厂各类自由锻件的特点， 结合工厂实际生产条件和下道工序（用户）对锻件的要求，优选出既具有一定的先进性又 切合工厂锻件生产实际的计算方法、经济公式和有关各种标准，并使之规范化、标准化和

· 北 京 科 技 大 学 学 报 系统的功能 辅助设计 自由锻工艺 本 系统采用参数输人制订工艺 ， 能辅助设计在 。 一 自由锻锤上生 产的扁方轴 、 光 轴 、 台阶轴 、 凸肩齿轮 、 法 兰 、 曲轴 、 盘 、 半 圆盘 、 套 、 环 、 螺母 、 螺丝等 大类 、 种 自由锻件的锻造工艺 ， 其覆盖 面 占常冶厂 自由锻件的 以上 。 本系统主要功 能有 输人零件尺寸要素后 ， 能按锻 出条件 和优化原则设计锻件形 状 能根据试棒或 工 艺夹头 的加放要求 ， 自行选定加放的位置 能按锻件形状和技术要求 ， 确定机械加工 余量 调 质或非调质件 ， 按 比例绘制锻件图 能按锻件图和材料牌号 ， 计算填制材料 重量 平衡表 、 下 料规格 、 加热规范 、 锻造温度 、 冷却规范和热处理方法 能按锻件形状 、 尺寸 、 重量 、 材料牌号选定生产设备和 下料方法 计算工 时定额及工艺定额 能根 据工 厂锻造设备和操作机能力 ， 自行进行设备或工艺操作的安全性校核 ， 进而修正锻件图 。 多台阶轴优化设计 本 系统采用基本 台阶单元技术和复盖优化技术 ， 将任意级 台阶视 为 由基本 台阶轴单元 的不 同排列组合而成 ， 从而解决 了多 台阶轴锻 出条件的实现和 台阶轴最佳毛坯形状的优化 设计问题 。 系统 只需按 台阶轴的产 品尺寸输人 ， 即可获得指定 阶数 的最佳毛坯形状 ， 并能 进行相 应工 艺设计 。 工艺文件辅助 管理 系统可将 已作过 的工艺文件 ， 存人数据库进行保存 ， 便于进行工艺查询 、 工艺统计 、 工 艺删 除 、 以 及工艺文件再生等操作 。 系统特点 系统总体设计合理 ， 软件技术先进 操作系统采用 以〕 ， 使系统具有 良好 的汉字环境 采用多种结构化语言编程 、 、 等 ， 系统 的结构化 、 模 块化程度 高 ， 便于 维护和扩展 采用高级语言直接读写 数据库技术 ， 实现 了工艺编制过程 中对数据库的直 接访问以及工艺文件人库的动态更新问题 ， 大大提高了系统的运行效率 采用高效简洁的接 品技术实现 了高级语言与 二 的连接 ， 提高了传送效率 具有 良好的人机界面 ， 全 中文提示 ， 图形或菜单方式输人 ， 全屏幕修改 ， 操作简便 采用参数化绘 图 ， 锻件 图及零件 主要 轮廓均按 比例绘制 ， 工艺卡绘制清晰美观 。 处 理速度 比手工编制工艺提高工效 一 倍 。 工艺专家系统完善 ， 设计的锻件种类多 ， 复杂程度高 实用性强 系统总结 了工厂锻造工 艺人员 长期实践经验和教训 ， 并根据工厂各类 自由锻件的特点 ， 结合工 厂实际生产条件和下道工序 用 户 对锻件的要求 ， 优选 出既具有 一定 的先进性又 切合工 厂锻件生产实际 的计算方法 、 经济公式和有关各种标准 ， 并使之规范化 、 标准化和

