计算机辅助制造工艺数据库建设研究

邓其贵，韦 敏，蒋爱荣

（1.柳州职业技术学院，广西 柳州 545036；2.百色职业学院，广西 百色 533000)

计算机技术的发展推动着模具生产行业实现新的产能革命，以智能化数控机床为载体，模具生产愈发趋于规模化，真正实现了计算机辅助制造的技术构想。模具生产在经历周期缩短、技术改造、工艺优化等革新后，将合理提升模具企业的生产效率，确保模具为制造业的发展推波助澜。很多模具的成型都会产生大量的参数，这些参数是控制和提升模具精度的重要标尺。要进一步保障模具生产的效率与质量，必然需要将一些惯用参数作为历史经验数据进行打包归集，这就需要建设和持续扩容工艺数据库。模具生产引入计算机辅助制造工艺以来，其计算机辅助制造工艺数据库即CAM 数据库的建设也成为众多研究者的重点关注课题。

1 计算机辅助制造工艺数据库模型及特点

模具CAM，是模具计算机辅助制造之代称，内涵是利用计算机的强大功能来辅助模具制造系统，实现从生产准备到产品成型全过程的辅助，将计算机与各种产品制造过程以及相关设备实施直接或间接性关联，让计算机系统加强对不同阶段所产图形、数据、作业计划、生产进度等内容整合，强化各种过程控制与操作运行，借助各种资源的转化，以特定信息流的方式作用于全生产系统，完成产品数据处理、物料流动控制以及产品性能检测等。模具CAM 既可优化劳动生产效率，又能降低制造成本，进一步简化生产复杂度，缩减周期，确保高质量的生产过程同时具备要素可调试的生产柔性。

模具生产CAM 工艺数据库常以四种模型出现，分别是：层次模型、网络模型、关系模型、面向对象模型，对应的模型示例如图1 和图2 所示。

图1 层次模型的结构

图2 网络模型的结构

综上对比，以面向对象模型来完成的模具生产CAM 工艺数据库的效果最佳。首先，面向对象模型可适用于不同的数据类型，该数据库中的数据可以有不同的属性，无论是文本数字图片格式还是视频音频，都可以以面向对象模型来体现，可为数据库的处理提供更大的集成应用开发系统；其次，面向对象模型具备继承、多态和动态绑定等强大功能特性，不同的用户在引入模型开发过程中，能够降低对特定对象的代码编写要求，真正成为简化流程的对象构成方案，较好地为客户提供解决方案，让用户能够真正体会到快捷便利高性能的程序开效率；其三，面向对象模型对于数据的访问方式设定有两种，可支持关联式与导航式，因此对数据的访问性能会更加出色。事实证明，面向对象模型可为用户处理具有多元层次的数据提供更加便捷的服务，同时能够对用户临时定义的数据类型进行必要的逻辑学习，支持以新数据类型来完成对应的目标操作与改进性分析，面向对象模型能够及时修改或重新定义来自系统更新数据的模式评价，其能力灵活，可在数据库系统中发挥强大的管理能力，特别是能够为用户不同需求的工作提供更有保障性的工作接口。

大量生产实践表明，模具CAM 能够基于合理模型的搭配应用展现如下特点：

1）模具生产可以直接从设计与生产阶段所设定的任务指挥中心取得各种可行数据，同时加载更多符合关键词定义范围的图文资料，通过计算机的强大逻辑运算，快速开展工艺与生产方面的作业，极大地缩减在工艺与生产阶段的准备时间。

2）CAM使用计算机作为主控单元，能够通过软件编程与硬件动作记忆等机制不断调整整个模具生产过程，使得生产过程更加合理有序，质量与效益得到双保障。

3）计算机辅助制造系统中，各种数据汇集的信息流在传输中体现出了节点定位的准确性，使得信息响应与反馈机制更加及时准确。

4）大量工艺设计与生产等工作环节可通过计算机控制机械装置来完成，直接降低技术工作人员的工作压力，管理人员通过各种监控检测系统维持整个生产的持续性运行。

2 模具CAM工艺数据库与成组技术的关联性

模具生产的计算机辅助制造工艺数据库的建设过程中，还需要准确掌握成组工艺技术的概念与特性。成组技术主要是指一旦制造产品进入生产阶段后，将具有相近特性与规格特征的零部件进行必要的分组，要求先编码定位再判别分类，重新分类的零件与其他相似件间可组成一个零件族。计算机辅助制造过程中，将默认以零件族作为识别标准积极展开加工，如此必然属于尽可能限制和优化生产批次，并主动扩容单批次生产量，以高效法获得高效益，充分体现出了加工近似零件的优越性。成组技术原理图如图3所示。

