CAM(5章-工艺设计)

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1、计算机辅助制造,河北科技大学2009.9,第五章 计算机辅助工艺过程设计 CAPP体系结构 工艺设计决策方式 工艺数据及数据库 CAPP设计原理和方法,计算机辅助制造,第五章 计算机辅助工艺过程设计,一、概述1、工艺过程设计的特点： 工艺设计的动态性： 工艺设计贯穿于企业的整个生产活动中，依赖于动态的使用环境（见表1）。 影响工艺设计的因素： 企业的生产类型；产品结构；工艺装备和企业的发展 工艺设计的经验性： 工艺设计方法缺乏良好的理论和坚实的科学基础。 许多工艺知识不具有精确的定义和严密的数学模型 上述特点导致了CAPP研究步履艰难,第五章 计算机辅助工艺过程设计,表1 CAPP 系统的动态

2、应用环境,2.工艺过程设计的内容 1)毛坯的选择及毛坯图生成。2)定位夹紧选择 选择零件加工时的粗基准和精基准，确定夹紧方案。3)加工方法选择 根据生产实际情况及零件的尺寸、形状、技术要求选择适当的加工方法。4)加工顺序安排 确定零件加工的先后顺序，拟定工序、安装、工位、工步、走刀等 。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,根据零件的尺寸、形状及技术要求，可选择铸件、锻件、棒料及型材等作为毛坯。并根据工艺过程中的加土工序余量绘制毛坯图,5)通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备的选择 在计算机辅助工艺过程设计时可查询相应的制造资源库，（机床库、刀具库、夹具库和量具库等）。6)工艺参数的计算 工艺参数

3、主要是指切削用量、加工余量和时间定额，应从相应的数据库中查询并进行计算来确定。 7)专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案的提出 如果在工艺过程设计中涉及专用设备和专用工艺装备，则应提出明确要求供有关人员进行设计制造。8)工艺文件的输出 在当前的计算机辅助工艺过程设计中，主要的工艺文件有工艺过程卡片和工序卡片。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,3.工艺过程设计的步骤 步骤大致如图5-1所示1)产品图纸信息输入 2)工艺路线和工序内容拟定 3)加工设备和工艺装备的确定 4)工艺参数计算 5)工艺文件的输出,第五章 计算机辅助工艺过程设计,二、计算机辅助工艺过程设计的体系结构1、CAPP体系

4、结构图 分为三个层次：基础层理论技术层设计层,第五章 计算机辅助工艺过程设计,图5-2 计算机辅助工艺过程设计的总体结构,CAPP的主要工作,CAPP的支持环境,2、CAPP的功能模块图IDEF0图：描述系统的功能活动和模块相互间的联系,第五章 计算机辅助工艺过程设计,图5-3 计算机辅助工艺过程设计的功能模块图,三、工艺设计的决策方式 如表5-2,第五章 计算机辅助工艺过程设计,表5-2机械制造工艺设计中的决策方式,表5-2 机械制造工艺设计中的决策方式,1、逻辑推理决策 逻辑推理决策主要应用于：型面加工方法的选择工序工步排序刀具选择机床选择常用的逻辑推理决策方法：决策树决策表,第五章 计算

5、机辅助工艺过程设计,（1）决策树 用树状结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系和方法，是一种由结点和分支（边）构成的图 （如图5-5）,第五章 计算机辅助工艺过程设计,第五章 计算机辅助工艺过程设计,（2）决策表（判定表） 1)决策表的结构 用表格结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系和方法用表格的形式表达不易用语言表达清楚的逻辑关系结构如图5-72)决策表的分类 A:限定条件决策表: 图5-8 特征：左边的条件表示出输入变量的具体值 。条件组合中用符号T (true)或Y (yes)表示“真”或“是”，即该条件为肯定；用符号F (false)或N (no)表示“假”或“否”，即该

