第七章计算机辅助工艺设计

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1、第七章 计算机辅助工艺设计 第一节 成组技术一、 概述成组技术的基本原理是对相似的零件进 行识别和分组，相似的零件归入一个零 件组或零件族，并在设计和制造中充分 利用它们的相似点，以获得所期望的经 济效益。 成组技术之所以能够如此迅速 应用的原因 （1）现代科学技术的发展加快了产品更新换 代，产品品种日益多样化，因此多品种中小批 量生产已成为当今机械制造业的主流。 （2） 产品具有更高的可靠性要求，零件具有 更高的加工质量。 （3） 需要加工的零件材料品种更为繁多。 （4） 要求进一步提高生产率、降低废品率和 降低材料消耗。 （5） 进一步加强设计、制造等所有生产环节 的联系。2 成组技术的基

2、本原理成组技术的基本原理是对相似的零件进 行识别和分组，相似的零件归入一个零 件组或零件族，并在设计和制造中充分 利用它们的相似点，以获得所期望的经 济效益 零件的相似性零件的相似性有两类：设计性质（如几 何形状和尺寸等）方面的相似性制造性质（如加工工艺）方面的相似性。零件的 相似性是零件分族的基础。3. 成组技术的应用（1）成组工艺（2）成组生产单元的组织（3）成组技术在CAD中的应用（4）成组技术在CAPP系统中的应用 （5）成组技术在FMS中的应用 4. 成组技术的优点 （1） 有利于零件设计标准化，减少设计 工作的重复。 （2） 有利于工艺设计的标准化。（3） 降低生产成本，简化生产计

3、划，缩 短了生产周期。 （4） 有利于CAD系统与CAM系统连接 ，实现CAD/CAM系统的集成。二、 零件族 零件族是一些零件的集合，这些零件具 有相似的几何形状和尺寸或在加工具有 相似的加工步骤 一般来说形状相似的工件，工艺也相似 。 解决成组问题的三个方法（1）人工识别分组法（也称视检法）。（2）零件分类和编码分组法。（3）生产流程分析（Production Flow Analysis，简称PFA）分组法。三、 零件分类编码系统 1. 零件分类编码系统的基本类型零件分类编码系统主要可分为三类： （1）面向零件设计特征的分类编码系统。这 类系统适用于设计部门进行设计检索和提高设 计标准化。

4、 （2）面向零件制造特征的分类编码系统。这 类系统适用于生产部门进行计算机辅助工艺规 程设计、工装设计以及与生产有关的工作。 （3）面向零件设计和制造的分类编码系统。 这类系统综合了以上两种系统的功能和优点， 是一种独立的编码系统。 2. 零件分类编码系统的结构（1）树式结构：除第一码位外，其它码位上 符号的确切含义都要根据前一码位来确定，码 位之间是上下级关系，这种结构又称单码或分 级结构。 （2）链式结构：每个码位上的符号的含义是 固定的，与其它码位无关，也称为并列结构或 矩阵结构。 （3）混合式结构：上述两种结构的组合，以 其综合树式结构和链式结构的优点，更好地满 足设计和制造的需要。3

5、. OPITZ分类编码系统 4。JLBM-1零件分类编码系统 第二节 CAPP系统的发展概况和工作原理 一、工作原理(1) 派生式（Variant）：根据成组技术的原 理将零件划分为相似零件组，按零件组编制出 标准工艺规程以及相应的检索方法与逻辑，并 以文件的形式贮存在计算机中。当要为新零件 设计工艺规程时，输入该零件的成组技术代码 ，由计算机判别零件属于哪一个零件组，检索 出该零件组的标准设计工艺规程。对标准工艺 规程进行增删、修改以及编辑后，形成该零件 具体的工艺规程。通常调用标准工艺文件，确 定加工顺序，计算切削参数、加工时间或加工 费用都是由计算机自动进行的。(2) 创成式创成式（Ge

