计算机辅助工艺规划

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1、6.2 工艺设计自动化的意义和 发展l工艺规程设计是工厂工艺部门的一项经 常性工作，是连接产品设计和制造的中 间环节l传统工艺规程设计是实践经验丰富的工 艺工程师担任l计算机辅助工艺过程设计，可以取代大 量的人工劳动lCAPP上于CAD相接，下于CAM相接。 形成一种新的现代设计与制造技术。6.2.1计算机辅助工艺过程设计的 意义l(1)代替工艺设计人员的手工劳动传统工艺设计需要丰富经验，大多数是重复劳动 。l(2)提高工艺过程设计的质量人工编制工艺受个人经历、习惯、技术水平影响 ，不稳定。l(3)设计周期短、效率高计算机响应速度快、设计周期短，提高市场竞争 、降低生产费用。l(4)有利于计算

2、机集成制造产品设计、制造信息的接口完善，有利于 CAD/CAM 集成制造。6.2.2 CAPP的发展概况l1946年第一台计算机出现后，人们不断地将 计算机技术引入机械制造行业，但与CNC和 CAD相比，CAPP涉及的可变因素多、随机性 大、数学模型难，长期手工编程。l国外： 1966年挪威研制AUTOPROS，是世界上第一个 CAPP系统，用成组技术代码描述零件信息 美国等其他国家也研究CAPP系统并投入使用l国内： 20世纪80年代我国在应用推广的基础上，开始研 究CAPP系统6.2.3 CAPP的经济效果l提高工作效率，加快设计速度，缩短生产 准备周期。l减少工艺设计费用，降低制造成本。

3、表6-25l提高经济效益，应分为直接和间接的。 直接的表6-26 间接的体现在采用CAPP后，产品的信誉、市场 的占有率、返修率等指标l工艺设计的一致性、标准化，减少人为的 计算误差。6.3 CAPP工作原理lCAPP系统按工作原理分：检索式，派生式和创成式它们的基础是零件工艺的种类型l零件工艺的种类型标准工艺： （简单的，工艺相对固定的零件 ）典型工艺：（种类多、数量大的零件）生成工艺：不属于上述种的零件工艺。l标准工艺：l比较简单的，工艺相对固定的零件lCAPP利用检索系统查出相应工艺l典型工艺：（种类多、数量大的零件） 可以用成组技术进行分组、分类，形成零件族的零 件 对每个零件族设计出

4、一个代表零件及其工艺 使用时可根据零件的具体结构对典型工艺进行修改 CAPP系统利用派生式系统，输入零件成组技术代 码，判别所在零件族，找出该族的典型工艺，进行 修改，输出工艺文件l生成工艺 不属于上述种的零件工艺，可利用计算机工艺决 策系统生成工艺。 CAPP系统包含某类零件的全部内容，创成式6.3.1 CAPP的零件信息描述和输入l零件信息输入是基础，零件信息的描述是计算 机辅助工艺过程设计的关键。l零件信息描述零件信息包括两方面：几何信息和工艺信息 按组成结构分：分类法、型面法、形体法等（表6-27 ）从描述结构分：编码描述、语言描述、数学描述。l零件信息输入人机交互式信息输入 从CAD

5、系统中提取零件信息。这要求统一的数据交 换标准和数据管理规定。6.3.2 派生式CAPP系统l利用成组技术中的零件相似性原理进行设计，通 过编辑、修改相似零件的典型工艺，派生出新零 件的工艺过程。也称变异法、样件法l零件族的划分 (1)零件编码（代码化）l将零件属性以数字代码表示l编码可以采用手工或计算机l计算机辅助编码是将零件信息输入经分类后生成零 件代码。 (2)零件分组l确定相似性准则，根据零件特征相似性进行分组典型(复合)零件的设计和典型工艺过程的编制l典型零件又叫主样件，包含一组零件的全 部形状要素，有一定尺寸范围和工艺特征 。l(1)典型(复合)零件的设计为使典型零件覆盖整个零件族