6、条件为否定；用空格表示无关，即该条件可以肯定，也可以否定 。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,图5-7 决策表结构,图5-8 加工方法选择用的限定条件决策表,B、扩展条件决策表 决策表所给出的条件只是条件的辨识，无具体值，具体值是在条件组合中给出。 如图5-9所示 特点： 不如限定条件决策表便于计算机处理； 每一列表示一条决策规则，比较清楚,第五章 计算机辅助工艺过程设计,图5-9 加工方法选择用的扩展条件决策表,C、混合条件决策表 是限定条件决策表和扩展条件决策表的混合 3)决策表的性能 规则 简单规则：一条规则的条件组合中只有“T”和“F”项，无“空格”，则为简单规则 复合规则：一条规则的

7、条件组合中有一个或多个“空格”；复合规则可以分解为多条简单规则，多条简单规则可合并为一条复合规则。,第五章 计算机辅助工艺过程设计, 完整性 指决策表能包含各种可能情况的组合，即其覆盖面应能包括所要决策的问题。 其完整性可用下述两种方法检查：一条复合规则中若有n个“空格”，则等效有2n个简单规则。一个决策表中若有m个条件，则应有2m条独立的简单规则。 精确性 决策表中的条件、条件组合、动作和决策运作均应能够满足决策要求.,第五章 计算机辅助工艺过程设计,第五章 计算机辅助工艺过程设计,冗余性: 当两条规则的条件组合中有条件互相重叠时，又有同样的决策动作，则该决策表有冗余。 如图5-10所示 一

8、致性 : 两条规则的条件组合相同，却出现了不同的决策动作，则该决策表有不一致性，或称有矛盾， 如图5-10中，,规则A和规则B有同样的决策动作，但规则A中的条件4包含了“T”和“F ”两种情况，故规则A包含了规则B,因此，规则A和规则B是冗余的。,当条件1为“T”时，规则A将决策出动作1，而规则C将决策出动作2和3，因此有不一致性，这里可能会作出错误的决策。,循环:两种情况对于有重复性步骤的决策过程，可用带循环机制的决策表来实现，如图5-11（a） 死循环:如用图5-11(b)所示 规则C的条件首先得到满足后，由于直径公差没有作相应改变，规则B的条件总是得到满足，执行过程进入了死循环，永不终止

9、。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,第五章 计算机辅助工艺过程设计,图5-11决策表的循环机制和死循环 (a）循环机制；(b)死循环,零件直径5 0mm，尺寸公差士0. 12mm，表面粗糙度Re = lm,合并与分解合并将有相同决策动作的规则合并为复合规则，如图5-12的决策表，将规则A,C合并为规则A。分解将大的决策表按条件情况分解为若干个小决策表，用语义分析将这些分解的决策表连接起来，如图5-13所示。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,图5-12 决策表的合并图 5-13 决策表的分解,扩展 剩余规则 对一些不能满足要求的不完整决策表，可在决策表条件组合的最右，列一条剩余规则，使各种可能的

10、条件组合均有明确的决策动作，从而使决策表完整，如图5-14。特定符号 用特定符号代表不同于表中已规定的取值，如图5-15中，用作为待定符，其具体含义由规则中各相应项的符号而定,第五章 计算机辅助工艺过程设计,4)决策表的设计 顺序设计法： 列出所有可能的条件； 写出各种规则的条件组合； 列出各条简单规则所需的决策动作； 设计出全部动作； 将简单规则合并为复合规则； 检查决策表性能，是否完整、有冗余、有矛盾、有死循环等，能否满足要求。 特点：需处理大量不需要的规则，工作量大，适于对完整性要求高的决策表。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,归纳设计法 列出全部简单规则： 进行归纳整理，列出所有的条件