姚中：锻造CAD系统的研制和应用 ·5· 程序化，形成一套与工厂生产习惯相一致，经得起理论和实际考验的工艺流程和制定准则。 (2)重视工艺的经济性 锻造工艺的经济性主要体现在锻件的原材料消耗和工时费用。本系统在台阶轴的优化 和台阶凹档、斜度锻出条件的合理选用、通用工具系列化等方面进行了综合考虑。例如台 阶轴优化系统考虑了：①满足系统规定的锻出条件；②在相同台阶数的条件下“尺寸分配 能保证该几何体用料最省”；③工时费用（锻造、机械加工）相对较低”。 (3)突出了工艺的安全性 以前工艺人员制订工艺时，主要考虑工艺的先进性、可操作性，较少关注工艺的安全 性。本系统把锻造工艺的安全性校核分解为“操作的安全性”和“设备安全性”校核，纳 入工艺流程，用规范化的数据来校核并修正锻件图，从工艺方面保证设备和人身安全。 (4)形成的工艺卡标准、规范、合理、直观性好 工艺卡的栏目、框格既符合机械委标准，又结合工厂生产实际。锻件重量的材料平衡 计算，根据不同锻件、不同设备、不同材质、不同下料方法分别按规范精确计算修约。锻 件图按给定图框选合适的比例绘制，大大避免了操作者读图的直观误差而引的锻件报废现 象。 (5)系统可设计12种复杂的曲轴锻造工艺，并能进行多级台阶轴优化设计，在复杂类 锻件辅助设计方面有所突破和创新。 3系统配置 (1)硬件配置 主机：各类286、386、486微机，主存在1MB以上。 绘图机：AutoCAD支持的各种绘图机。 打印机：UCDOS支持的各种打印机。 显示器：EGA、VGA、TVGA彩色显示器。 (2)软件配置 操作系统：UCDOS2.01工具软件：TRUE BASIC2.30 支撑软件：汉化AutoCAD2.62、汉化dBASE重。 应用软件：由TRUE BASIC、AutoLISP、dBASE等高级语言编制、总语名条数约 5万条，程序容量约1.5MB。 4结束语 计算机辅助自由锻工艺设计和管理系统不但技术先进，应用方便，工作可靠，在经济 上也给企业带来了较好的效益。在余量、修约规范、材料平衡计算等修订中本着节约合理 原则，在锻件工艺设计中采用了整体和局部优化的方法，从而节约了大量合金钢材。据计 算，该项目的实施每年可为工厂带来直接经济效益近100万元。另外，由于自由锻工艺设 计规范、合理、准确，对提高产品质量、提高工作效率、降低加工工时等方面有显著作用

姚 中 锻造 系统 的研制和 应用 程序化 ， 形成一套与工 厂 ‘ 生产 习惯相 一致 ， 经得起理论和实 际考验的工 艺流程和 制定 准则 。 重视 工艺 的经济性 锻造工 艺的经 济性 主要体现在锻件 的原材料消耗和 工时费用 。 本系统在 台阶轴的优化 和 台阶凹档 、 斜度锻 出条件的合理选用 、 通 用 工具系列化等方面进行 了综合考 虑 。 例如台 阶轴优化系统考虑 了 ① 满足 系统规定 的锻 出条件 ②在相 同台阶数的条件下 “ 尺寸分配 能保证该几何体用料最省 ” ③工 时费用 锻造 、 机械加 工 相对较低 ” 。 突 出了工艺 的安全性 以 前工艺人员 制订工艺 时 ， 主要 考虑工艺 的先进性 、 可操作性 ， 较少关注工艺 的安全 性 。 本系统把锻造工 艺的安全性校核分解 为 “ 操作 的安全性 ” 和 “ 设备安全性 ” 校核 ， 纳 人工艺流程 ， 用规范化的数据来校 核并修正锻件 图 ， 从工 艺方面保证设备和人身安全 。 形成 的工 艺卡标准 、 规范 、 合理 、 直观性好 工艺卡的栏 目 、 框格 既符合机械委标准 ， 又结合工 厂生产实际 。 锻件重量 的材料平衡 计算 ， 根据不 同锻件 、 不 同设备 、 不 同材质 、 不 同下 料方法分别按规范精确计算修约 。 锻 件 图按给定图框选合适 的 比例绘制 ， 大大避免 了操作者读图的直观误差而 引的锻件报废现 象 。 系统可设计 种复杂的曲轴锻造工艺 ， 并能进行多级 台阶轴优化设计 ， 在复杂类 锻件辅助设计方面有所突破和创新 。 系统配置 硬件配置 主 机 各类 、 、 微机 ， 主存在 以上 。 绘 图机 支持的各种绘图机 。 打印机 〕 支持的各种打印机 。 显示 器 、 、 彩 色显示 器 。 软件配置 操作系统 · 工具软件 支撑软件 汉化 、 汉化 。 应 用软件 由 、 、 等高级语言编制 、 总语名条数约 万条 ， 程序容量 约 。 结束语 计算机辅助 自由锻工艺设计和 管理系统不但技术先进 ， 应用方便 ， 工作可靠 ， 在经济 上也给企业带来 了较好 的效益 。 在余量 、 修约规范 、 材料平衡计算等修订 中本着节约合理 原则 ， 在锻件工艺设计 中采用 了整体和局部优化的方法 ， 从而节约 了大量合金钢材 。 据计 算 ， 该项 目的实施每年可 为工 厂带来直接经济效益近 万元 。 另外 ， 由于 自由锻工艺设 计规范 、 合理 、 准确 ， 对提高产品质量 、 提高工作效率 、 降低加工工时等方面有显著作用