微電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片CAD／CAM系統(tǒng)概述
尚 靜 張子忠(哈爾濱工業(yè)大學(xué))
【摘 要】隨著自動(dòng)CAD軟件和c語(yǔ)言的應(yīng)用，電機(jī)的CAD／CAM系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景。文中介紹我國(guó)電機(jī)cAD／CAM的發(fā)展?fàn)顩r，指出電機(jī)的CAD／CAM一體化結(jié)構(gòu)是現(xiàn)階段的研究課題。
【敘 詞】微電機(jī) 定子轉(zhuǎn)子；中片cAD cAM系統(tǒng)綜述
1引 言
80年代初，我國(guó)的電機(jī)研究人員就利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行電機(jī)的設(shè)計(jì)和圖形輸出方面的工作，到80年代中、后期，一些關(guān)于電機(jī)CAD／CAM的探索和實(shí)踐性研究如雨后春筍。隨著自動(dòng)繪圖軟件和C語(yǔ)言等交互式浯言的應(yīng)用和功能的完善，電機(jī)的沖片和總裝圖形及其設(shè)計(jì)、制造加工的CAD／CAM系統(tǒng)將有著廣闊的發(fā)展前途。
電機(jī)的CAD／cAM系統(tǒng)既有與機(jī)械設(shè)計(jì)加工相交又的部分，同時(shí)又具有自己獨(dú)特的電磁設(shè)計(jì)部分。它主要包括以下幾個(gè)方面：
a．電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化軟件。
b．電機(jī)電磁場(chǎng)的計(jì)算及其分布圖形繪制。
c．電機(jī)沖片、裝配圖的繪制軟件。
d．圖形輸出系統(tǒng)的研制以及與加工設(shè)備接口的設(shè)計(jì)。
其中電機(jī)沖片、裝配圖的繪制軟件是以顯示為目的，以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，并不參與設(shè)計(jì)全過(guò)程，其設(shè)計(jì)模擬過(guò)程見(jiàn)圖1。
本文就電機(jī)沖片、裝配圖的繪制軟件中的幾個(gè)主要組成部分綜述我國(guó)電機(jī)CAD／CAM發(fā)展?fàn)顩r。
2成組技術(shù)和奧匹茨編碼系統(tǒng)
在微特電機(jī)；中片制造一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
成組技術(shù)(Group Teclinology)是將不相同但又具有相似性的事物采用統(tǒng)一的處理方法以達(dá)到優(yōu)化處理的目的，其基本原理是相似性原理，主要包括：
a．產(chǎn)品構(gòu)造的相似性。研究表明，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度適中的相似件占零件總數(shù)量70％左右。標(biāo)準(zhǔn)件占總數(shù)的20％～25％．而專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊件只占總數(shù)的5 9／5～10％。
b．零件構(gòu)造的相似性。任何零件都具有一定的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)、精度等要求，而在這些方面都有非常相似的出現(xiàn)率，這是機(jī)械產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)功能要求的必然結(jié)果。
c．工藝過(guò)程的相似性。零件構(gòu)造的相似性在一定條件下決定了制造工藝的相似性。加工零件表面所用方法和設(shè)備相同，零件加工工藝路線相似。各工序所用夾具相同或相似，以及檢驗(yàn)所用的量具相同或相似。
d．零件材料相似性，零件材料種類(lèi)、毛坯形式及所需熱處理相似。
e．生產(chǎn)組織和管理的相似性，單機(jī)加工相似零件的某些工序，零件全部加工集中在一個(gè)機(jī)床組內(nèi)的成組加工單元，成組技術(shù)相似性的流水線加工生產(chǎn)等。