6、的结构和工艺 特征，应对这些特征进行频谱统计分析，频 数大的特征必须反映到典型零件中 品种少的零件族，以最复杂的零件为基础， 再添加其他特征； 品种多的零件族，先分成几个小零件族，再 组合成一个典型零件。 l(2)工艺规程的编制：典型工艺应满足该零件族所有零件的加工要 求，并反映工厂的实际工艺水平，尽可能合 理可行。对零件组内各零件的工艺要仔细分析、概括 、总结，要考虑各种因素并征求有关人员意 见。典型工艺要包含详细的工序内容。以数据库的形式存放典型工艺，以便存储、 检索、编辑、输出。3. 工艺规程的生成和编辑n对设计零件按所选分类编码系统进行编码 ，完成对零件的描述；n输入零件信息；n检索并

7、判断新零件属于的零件族；n调出典型工艺，包括工艺路线和工序内容 ；n对典型工艺进行修改编辑，生成新零件的 工艺规程；n存储设计结果并输出。6.3.3 创成式CAPP系统l根据所获得的零件信息，依靠系统的工艺 数据和决策方式自动生成零件的工艺规程 ，又称生成式。l自动产生零件加工所需的各个工序和加工 顺序l自动提取制造知识，完成机床选择、工具 、夹具、量具的选择和加工过程最优化l通过应用工艺决策逻辑，模拟工艺设计人 员的决策1. 工艺决策l工艺决策是一项复杂的多层次、多任务的 决策过程。如下图l涉及到选择、计算、规划、绘图以及文件 编辑等工作。l影响工艺决策的因素很多，涉及面广，实 际应用中不确

8、定性较多。l计算机辅助工艺的核心是研究设计中各类 问题的决策规律和方法，探索计算机求解 。工艺设计任务树确定毛 坯类型确定表面 特征元素工艺设计工序设计制定工 艺流程标 识 工 件 材 料 类 别确 定 毛 坯 类 型外 部 特 征 元 素内 部 特 征 元 素确定 毛坯 尺寸选 择 表 面 的 各 准 备 工 序确 定 工 艺 流 程 内 容工 序 规 则机 床 选 择选 择 装 夹 方 式通用 工夹 量具 选择专用 工夹 量具 设计 规划工序 内容 设计工 序 图 设 计确定工序中各工 步的内容和次序工步 设计选择加 工余量确定工 艺尺寸选择切 削用量l工艺过程设计的决策方式主要有 数学模

9、型决策 逻辑推理决策 智能思维决策l数学模型决策 建立数学模型并求解。 工艺过程设计中，以数值计算为主的问题可用这一方 式计算。 在表6-28中，加工工艺的工序间尺寸和余量计算；工 时研究和工时定额计算；生产周期设计；生产成本中 的材料成本、设备成本、加工维持费用和劳动工资计 算都可以使用数学模型决策方式。 数学模型分为：系统性数学模型、随机性数学模型、 模糊性数学模型 某些影响因素较多的复杂工艺设计，可采用模糊数学 的推理方式求解。3 种决策数学模型l系统性数学模型这类模型所对应的实体对象及其关系具有确定 性，可连续型、也可离散性，用函数、方程、 矩阵、网络图求解。l随机性数学模型这类模型所

10、对应的实体对象及其关系具有随机 性，用概率论、数理统计等方法进行描述和求 解。l模糊性数学模型这类模型所对应的实体对象及其关系具有模糊 性，可用模糊集论与模糊逻辑等进行描述和求 解。逻辑推理决策l在工艺过程设计中，加工方法的选择、机床设 备选择、刀具选择以及工序安排等都可用逻辑 决策。l常用决策数和决策表来描述或规定条件与结果 相关联的方法l表6-28中，加工工艺的结构工艺研究，工艺路线 设计，工艺方法选择、工艺装备的机床选择， 刀具选择，夹具选择、工厂车间的工作地设计 、供应计划的材料，生产设备，工艺装备和劳 动力需求、生产周期的节拍时间设计都可采用 逻辑推理决策。决策树l用树状结构来描述和

11、处理“条件”与“动作”之间的 关系。l决策树由树根、节点、分枝组成，分枝上的数 值表示向一种状态转换的可能性或条件。条件 满足，动作沿分枝向前传递(AND);不满足则转 向另一分枝(OR)。每一分枝终点是方案，从树 根到终端的一条路径表示一条决策规划l容易建立和维护，较直观，便于扩展和修改， 便于编程回转体零件加工决策树精度0.20.3? 精度0.3? 精度0.4? 精度0.4? 精度0.6?YYYYYYYYYNYYYN NNNNN NNNNNN决策表n用符号描述事件之间逻辑关系的一种表格 。左上方是条件，左下方是动作右上方是 条件组合，右下方是决策动作。（如图6- 19）n分类：限定条件决策