6、nerative）：不以原有的工 艺规程为基础，在计算机软件系统中， 收集了大量的工艺数据和加工知识，并 在此基础上建立了一系列的决策逻辑， 形成了工艺数据库和加工知识库。当输 入新零件的有关信息后，系统可以模仿 工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则 ，在没有人工干预的条件下，自动地生 成零件的工艺规程。(3) 混合式混合式（Hybrid）：有人将传统派生法 、传统创成法与人工智能结合在一起， 综合它们的优点，构造了所谓的混合式 CAPP系统。这种工艺设计系统沿用以派 生式为主的检索编辑原理，当零件 不能归入系统已存在的零件组时，则采 用创成式原理进行工艺设计，或在工艺 编辑时引入创成式的决策逻

7、辑原理。(4) 基于知识的专家系统(1) 基于知识的专家系统（Expert System）将人工智能（AI）、专家系统 技术等技术应 用于CAPP系统的研究和开 发，研制成功了所谓基于知识的CAPP专 家系统。 二、CAPP系统的基本结构 基本结构都离不开零件信息的输入、工艺规程 的生成、工艺数据/知识库、系统的控制和管 理与工艺文件输出/编辑等五个部分。1. 零件信息的输入： 2. 工艺规程的生成： 3. 工艺数据/知识库： 4. 系统的控制和管理： 5. 工艺文件管理与输出： 三、CAPP的功能 （1）接收或生成零件信息。 （2）检索标准工艺文件。 （3）选择加工方法。 （4）安排加工路线

8、。 （5）选择机床、刀具和夹具等。 （6）确定切削用量。 （7）计算切削参数、工时定额和加工费用等 。 （8）计算工序尺寸和公差，确定毛坯类型和 尺寸。 （9）绘制工序图。 （10）生成工艺文件。 （11）刀具路径规划和NC编程。 四、CAPP系统发展趋势1. 集成化趋势 2. 通用化趋势 3. 智能化趋势 第三节 CAPP系统零件信息描述、输入和输出 一、 图纸信息的描述与人机交互式输入1.分类编码描述法（GT法）与输入 2.语言描述与输入法 3.知识表示描述法4.基于形状特征或表面元素的描述与输 入法 二、 从CAD系统直接输入零件信息1. 特征识别法2.基于特征拼装的计算机绘图与零件信息

9、 的描述和输入方法3.基于三维特征造型的零件信息描述与 输入方法 4.基于产品数据交换规范的产品建模与 信息输入方法 三、 图形扫描及识别技术的输入方式 这种方法就是用图形扫描仪将图纸上的 信息扫描输入到计算机中，然后对扫描 所得到的信息进行一定的分析与处理， 在计算机上还原出工程图纸，并形成相 应的图形文件，再将图形文件进行分析 与识别，抽取出CAPP系统能识别的几何 形状信息与加工信息。 四、CAPP系统零件信息模型 用上述方法向CAPP系统输入零件信息后 ，CAPP系统内部必须用一种合理的数据 结构来组织这些信息，这就是CAPP系统 零件信息模型要解决的问题。目前CAPP 系统中应用最广

10、泛的一种零件信息建模 方法是基于特征的零件信息描述法， 即特征建模法。 五、 CAPP系统的输出 1）工艺规程的输出2）工序图的输出 3）NC代码的输出 第四节 派生式CAPP系统 派生式CAPP系统的工作原理是根据成组技术 中相似性原理，如果零件的结构形状相似，则 它们的工艺规程也有相似性。当为一个新零件 设计工艺规程时，从计算机中检索标准工艺文 件，然后经过一定的编辑和修改就可以得到该 零件的工艺规程，派生一词由此得名。派生式 CAPP系统又称检索式或变异式、经验法或样 件法CAPP系统。根据零件信息的描述与输入 方法不同，派生式CAPP系统又分为基于成组 技术（GT）的派生式与基于特征的

11、派生式 CAPP系统。 派生式CAPP系统的工作流程其设计步骤如下：1) 系统的需求分析。 2) 工艺设计标准化。 3) 系统的功能设计。 4) 系统详细设计。 5) 硬件和软件平台的选择。 6) 人机接口设计。 7) 确定数据结构，建立数据文件或数据库。 8) 编制系统规格说明。 9) 程序编制。 10) 编写程序文档。 11) 程序测试与维护。1. 零件编码2.零件分组3.设计零件组的复合零件 4.标准工艺规程的制订 5.标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法 6.建立工艺数据和知识库 7.软件设计 1)CAPP模块划分：2)各模块程序设计 3) CAPP系统总程序的设计和联调： 具体研制过

