1引言

滾動軸承為常用的標(biāo)準(zhǔn)件，其設(shè)計(jì)與制造具有特有的特點(diǎn):①軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜，計(jì)算工作量極大，易出錯(cuò)，但其數(shù)學(xué)模型相對統(tǒng)一，設(shè)計(jì)流程標(biāo)準(zhǔn)化程度高，特別適合于應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。② 軸承制造為大批量流水式生產(chǎn)，同一種型號的產(chǎn)品一次投產(chǎn)幾萬套、幾十萬套，生產(chǎn)中重復(fù)環(huán)節(jié)較多，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助管理;③軸承制造過程中，由于生產(chǎn)工序多、工藝流程復(fù)雜，且每一種工序都有嚴(yán)格的規(guī)定和檢驗(yàn)記錄，信息交換量大，因此特別需要計(jì)算機(jī)輔助管理。開發(fā)滾動軸承的CAD/CAM集成系統(tǒng)，對提升企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)與管理水平，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期具有積極的促進(jìn)作用。

本文基于某企業(yè)軸承產(chǎn)品開發(fā)實(shí)際流程，以計(jì)算機(jī)輔助為手段，開展軸承CAD/CAM集成系統(tǒng)的開發(fā)研究。首先對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討;其次介紹了該系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)流程;最后就對系統(tǒng)的具體軟件開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研討。

2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)

2.1系統(tǒng)功能要求

根據(jù)軸承產(chǎn)品開發(fā)實(shí)際，滾動軸承CAD/CAM集成系統(tǒng)應(yīng)能滿足以下產(chǎn)品開發(fā)功能要求:

(1)可完成標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。自動完成新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，并依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)自動查詢各零件的尺寸公差、表面粗糙度和形位公差的數(shù)據(jù);依據(jù)計(jì)算和查詢結(jié)果自動生成產(chǎn)品裝配與零件設(shè)計(jì)圖紙，且設(shè)計(jì)的圖紙必要時(shí)可人工修改，并保持圖紙與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。

(2)可根據(jù)各類零件加工工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自動查詢工藝數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)軸承加工工藝;自動生成各零件加工工藝圖紙文件，且設(shè)計(jì)的圖紙必要時(shí)可人工修改，并保持?jǐn)?shù)據(jù)的唯一性。

(3)應(yīng)具有功能完備的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能。依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)需要建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);并具有功能完備的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可方便進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、修改、增刪等操作。

(4)系統(tǒng)要有良好的人機(jī)界面，可方便地進(jìn)行滾動軸承產(chǎn)品的集成設(shè)計(jì)。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述要求，滾動軸承CAD/CAM集成系統(tǒng)采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要由控制模塊、設(shè)計(jì)功能模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

2.2.1 系統(tǒng)控制模塊

通過系統(tǒng)的人機(jī)界面，依據(jù)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程，協(xié)調(diào)各模塊運(yùn)行，統(tǒng)一管理各模塊數(shù)據(jù)流，以完成產(chǎn)品CAD/CAM過程。

2.2.2 設(shè)計(jì)功能模塊

設(shè)計(jì)功能模塊，由初始化、CAD和CAM三個(gè)子模塊組成，其中CAD模塊和cAM模塊分別完成軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工工藝設(shè)計(jì)，是產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的核心。

2.2.3 編輯功能模塊

編輯功能模塊是提供集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝編輯環(huán)境。當(dāng)產(chǎn)品完成CAD設(shè)計(jì)與加工工藝設(shè)計(jì)結(jié)束后，若需要對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修改，可通過編輯模塊所提供的基于設(shè)計(jì)圖模板的用戶接口，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，所修改的數(shù)據(jù)可直接存人數(shù)據(jù)庫。

2.2.4 數(shù)據(jù)庫管理模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軸承

CAD/CAM集成系統(tǒng)包括:實(shí)際產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、軸承設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、軸承工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理模塊用于各數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除和修改等功能。