12、表，表6-29；扩展条 件决策表，表6-30，其条件只是辩识.n性能：必须考虑决策的完整性、准确性、 冗余性、一致性。图6-19 决策表结构 条件动作条件组合决策动作智能思维决策l有些决策需要工艺人员的经验和能力，可 使用计算机的人工智能系统，具有语言、 学习、推理、联想和解决问题的能力。l表6-28显示在加工工艺的定位基准选择， 工艺装备的专用机床、刀夹量具设计，工 厂布局设计、车间工段设计中应用智能思 维决策。l有专家系统、模糊逻辑、神经网络等方法1）专家系统l专家系统有知识库、推理机、数据库、知 识获取工具和用户输入输出接口等组成。l专家系统的工作过程：明确待解决问题， 提取知识库中相应

13、的事实和规则，进行推 理，作出决策。l专家系统重在推理，不是检索、查找、搜 索、存储答案，而是存储进行推理的知识 和能力。2）模糊逻辑l模糊逻辑又称模糊推理，它用模糊逻辑模 型进行多个相关因素的综合推理，处理模 糊的、不完全的甚至是矛盾的信息。l计算机辅助工艺过程设计所涉及的知识领 域经常有许多不确定性，利用模糊逻辑推 理决策是比较合适的方法。3）神经网络l神经网络是研究人脑的工作过程，如何从 现实世界获取知识、运用知识的一门新兴 学科。l人工神经网络是人脑部分功能的某些抽象 简化的模拟。在不同程度和层次上模仿人 脑神经系统的信息存储、检索、处理等工 作，形成神经网络计算机。l形成智能CAPP

14、2.创成式CAPP系统的工序设计l从零开始由软件系统根据零件信息直接生成一个 新的工艺规程l切削表面加工方法的选择 将零件信息与工厂的加工能力信息进行匹配的过程 所谓加工能力的信息是指各种加工方法能达到的经济精 度和表面粗糙度。表6-31孔l加工顺序的安排 与加工质量、生产率和经济性有关 首先要考虑的是工艺基准面，尤其是定位基准，按粗精 加工原则进行 加工工序、热处理工序等按实际处理。机床及工艺装备的选择l机床选择对加工质量、生产率、经济性均有 很大影响，与加工方法、切削力、切削功率 、机床利用率都有关系。l机床选择是将CAPP内机床信息与零件信息 、加工信息相比较，作出决策。l工艺装备(刀具

15、、夹具)的选择也是在零件信 息、零件加工方法信息和工艺装备数据库中 的信息比较后，作出决策。l没有现成的通用工装时，CAPP应设计专用 工装。l加工余量的确定通常用分析计算法、查表法和 经验法来进行。l工序尺寸及公差的确定：一般采用“由后向前” 的方法，先确定最终工序的尺寸和公差，再按 加工余量推算前道工序的尺寸，公差按每道工 序加工方法的精度来给出。l当有基准转换时，要进行工序尺寸换算，可通 过数学模型求解；l 1）建立尺寸联系矩阵；反映毛坯尺寸、工 序尺寸、最终尺寸及其联系的数学模型。l 2）建立尺寸链矩阵；便于计算机查找。l 3）计算工序尺寸偏差切削用量的确定l切削用量的三要素：切削速度

16、v，进给量f， 切削深度ap.l通常采用数学模型法和查表法来决策。数学模型法是通过大量的实验参数建立数据库。 包括工件材料、刀具材料、刀具耐用度、冷却液 等参数。切削用量选择时，先根据表面质量要求初选切削 深度和进给量；再按切削力的限制计算进给量， 再刀具寿命计算切削速度、切削功率。若计算结 果不能满足表面质量，修改进给量。直到满足加 工精度、表面粗糙度、刀具寿命。工序图的生成与绘制l工序图的生成与绘制是CAPP系统研制和开发的一个 关键性技术难题。是一种动态的过程。l当工件形状、尺寸改变时，相应的绘图信息参数也 要改变。l工序图实际上是结合零件图形信息和工艺信息过程 。l 从功能上看，工序图生成可分为信息转换、图形生 成、尺寸标注等几个子模块。图6-22l1）工序图生成方案：主要采用3种方法成组代码法：以零件几何要素为代码建立图形库 形状参数法：用以图形分离的图素所编的子程序 数学模型