12、程三、派生式CAPP系统的使用 过程 （1）按照已选定的零件分类编码系统，给待编工艺过 程的新零件编码； （2）根据零件编码判断新零件是否包括在系统已有的 零件组内； （3）如果新零件包括在已有零件组内，则调出该零件 组的标准工艺过程；如果不在，则计算机将告知用户 ，必要时需创建新的零件组；（4）计算机根据输入代 码和已确定的逻辑，对标准工艺过程进行筛选； （5）用户对已选出的工艺过程进行编辑，增删或修改 ； （6）将编号的工艺过程存储起来，并按指定格式打印 输出。四、TOJICAPP系统简介 第五节 创成式CAPP系统 。创成式CAPP系统在原理上比较理想， 就是让计算机模仿工艺人员的逻辑能

13、力 ，自动进行各种决策，选择零件的加工 方法，安排工艺路线、选择机床、刀具 、夹具、计算切削参数和加工时间、加 工成本，以及对工艺过程进行优化。人 的任务仅在于监督计算机的工作，并在 计算机决策过程中作一些简单问题的处 理，对中间结果进行判断和评估等。 二、创成式CAPP系统设计的 一般过程 1. 准备阶段具体工作大体包括下述内容：（1）明确开发的系统的设计对象 （2）对本类零件进行工艺分析；（3）搜集和整理各种加工方法的加工能力范 围和经济加工精度等数据（4）收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻 辑或决策法则,这是CAPP系统确定零件加工过 程的关键和核心。2. 软件设计阶段就创成式CAPP系

14、统工艺决策的软件设计 而言，主要任务就是将准备阶段所搜集 到的数据和决策逻辑用计算机语言来实 现，对于传统创成式来说，就是将各种 工艺设计决策逻辑模型化和算法化，对 于CAPP专家系统而言，就是实现工艺系 统决策的推理机。三、创成式CAPP系统的工艺决策研制CAPP系统是一件非常复杂的问题， 它涉及到选择、计算、规划、绘图、文 件编辑以及数据库管理等工作。建立工 艺决策逻辑是其核心的问题。从决策基 础来看，它又包括逻辑决策、数学计算 和创造性决策等方式。有关尺寸链计算 、工序尺寸和公差的计算、工时定额等 工艺设计中的计算问题已在机械制造工 艺学中作过详细介绍； 1.建立工艺决策逻辑的依据 （1

15、）选择加工方法 （2）工艺路线的自动生成 按照一定 的工艺路线安排原则，将已选择好的零 件各表面要素的加工方法按一定的先后 顺序排列，以确定零件的工艺路线。2.一般创成式CAPP系统的工艺决策过程3.工艺决策逻辑的主要形式 (1)决策表： (2)决策树： 同决策表相比，决策树有以下 优点：1)决策树更容易建立和维护，可以直观、 准确地表达复杂的逻辑关系。而且决策 表可以转换为决策树。图7-15所示的决 策表可转换为图7-17的决策树。2）便于扩充和修改，适合于工艺规程设 计。3）便于程序的实现，其结构与软件设计 的流程图相似。 四、创成式CAPP系统中的工序设计 主要包括工艺装备的选择、工序顺序的 安排、工序尺寸和公差的计算、切削用 量的确定、工时定额和工艺成本的计算 、工序图的生成和绘制、工序卡片的编 辑和输出、工艺过程优化以及材料、工 装等的统计 1.工序内容的确定和工步顺序的安排 仍要坚持基面先行,先面后孔,初精分开的 原则1）尽可能以最大切削深度进行加工以减 少走刀次数；（2）对外表面以直径最大 或较大的台阶开始加工，以保证工件的 刚性；（3）对内表面从直径小的台阶面 开始加工，以保证工件的刚度。 2.工序尺寸和公差的计算 现在已有多种计算机辅助求解工艺尺寸 链的方法，比如应用图解跟踪法的尺寸 链原理编制的计算机程序，此外还有图 论求解法和专家系统求解法等。3.工序图