3 產(chǎn)品開發(fā)流程

基于上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮與企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)模式的銜接，系統(tǒng)采用如圖2、圖3所示的產(chǎn)品開發(fā)流程。當(dāng)企業(yè)工程技術(shù)人員接到一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)后，可將CAD/CAM集成系統(tǒng)啟動，首先通過系統(tǒng)的CAD模塊，按圖2流程完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其次利用系統(tǒng)的CAM模塊，按圖3流程進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。所有產(chǎn)品開發(fā)工作均在集成系統(tǒng)內(nèi)完成，從而實(shí)現(xiàn)了軸承產(chǎn)品開發(fā)的過程集成與信息集成，提高了產(chǎn)品開發(fā)效率和組織管理水平。系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程具體分述如下。

3.1 CAD模塊工作流程

首先，設(shè)計(jì)人員要查詢待設(shè)計(jì)產(chǎn)品是否企業(yè)己設(shè)計(jì)過，若已設(shè)計(jì)過，則需再判斷原設(shè)計(jì)產(chǎn)品是否符合待設(shè)計(jì)產(chǎn)品的要求，從而決定是否重新設(shè)計(jì)。要完成這個(gè)功能，系統(tǒng)提供了相應(yīng)的輸人界面和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。輸人界面可輸人要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的型號及精度等級。系統(tǒng)將輸入的軸承型號和精度等級組合，形成產(chǎn)品ID號，查詢產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，若產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫沒有該產(chǎn)品的相關(guān)記錄，則轉(zhuǎn)人輸入設(shè)計(jì)參數(shù)界面，開始新的產(chǎn)品設(shè)計(jì);若產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫有該產(chǎn)品的相關(guān)記錄，則反饋該產(chǎn)品已存在信息，并將該產(chǎn)品的主要參數(shù)列表，以供產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員核對，決定是否修改，若產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員確定不修改，則此產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)束轉(zhuǎn)人產(chǎn)品參數(shù)輸出，否則轉(zhuǎn)人的參數(shù)輸入界面，進(jìn)行產(chǎn)品修改設(shè)計(jì)。在此階段系統(tǒng)根據(jù)輸入的參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型，以及調(diào)用相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)(標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)參數(shù)、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等)自動進(jìn)行計(jì)算需要的其它參數(shù)，計(jì)算完后轉(zhuǎn)入驗(yàn)算階段，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員輸入的約束條件對計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，并返回驗(yàn)算結(jié)果，若不合格則轉(zhuǎn)回參數(shù)輸入界面，對產(chǎn)品部分參數(shù)進(jìn)行修改。驗(yàn)算合格后，就完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)，就可將該產(chǎn)品的所有相關(guān)參數(shù)存入產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并輸出設(shè)計(jì)結(jié)果(設(shè)計(jì)說明書輸出、產(chǎn)品圖紙繪制)。經(jīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員核對后，若還需對產(chǎn)品做局部的修改，可在系統(tǒng)的編輯模塊進(jìn)行修改，以滿足特殊客戶的要求。至此產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員就完成了滾動軸承產(chǎn)品的CAD任務(wù)，可轉(zhuǎn)入滾動軸承產(chǎn)品的CAM任務(wù)。

3.2 CAM模塊工作流程

工藝設(shè)計(jì)人員根據(jù)CAD模塊設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，以及企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)人員在接到設(shè)計(jì)任務(wù)后，可在系統(tǒng)的輸人界面輸人軸承型號及等級，系統(tǒng)根據(jù)此數(shù)據(jù)查詢產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，若產(chǎn)品不存在，則轉(zhuǎn)人CAD模塊，開始產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);否則查詢是否該產(chǎn)品有工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存在，若有則輸出該產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果;若沒有設(shè)計(jì)，則對該產(chǎn)品的內(nèi)外套圈、保持架等各零部件分別進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完后將該產(chǎn)品的所有工藝參數(shù)存人產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并輸出工藝(工藝圖紙繪制)，經(jīng)工藝設(shè)計(jì)人員核對后，若還需對產(chǎn)品做局部的修改，可在系統(tǒng)的編輯模塊進(jìn)行修改，以滿足部分產(chǎn)品對工藝要求的特殊性。