11、、动作和决策动作； 进行规则合并，包括将简单规则合并为复合规则； 检查决策表性能。 总结：决策表与决策树相比： 决策表明晰准确、格式紧凑、易于检查、修改、扩展，使用方便，是逻辑推理决策中的主要形式。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,2、数学模型决策 数学模型决策是以建立数学模型并求解作为主要的决策方式。 数学模型决策主要用于：工艺尺寸链的计算切削参数的计算材料消耗定额的计算 表5-3为利用数学模型求解工艺尺寸链的例子 （P97）,第五章 计算机辅助工艺过程设计,表5-3说明 表中零件为一带阶梯孔的阶梯轴，共有5道工序，仅限于轴向尺寸各面的加工 ; 用， ，表示各加工面。 该零件的轴向尺寸为A1

12、, A2，A3，加工中出现的工序尺寸有A4 ,A5, A6，, A13,其中A11, A12, A13即为零件要求的设计尺寸.计算机求解工艺尺寸链步骤,第五章 计算机辅助工艺过程设计,1)建立尺寸联系矩阵:表5-3中的左下角做一些设定： 在工艺尺寸链图表中，用圆黑点表示定位基准，用带箭头的尺寸线表示在加工该尺寸时的定位面和加工面情况。在尺寸联系矩阵中，箭头指向向左时用“1”表示，箭头指向向右时用“-1”表示；在余量上，若加工后使加工面向左移时则用“1”表示，反之则用“-1”表示；若该尺寸不考虑加工时的定位和余量问题，则用“0”表示。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,2)建立尺寸链矩阵 :如表5

13、-3的下中部所示 查找尺寸链各组成环的过程如表5-4所示 : 确定封闭环：它们是余量Z7 ,Z8, Z9 ,Z10, Z11和最终尺寸A12, A13 确定组成环：表5-4，图5-4 判别增减环：3)计算工序尺寸偏差 以极值法的计算公式为基础，利用计算机进行计算，确定各工序尺寸及其偏差。其中应用到的计算公式就是一种数学模型。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,表5-4 尺寸链形成过程,图5-4 计算机辅助查找尺寸链组成环框图,3、智能思维决策 工艺过程设计中的决策往往依赖于工艺人员的经验和智能思维能力，因此需要应用人工智能 。 人工智能技术：专家系统(expert system,ES)模糊逻辑(

14、fuzzy logic,FL)神经网络(neural networks，NN）,第五章 计算机辅助工艺过程设计,专家系统简介： 专家系统的工作过程和组成： 专家系统由知识库、推理机、数据库、知识获取设施（工具）和用户输入输出接口等组成，如图5-17所示。知识库是存储从领域专家采集的知识经整理分解为事实与规则；推理机是根据知识进行推理和作出决策；数据库是存放已知事实和由推理得到的事实；知识获取设施（工具）是采集领域专家的知识；输入输出接口是与用户进行联系的窗口。,第五章 计算机辅助工艺过程设计,专家系统重在推理。它不同于一般的资料库系统和知识系统。在专家系统中，不是检索、查找、搜集、存储答案，而

15、是存储着进行推理的知识和能力。,谢 谢,五、计算机辅助工艺过程设计的原理和方法,第五章 计算机辅助工艺过程设计,第五章 计算机辅助工艺过程设计,五、计算机辅助工艺过程设计的原理和方法（一）分类： 按工作原理分：交互式、检索式、派生式、创成式、综合式和智能式。, 交互式CAPP系统 按照不同类型零件的加工工艺需求，编制一个人机交互软件系统。工艺人员根据屏幕上的提示，进行人机交互操作，操作人员在系统的提示引导下，回答工艺设计中的问题，对工艺过程进行决策及输入相应的内容，形成所需的工艺规程。其工艺过程设计的质量对人的依赖性很大。, 检索式CAPP系统： 系统设计时，将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计算机中；当制订零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。 派生式CAPP系统 利用成组技术原理将零件按照几何形状及工艺相似性分类归族，每一族有一个主样件，根据此样件建立加工工艺文件，即典型工艺规程，存入典型工艺规程库中 。当需要设计一个新零件工艺规程时，根据其成组编码，确定其零件族，由计算机检索出相应零件的典型工艺规程，再根据当前零件的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到所需要的工艺规程。也称为变异式。,