奧匹茲編碼系統(tǒng)由9位10進(jìn)制數(shù)組成，每位都包括指定的信息。如5位主碼(1—5)表示零件的結(jié)構(gòu)形狀，又稱(chēng)形狀碼；4位輔助碼(6—9)表示零件尺寸范圍、材料、毛坯和加工精度，又稱(chēng)工藝碼。國(guó)內(nèi)外采用編碼系統(tǒng)用于一個(gè)系統(tǒng)或用于一個(gè)企業(yè)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已采用該系統(tǒng)對(duì)均勻槽形的定、轉(zhuǎn)子沖片及定、轉(zhuǎn)子凸極等類(lèi)型沖片進(jìn)行了歸類(lèi)。
成組技術(shù)的采用主要是為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)建立提供手段。由于微特電機(jī)鐵心沖片的形狀是多樣的，但仍具有很大的相似性，如多數(shù)是由兩條閉合的輪廓線構(gòu)成。作為構(gòu)成閉合輪廓的槽(或極)，沿圓周有規(guī)則的排列著，如圖2所示。
通過(guò)對(duì)收集的大量圖樣進(jìn)行分析，可以認(rèn)為沖片是由基本形狀、槽和外形等組成。圖
3是沖片的數(shù)學(xué)模型。
在沖片數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)照各種類(lèi) 型的沖片圖，可以得到?jīng)_片分類(lèi)圖，如圖4所示。
3沖片數(shù)據(jù)圖形庫(kù)的建立和設(shè)置
微特電機(jī)沖片種類(lèi)繁多，又各具特色，但其基本上可以分為4類(lèi)：均勻分布槽定子(均布定子)，均勻分布槽轉(zhuǎn)子(均布轉(zhuǎn)子)，凸極
定子,凸極轉(zhuǎn)子。由沖片數(shù)學(xué)模型可得，每一類(lèi)型的定子有3個(gè)組成部分，即基本形，槽(或極)對(duì)糟粕壤翼分教普通和特殊2類(lèi)。按照這樣的規(guī)定，就可以建立沖片圖形庫(kù)。
3.1沖片分類(lèi)編碼系統(tǒng)
對(duì)于一種形狀的沖片總有固定的一個(gè)特征字與其對(duì)應(yīng)。特征字由4位16進(jìn)制碼組成，前兩位槽極碼，后兩位為外形碼�，F(xiàn)以槽極碼為例。說(shuō)明編碼的構(gòu)成：
編碼組成：D7D6D5D4D3D2D1D0
a.D7D6為基本牲碼。
00：均勻定子 01:均布轉(zhuǎn)子
10:凸極定子 11:凸極轉(zhuǎn)子
b.D5D4為基本補(bǔ)充碼，表征基本形狀和特殊開(kāi)關(guān)。
00：常用 01:特殊極形
10:二級(jí)特殊 11:自定義
c.D3D2D1D0為形狀碼。
3.2 沖片模型層次數(shù)據(jù)庫(kù)
沖片數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的關(guān)系要用數(shù)據(jù)模型刻畫(huà)，用層次數(shù)據(jù)模型表征的邏輯記錄之間連接應(yīng)為單向的，從總體上看，諸記錄類(lèi)型構(gòu)成一個(gè)多極樹(shù)。任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間只存在一條路徑，如圖5所示。
3．3 中片圖形數(shù)據(jù)庫(kù)
在完成確定數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型及各個(gè)邏輯記錄之間的總體邏輯關(guān)系之后，就要實(shí)現(xiàn)將一個(gè)邏輯記錄與它的物理記錄相對(duì)應(yīng)，即實(shí)現(xiàn)多級(jí)映射過(guò)程，并完成庫(kù)的基本繪圖模塊，輸入模塊及圖形的輸出模塊，這是沖片圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的基本內(nèi)容。
3．3．1多級(jí)映射
70年代提出的四級(jí)映射模型，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)級(jí)、信息結(jié)構(gòu)級(jí)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)級(jí)和存儲(chǔ)分配級(jí)。在采用Auto—CAD軟件建立圖形數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，對(duì)其內(nèi)部的兩個(gè)級(jí)(存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)級(jí)和存儲(chǔ)分配級(jí))無(wú)法控制，所以實(shí)際中是在圖形數(shù)據(jù)