4 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 開發(fā)工具

系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮目梢暬幊坦ぞ哕浖﨧irosoftvisualstudio.NetBasiC作為開發(fā)工具。VB.NET++提供了大量控件，可用于設(shè)計(jì)界面和實(shí)現(xiàn)各種功能，并可方便地使用其所提供的ADO對象1。利用ADO創(chuàng)建數(shù)據(jù)源類的數(shù)據(jù)綁定功能和數(shù)據(jù)源連接，對開發(fā)本文系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊、圖形生成模塊，以及數(shù)據(jù)管理模塊起著重要的支持作用。

因設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)最初僅定位于單個(gè)用戶，故采用Acess20O3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分別建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫BearCADStd.mdb、工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫BearCAMStd.mdb、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫Bearing.mdb，并將數(shù)據(jù)庫建成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫中存儲著相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)等，通過ADO對象及控件編程訪問這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)直接從數(shù)據(jù)源中檢索數(shù)據(jù)。AutoCAD 具有強(qiáng)大的繪圖及圖形自動生成功能，運(yùn)用vB對AutoCAD基于ActivexAutomation的二次開發(fā)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)從外部程序化控制AutoCAD對象。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

軸承產(chǎn)品開發(fā)CAD目前主要有四種實(shí)現(xiàn)方式，即交互式、變異式、模塊化和參數(shù)化式，這四種方式各有所長121。由于滾動軸承生產(chǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等實(shí)際特點(diǎn)，本系統(tǒng)將采用已相對成熟的參數(shù)化軸承設(shè)計(jì)方式1510

由于滾動軸承的加工工藝方案工廠已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)采用自動工藝設(shè)計(jì)方式14]。軸承產(chǎn)品開發(fā)CAM的主要內(nèi)容有工藝參數(shù)計(jì)算、工藝方案制定、設(shè)備選取、工裝的選用和工藝卡片的繪制。其中工藝參數(shù)可以通過工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，以及結(jié)合相關(guān)計(jì)算模型獲得。對于具體產(chǎn)品所采用加工的方案，則是根據(jù)該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外形尺寸來進(jìn)行，因此可以把標(biāo)準(zhǔn)加工方案和應(yīng)用規(guī)則存儲到工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，用于工藝方案設(shè)計(jì)。設(shè)備的選取與加工方案的選用比較類似，需要建立加工設(shè)備和選用規(guī)則庫。工裝和檢具選用是根據(jù)加工方案以及外形尺寸來確定的，所以可以建立工裝的選用關(guān)系庫來存儲工裝的選用規(guī)則。綜上所述，可以通過建立公式庫、規(guī)則庫，以及模板庫的方法，把滾動軸承的工藝設(shè)計(jì)過程信息化。配合適當(dāng)?shù)墓接?jì)算和規(guī)則解析模塊，就可以實(shí)現(xiàn)滾動軸承工藝設(shè)計(jì)自動化。

基于上述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略，其軟件開發(fā)的主要涉及以下關(guān)鍵技術(shù)。

4.2.1 開發(fā)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫間通信的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)使用ADO方式實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與Acces數(shù)據(jù)庫間的通信。ADO是當(dāng)前Microsoft所支持的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行操作的最有效、最簡單的方法，由于ADO的面向?qū)ο筇匦?，使ADO較DAO或RDO更靈活，并提供有標(biāo)準(zhǔn)的COM接口。ADO提供了訪問從文本文件到Excel文檔、SQLserver、Acess等各種資源的手段，是通過編程訪問外部數(shù)據(jù)源的最佳方法，為有效訪問本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源提供新的接口。本系統(tǒng)引用MicrosoftActiveX data Objects 2.6 library，使用Microsoft.Jet.OLEDB.4.0數(shù)據(jù)引擎，例如可通過如下代碼建立與產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫Bearing.mdb的連接。其它的數(shù)據(jù)庫的連接與其相似。