图3 成组技术工艺原理图

成组技术的应用一般会出现在众多产品的中小批量化生产中。模具产品的生产，正是典型的中小批量甚至单件生产，因此采用成组技术便显得十分妥帖合理。利用计算机的运行操作，模具生产中零件的各种分类以及编码等工作都会更有效率。计算机辅助制造工艺数据库的建立，能够为成组技术提供基础数据、核心数据，提高对各种零件的编码、判别、分类等环节的精确性，为有序实施成组技术，有序运行模具计算机辅助制造奠定坚实的基础。

3 模具生产的计算机辅助制造工艺数据库的构建

模具生产计算机辅助制造工艺数据库的建设思想是以计算机作为重要技术支撑和平台，整个模具的设计方案、规格数据、图形图表、工艺参数、作业计划、刀具轨迹程序等信息数据及其相互关系都能够被记录在计算机存储空间中，通过富有逻辑的数据信息来展示各要素的内在关联性，并且通过专业处理软件来强化对不同数据的存储、读取、整合与管理，确保模具的计算机辅助制造生产满足各种工业需求。

模具生产的计算机辅助制造工艺数据库的构建过程中，应当准确把握数据库系统中的数据变换要求和具体情况。数据库系统会选择双层变换时，首先考虑到数据冗余量的问题，计算机辅助制造系统出于强化数据共享的目的，主动将不同用户数据进行聚合，并通过必要的算法或逻辑抽象出具有统一形态的数据流图；其次是考虑到数据库的存储效率，并且要不断优化存储性能，系统会将所有数据按照物理组织最优化形式来实行存储。可见，在模具计算机辅助制造的工艺数据库中，用户模型、数据模型以及系统内部模型都是彼此互通，相互转化的。在数据库中，用户模型又称之为子模式，数据模型称之为模式，而内部模型称之为是物理模式。通过三种模式之间的相互转化，各种资源才能实现合理化利用，数据库中的数据也才能真正体现其价值，在便捷有序的存取中发挥最大化作用。

4 典型模具生产企业的计算机辅助制造工艺数据建设案例

某企业在模具制造方面能力较强，属于行业内的领军者。多年来，已经通过资金的合理投资引入了先进的设备，并在技术方面不断优化，达到了国内一流国际领先水平。目前，该企业的模具加工中心已具有较强的生产能力，有先进的引进设备和精良的技术，主要的数控设备资产及模具年生产情况见表1。

表1 某企业内部主要数控设备资产及模具年生产情况统计清单

企业在应对激烈市场竞争的过程中，主动投入更大的技术、资金等资源开发自有产品，扩大产品的市场占有率。在生产军民品种方面，极力发挥大而全的竞争优势。如拓展了摩托车的生产型号，现有50 型、55 型、60 型、80 型、150 型等五个型号，对产品精度的考验与要求十分严格。为满足生产需要，在生产计划中安排复杂模具制造的大部分工作量由加工中心和数控机床来完成，企业技术人员为了充分发挥加工中心与数控机床的工作效率，首先花费一定的前期时间开发了部分模具的计算机辅助制造工艺数据库，主动分析整个工艺过程，积极调整其中的不同要素，优化过程消耗，缩减数控程序编制时间，努力提升模具制造质量。针对模具型面项目开发过程中，技术人员会先将参考模具的型面进行可视化分解，突出其中的基本型面，如平面、圆柱面、圆锥面、球面、拟合曲面等，这样复杂模具实体就可看作是众多基本型面的组合，从而将这些基本型面分解后建立必要的制造工艺数据库，通过数据库得到优化的NC与CNC程序，充分发挥计算机辅助制造的功能。

5 结束语

现代工业的发展离不开模具的生产制造，为了进一步提升模具生产制造的质量与效率，有必要研究建设模具生产的计算机辅助制造工艺数据库。本文对如何正确选用数据库中的构建模型，探讨研究其中的数据管理技术进行研究，实现了各种数据流的动态循环，发挥最大化的数据应用价值，推进了计算机辅助设计在制造业领域的应用，为现代制造业发展提供了理论支撑。