庫(kù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用圖形庫(kù)軟件，其數(shù)據(jù)變換分為特征字級(jí)、關(guān)鍵字級(jí)、分支級(jí)和實(shí)體級(jí)，其過(guò)程可用圖6表示。通過(guò)這樣四個(gè)過(guò)程，任意一個(gè)圖形信息，就可以變?yōu)閷?duì)應(yīng)于它的實(shí)體圖。
3．3．2庫(kù)的基本繪圖模塊
通過(guò)輸入模塊得到?jīng)_片圖形的特征字和尺寸以及有關(guān)參量，根據(jù)特征字基本繪圖模塊要進(jìn)行關(guān)鍵字分解，取得基本形、槽(極)形、外形關(guān)鍵字，然后依次分支到相應(yīng)的函數(shù)中去，給出各部分圖形。圖7為基本繪圖模塊的流程圖。
3．3．3庫(kù)的輸人模塊
Auto—CAD軟件編程為用戶(hù)提供了交互和直接兩種輸入手段，對(duì)應(yīng)于不同的圖形選擇、參數(shù)選擇和尺寸選擇方式。
3．3．4圖形輸出
3.4 庫(kù)的應(yīng)用管理
在現(xiàn)行使用的管理模塊中，大致分為沖片機(jī)械制圖、樣品圖和線切割圖的生成。
4 用線切割機(jī)切割微特電初宦轉(zhuǎn)子沖片的編程系統(tǒng)
在微特電機(jī)領(lǐng)域中，對(duì)小批量電機(jī)生產(chǎn)經(jīng)常采用線切割機(jī)進(jìn)行定、轉(zhuǎn)子沖片的加工，現(xiàn)通過(guò)采用接口方法將自動(dòng)編程軟件裝入線切割機(jī)編程器中，實(shí)現(xiàn)線切割機(jī)的自動(dòng)編程過(guò)程，這就要求必須選用現(xiàn)成的機(jī)械設(shè)計(jì)編程系統(tǒng)，例如制造業(yè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)研制的用于準(zhǔn)備N(xiāo)C機(jī)床控制帶的計(jì)算機(jī)程序APT(Alltomatically Programmed’Fool，即自動(dòng)編程系統(tǒng)或語(yǔ)言)，它為NC機(jī)床提供各種語(yǔ)句，這些語(yǔ)句將幾何數(shù)據(jù)和刀具的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。我國(guó)目前線切割機(jī)采用3B語(yǔ)言，應(yīng)用3B語(yǔ)言進(jìn)行編程，要求有一個(gè)繪圖軟件與線切割軟件共用的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。
4．1 3B語(yǔ)言
線切割機(jī)的工作臺(tái)有x、y相互垂直的自由度，用直線和圓弧逼近曲線。3B語(yǔ)言是我國(guó)****的線切割機(jī)床語(yǔ)言，目前廣為使用。通常．3B語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程后要在單片上直接輸入到線切割機(jī)上，完成加工任務(wù)，其指令是逐條輸入的，如能在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成編程后，再將轉(zhuǎn)換成的3B語(yǔ)言輸入至線切割機(jī)完成自動(dòng)加工過(guò)程，更為理想。
現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹一下3B語(yǔ)言。3B語(yǔ)言格式為：
Bx，By，BJ G Z
B——分隔符
x，y——坐標(biāo)值
G——計(jì)數(shù)方向
J一計(jì)數(shù)值
4．2 Auto—lisp實(shí)現(xiàn)圖形到3B語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換程序
繪圖軟件產(chǎn)生的模具或樣品圖形經(jīng)過(guò)該程序就變?yōu)榉从硤D形信息的線切割機(jī)床所用的3B語(yǔ)言程序。實(shí)際上，該程序就是由圖形至U 3B的接口程序，即CAD與CAM的接口程序。
這個(gè)程序的設(shè)計(jì)適用于任何在Auto—CAD中繪制的閉合曲線，不局限于沖片。它的功能在于把繪制的每一條閉合曲線都變?yōu)橄鄳?yīng)的3B語(yǔ)言程序，并且?guī)в行蛱?hào)加以區(qū)別，其流程圖如圖8所示。