4.2.2 產(chǎn)品圖與工藝圖的生成

該模塊是運(yùn)用VisualBasiC對AutoCAD基于ActiveX Automation的二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。AutoCAD Activex Automation為其它應(yīng)用程序提供了訪問AutocAD內(nèi)部功能的方法，通過創(chuàng)建一個(gè)AutoCAD.acad Application對象，然后為每一個(gè)產(chǎn)品零部件、工藝圖創(chuàng)建相應(yīng)的繪圖類，利用CAD相應(yīng)對象的事件、函數(shù)、屬性，實(shí)現(xiàn)圖框、圖形、形位公差等標(biāo)注。由于同類滾動軸承的圖形是相似的，只是尺寸、公差及其它的一些參數(shù)存在差異，為了簡化設(shè)計(jì)，使圖面整潔清晰，本系統(tǒng)采用模板形式，即預(yù)先將相關(guān)的產(chǎn)品、工藝圖形制成相應(yīng)的模板，當(dāng)某種型號產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)生成圖紙時(shí)，可調(diào)用相關(guān)的模板，通過查找模板上各參數(shù)的ID，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫Bearing.mdb的數(shù)據(jù)寫人圖紙，即完成圖紙的生成。

4.2.3 用戶數(shù)據(jù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)

軸承CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)除產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝數(shù)據(jù)外，還包括用戶管理、流程控制等數(shù)據(jù)，用戶管理和流程控制是CAD/CAM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品發(fā)關(guān)鍵。其中，用戶數(shù)據(jù)管理主要包括用戶注冊、用戶權(quán)限(查詢、修改)等管理。當(dāng)某個(gè)用戶被分配一定權(quán)限后，就可對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行權(quán)限范圍內(nèi)的操作(如查詢產(chǎn)品、工藝數(shù)據(jù)及修改產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫等)，通過一定的界面(如用戶登入界面、查詢界面、修改界面等)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)維護(hù);流程控制管理是首先對數(shù)據(jù)庫中的不同用戶指定一定角色，其次將產(chǎn)品開發(fā)過程劃分成不同的功能單元，最后再將開發(fā)單元指定相應(yīng)的角色來完成，這樣在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)過程中，用戶根據(jù)自己所承擔(dān)的角色，便能激活相應(yīng)的設(shè)計(jì)功能單元，來完成相應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)工作。另外，產(chǎn)品庫主要涉及對產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)的利用，對企業(yè)的經(jīng)營活動以及實(shí)現(xiàn)材料定額管理等具有重要的意義。當(dāng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，可對本系統(tǒng)進(jìn)行升級最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)，提高企業(yè)的管理水平。

5 結(jié)束語

軸承CAD/CAM集成開發(fā)系統(tǒng)通過產(chǎn)品開發(fā)過程的信息集成和過程集成，解決軸承產(chǎn)品開發(fā)過程中，傳統(tǒng)開發(fā)方法設(shè)計(jì)過程煩瑣、結(jié)果易出錯(cuò)等問題。系統(tǒng)經(jīng)實(shí)際運(yùn)行后，輸出的結(jié)果準(zhǔn)確規(guī)范，軟件操件簡單易懂，界面符合企業(yè)工程設(shè)計(jì)人員的要求，以兼顧了企業(yè)原有的運(yùn)作模式，運(yùn)行穩(wěn)定。應(yīng)用該軟件后，有效地提高了工程技術(shù)人員的工作效率及技術(shù)文件的準(zhǔn)確性、規(guī)范性，產(chǎn)生了顯著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。