激光切割加工中CAPP系统的设计与研究

 　　一、前言

　　激光加工技术是目前发展迅速的新兴科学技术，在国内已逐渐进入到工业制造的各个领域，尤其在汽车行业，激光焊接/切割，激光热处理，激光打标等技术能大幅度提高生产的质量和效率，国内汽车行业现在正加速发展，为激光技术应用提供了广阔的市场。激光切割技术是用激光巨大的能量直接聚焦到切割零件表面，产生足以使被切割材料溶化甚至汽化的温度，再辅以喷射气体吹化。从而达到分离材料的目的。与传统的板材加工方法相比，激光切割具有以下优势：切割质量高，切割切口狭窄（0.1～1.0），无毛口，变形小; 切割效率高，切割为非接触加工，切割紧密排列，可节省20～30％的材料，并且一次成形；切割速度快，2KW 的CO2 激光切割机切割2mm 厚的低碳钢板速度可达10m/min；柔性高，可切割任意形状、尺寸的板材，尤其适合多品种、小批量的板材切割; 范围广，可以切割众多的金属和非金属，目前还应用于三维曲面加工。

　　激光加工业在国外已具有相当规模，其中切割加工占整个产业的60％，成为标准的加工工艺，在国内已有几家切割机生产厂家生产各种切割机，由于切割机在国内还处在起步阶段，所以有关激光切割的工艺数据和各种资料越来越多，但如何有效利用和管理这些工艺数据和参数是目前国内激光加工领域的一个应用课题。本文以企业生产激光切割机为基础提出建立激光加工工艺数据库系统，以建立完善的激光切割加工的CAPP 系统，并为以后建立智能的激光加工CAPP 系统打基础。

　　二、系统总体设计

　　通过对切割机的工艺系统设计研究，系统采用模块化设计，分为主模块、系统管理模块、标准工艺模块、标准工艺库管理模块、工艺编制模块、工艺管理模块。结构如下图1。系统采用VC++6.0 开发平台，用MS SQL server2000 作为数据库管理系统。系统根据工艺设计需要，信息内容分为系统管理信息、工艺管理信息，分别建立系统数据库、标准工艺库、工艺数据库等，实际使用时用户可以根据需要通过相应模块对数据库进行修改和更新，系统是开放式的，未来可以根据需要增加智能选择模块。人机交换界面都按照Windows 风格设计，符合设计人员习惯。

　　三、系统的实现

　　 1、主模块设计

　　主模块主要显示系统的主操作面, 采用VC++6.0提供的多重文档界面, 提供了工具条和菜单等, 可以同时显示多个窗体, 用户进入后可以方便进入各个子模块, 可以选择多任务, 打开多个窗口同时操作。

　　2、系统管理模块

　　该模块下有用户权限管理、数据库管理和信息通讯接口三个模块。

　　1) 用户权限管理。为确保企业工艺数据的安全性，一般对用户的权限进行划分，系统设置了系统管理员、项目主管、普通用户三个等级，系统管理员享有最高权限，可以增减用户、赋予和修改用户权限，对所有的数据和功能进行操作，项目主管可以对部分数据库功能进行操作，而普通用户只能浏览获得数据。

　　 2) 数据库管理。为维护管理数据库系统，可以对数据库进行添加、删除和修改，完成数据的导入和导出，定时备份数据库。

　　3)信息通讯接口。该模块是系统与其他应用程序的数据接口，可以通过专用接口，把由Word 、Excel 表格中内容读到数据库中，也可以提取CAD相关信息为制定工艺提取原始的资料。

　　3、标准工艺库管理模块

　　标准工艺库模块提供了实现激光加工所使用的一些基本参数。可以进行标准工艺参数的录入，系统管理员和项目主管可以进行参数的修改和删除。随着数据库内容不断填充，系统数据库中工艺切割参数会大量增加，数据库容量的加大，为今后成为国内激光切割加工提供标准工艺。

　　1) 激光切割方式。有激光溶化切割、激光火焰切割、激光汽化切割，根据切割机理的不同分别应用不同材料。例如火焰切割速度比溶化切割快，但切割面切口由于温度影响比溶化切割差，适用于大批量、切割面要求不太高的结构钢。

　　2) 加工工艺参数。这一部分是加工的重点参数，它包括材料参数、激光参数、加工气体参数和轴运动参数，它是整个工艺库中的核心数据。这部分数据一方面来源于切割机设备本身的组成要求，另外就是要进行大量的工艺参数试验来获得数据。在重要的材料参数中，数据库建立了包括金属板材和非金属板材的切割工艺参数表。材料的工艺参数设置在如图2 界面进行。激光切割机数据图示，所选的是2mm碳钢，根据材料参数选择激光参数、加工气体参数、轴运动参数。

　　3) 常用加工方法。对于常见的加工提供标准的激光加工方法，例如穿孔、碳钢的起切和结束切、拐角的加工等。数据库都提供加工所采用激光模式、切割方法、切割参数。

　　4) 工艺参数检测。这一部分专门针对加工结果不理想时，工艺数据库提供相关的问题可能性，操作者可以输入相关问题，查询出现问题的原因。该功能可以扩展成为智能服务系统。

　　4、工艺编制模块

　　该模块主要是工艺的编制、修改和删除。模块提供的激光加工工艺编制卡，它是一种模板方式，编制时调用模板，然后填写相关工艺内容，也可从数据库中调用相关数据进行填写，这样形成了标准工艺。系统管理员可以利用工艺修改功能提出工艺卡，修改工艺卡中内容并保存。也可删除已建立的工艺卡。用户可以用标准工艺做蓝本，然后修改达到自己所需要的工艺，保存就生成一个新工艺。

　　5、工艺管理模块

　　工艺编制完成以后，通常要进行一系列的审核和审批手续。模块提供了工艺审核功能，按照公司的加工工艺审核规程，由系统管理员对编制好的工艺完成审核和审批功能，同时将编制好的工艺输入到系统工艺数据库中。模块还提供工艺查询、统计汇总和输出功能。用户可以查询已经编制好的工艺卡，通过选择可以得到不同统计信息，输出功能可以得到编制的工艺卡等。

　　四、总结

　　设计的数据库系统是一个以激光切割加工为条件的CAPP 系统，能够为激光加工提供完整的切割加工特性和数据，并为今后大规模的采用激光技术时提供成熟的激光加工工艺参数，同时为智能化CAPP 提供原始工艺基础。

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