其中閉合線只能是多義線，線上任一點(diǎn)都有兩個(gè)參數(shù)：點(diǎn)的坐標(biāo)值和上凸，上凸的一個(gè)弧段是其所含角度1/4的正切，負(fù)值代表弧從起點(diǎn)到終點(diǎn)是順時(shí)針?lè)较�，上凸�?，代表直線。
弧處理函數(shù)和直線處理函數(shù)就是根據(jù)相鄰兩點(diǎn)坐標(biāo)值和上凸產(chǎn)生這兩點(diǎn)間曲線的3B語(yǔ)言。
5 微機(jī)與線切割機(jī)的CAD／CAM系統(tǒng)的聯(lián)接
CAD的主體是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CAM的主體是線切割機(jī)床。CAD和CAM的聯(lián)結(jié)在軟件上就是圖形到3B語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換程序，從硬件上講，就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和線切割機(jī)床的通訊。
5．1計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備
計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備有打印機(jī)、繪圖機(jī)、顯示器、串并行接口和錄音機(jī)接口。
在并行口LT1上接的行式打印機(jī)可以進(jìn)行硬拷貝信息到打印紙上，串行口的RS232接口可以和各類(lèi)異步通訊進(jìn)行串行通訊，錄音機(jī)接口則可以從計(jì)算機(jī)里轉(zhuǎn)換信息。
5．2線切割機(jī)的種類(lèi)
線切割機(jī)的種類(lèi)很多，這里介紹的是用單極機(jī)控制的線切割機(jī)床的幾種輸入方式。
a．小鍵盤(pán)輸入，直接輸入3B語(yǔ)言程序。
b．錄音機(jī)接口輸入，把轉(zhuǎn)貯到磁帶上的3B語(yǔ)言數(shù)據(jù)格式信息通過(guò)錄音機(jī)口還原。當(dāng)
然，不同的微機(jī)類(lèi)型使用的轉(zhuǎn)貯數(shù)據(jù)格式可能不同。
c．紙帶穿孔輸入。這是最原始的輸入方式，利用穿孔紙帶通過(guò)光電轉(zhuǎn)換裝置還原3B，這種方法現(xiàn)在瀕于淘汰，而根據(jù)紙帶穿孔接收裝置改進(jìn)的并串行數(shù)據(jù)輸入已有產(chǎn)品。當(dāng)然，這部分尚未形成標(biāo)準(zhǔn)。
d．并串行口的開(kāi)發(fā)運(yùn)用。
5．3計(jì)算機(jī)與線切割機(jī)的傳遞信息途徑
考慮到計(jì)算機(jī)與線切割機(jī)相互的輸出輸入關(guān)系，可以歸結(jié)出傳遞信息的3種途徑。 a．把計(jì)算機(jī)硬拷貝得到的3B語(yǔ)言清單輸入到線切割機(jī)的U1鍵盤(pán)上。
b．錄音機(jī)磁帶轉(zhuǎn)貯。
c．兩機(jī)的同、異步通訊。
這種方法是CAD／cAM一體化溝通兩部分****方案，也是方向，它的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9。
6結(jié)語(yǔ)
電機(jī)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)由設(shè)計(jì)到加工一體化工藝過(guò)程是我國(guó)電機(jī)工作者現(xiàn)階段要解決的課題，它是由單個(gè)加工轉(zhuǎn)換成整體加工的問(wèn)題。任何一個(gè)零件都需要多道工序完成，這些工序間是有順序的，而且工序之間還需要傳遞。因此，在考慮其CAD與CAM一體化時(shí)，要有完整的思路——運(yùn)用黑箱理論，可認(rèn)為是一邊進(jìn)去的是設(shè)計(jì)參數(shù)，另一邊出來(lái)的是成品，如圖10所示。
交互輸入?yún)?shù)后，實(shí)用繪圖軟件系統(tǒng)查找CAD數(shù)據(jù)得到產(chǎn)品的圖形信息，通過(guò)轉(zhuǎn)換接口得到控制邏輯和機(jī)器語(yǔ)言，送入控制中心，控制中心根據(jù)控制邏輯分時(shí)給分散的控制器傳送其數(shù)控機(jī)器語(yǔ)言，各個(gè)控制器解釋機(jī)器語(yǔ)言為加工指令，順序地執(zhí)行加工工序，最后，成品在最后一道工序完成。 |
