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1、,CAD/CAM技术,计算机辅助工艺过程设计,第六章,本章 学习目标,了解CAPP在CAD/CAM中的地位和作用 掌握CAPP的基本工作原理和工作过程 学习和理解CAPP 中零件信息描述方法 掌握不同类型CAPP系统关键技术,重点：CAPP的概念及工作原理,难点：创成式CAPP系统的工作原理,学习内容,一、概述 二、 CAPP系统中零件信息的描述与输入 三、派生式CAPP系统 四、创成式CAPP系统,一、概述,CAPP的分类与组成 CAPP与制造业信息化 CAPP的发展趋势,计算机辅助工艺过程设计（CAPP-Computer Aided Process Planning）是制造业实现自动化的一
2、个重要环节，它将产品数据转换成面向制造的指令性数据，起到了承上（产品设计）启下（零件加工）的作用，是连接CAD与CAM等应用系统的桥梁。本章从CAPP系统应用的角度，主要介绍CAPP的有关概念、CAPP系统的信息输入、不同类型CAPP系统的原理与功能等。,二、CAPP的分类与组成,CAPP是以计算机为辅助手段，解决产品制造过程中存在的有关材料、工具、工装、过程等工艺问题，它是CAD和CAM之间的过渡环节，具体描述了产品在整个生产过程中（包括零件加工、产品装配等）相关的条件和过程，是产品制造必不可少的重要组成部分。,零件信息的输入 系统的管理 零件工艺设计 工艺文件输出 系统界面,CAPP系统的
3、基本功能：,图6-1 CAPP系统组成,零件信息可以分为文字信息和图形信息两种类型。文字信息的输入，一般采用直接从资源数据库中读取的方式，或采用人机交互方式进行。图形信息的输入方式取决于CAPP与CAD系统的集成程度，采用计算机识别或人工识别的方法，将零件的图形输入到CAPP系统中来。目前常用的方法是零件图形的二次输入，即采用OLE技术，将CAD系统在CAPP工艺编辑窗口中定位激活，由工艺设计人员进行图形的绘制与编辑。,CAPP系统的基本功能模块：,零件信息的输入 系统的管理 零件工艺设计 工艺文件输出 系统界面,CAPP系统的基本功能：,零件信息的输入 系统的管理 零件工艺设计 工艺文件输出
4、 系统界面,系统的管理主要分为系统功能的管理和系统数据的管理，系统功能的管理包括用户权限与帐号的管理、系统参数的设置、系统数据的备份等；系统数据的管理包括对各种制造资源数据和工艺知识进行维护与管理，如制造资源的添加、修改、删除、选择等，工艺知识的查询、添加、修改、存贮等，为用户提供系统使用的方便。,CAPP系统的基本功能：,零件信息的输入 系统的管理 零件工艺设计 工艺文件输出 系统界面,工艺设计模块的主要功能是生成零件的工艺文件。一般分为两个层次，一是零件的主干工艺路线的生成，即确定零件加工的工艺规程；二是零件加工工序中工艺参数的制订，在零件工艺规程的基础上，具体确定每一道工序的切削参数、机
5、床刀具、工装模具、管理参数等。工艺设计人员可以借助于系统提供的各种资源信息编制出与企业状态相符合的工艺文件。,CAPP系统的基本功能：,零件信息的输入 系统的管理 零件工艺设计 工艺文件输出 系统界面,工艺文件的输出有两种形式，一种是采用纸介质文档的形式（包括机械加工及装配工艺路线卡、机械加工及装配工序卡、工艺简图等），按照标准格式进行预览并打印输出；一种是采用电子文档的形式（包括工艺简图、数控加工程序等），直接作为机床的加工参数，输出到CAM系统中去。,CAPP系统的基本功能：,零件信息的输入 系统的管理 零件工艺设计 工艺文件输出 系统界面,系统界面是工艺设计人员的工作平台，系统主界面上一
6、般有系统的各种下拉菜单，或其他形式的菜单，各种功能的实现均在菜单或对话框中进行，其中包括系统菜单、工艺设计界面、系统及数据库管理界面、工艺文件的预览界面等。系统界面是否友好，直接影响到系统的工作效率和企业的接受程度。,CAPP与制造业信息化,制造业信息化是从整个企业设计制造的全过程，来规范和管理企业的设计、制造、管理、销售等各种信息，它的目标是实现制造业设计制造全过程的无纸化。在制造业信息化工程中，CAPP系统起着非常重要的角色，主要表现在：（1）建立产品、零件制造的工艺过程文件，具体规定产品在形成过程中有关的条件、状态、过程等参数，描述零件的加工过程以及应达到的质量标准，使工艺文件规范化、标
7、准化。 （2）替代工艺设计人员的手工操作，将其从繁杂的手工编写、查阅资料、绘制简图等工作中解脱出来，将精力放在工艺设计、工艺经验的积累、工艺知识的应用上，有效地提高企业的制造工艺水平。 （3）规范产品制造工艺，使工艺信息计算机化，为制造业信息化提供基础条件；实现工艺参数等信息的数字化，提高工艺设计信息的共享与重用水平。 （4）使各种优化决策方法的实现成为可能，为工艺设计人员提供决策支持，包括工艺路线决策的优化，切削参数的优化，工时定额的确定等。,制造业信息化与CAPP的关系如图6-2所示，CAPP系统既是联系设计阶段和制造阶段的桥梁，为产品的制造装配、成本核算、产品管理等提供必要的基础数据，也
8、是产品设计制造阶段以及制造业信息化工程实施的瓶颈所在，需要加大对CAPP研究的力度，促进制造业信息化工程的早日实施。,图6-2制造业信息化与CAPP,CAPP的发展历程,1965年Niebel首次提出CAPP思想,CAPP的发展趋势,国内外CAPP系统的研究与开发的侧重点有所不同，国外的制造装备主要是以数控机床为主体，研究的是数控加工平台上的工艺生成问题。国内的制造装备仍以通用加工设备为主，开发的CAPP系统必须兼顾现有的加工能力和加工水平，主要是在二维设计的基础上，制订零件的加工工艺。,早在二十世纪六七十年代，CAD/CAM就被人们充分研究并总结了一套较完整的理论，而CAPP的研究始于60年
9、代后期，与CAD/CAM研究的起步相同，直到80年代，CAPP研究工作才得到较大的进展，至今还未能有较为成熟的理论与系统问世。,国内的商品化CAPP系统软件是以派生式系统为主流，它需要设计人员过多的干预，系统只能提供一些可供借鉴的资料和相应的工具。有的系统在工艺生成模块中加入基于人工智能技术的创成式工艺生成方法，并考虑CAD/CAPP/CAM集成下的CAPP、并行工程下的CAPP、专家系统等技术的应用等，但从总体上看，这些应用是有限的，同CAD/CAM等计算机辅助技术相比，CAPP仍是十分薄弱的环节。目前开发出的系统在功能上还存在许多的不足，主要表现在：,通用性差,先进性和使用性并未统一,集成
10、性差,CAPP系统中零件信息的描述与输入,CAPP系统中的信息描述是指，当CAPP系统进行工艺设计时，需要被设计零件的各种信息，无论这些零件信息的初始状态如何，均需要计算机进行标识与存贮。针对CAD系统的应用现状，通过人机交互输入零件信息的方式已成定局，研究出一种工艺设计人员可以接受的、快捷合理的信息描述与输入模式，是CAPP系统能否推广应用的关键所在。,CAD系统提供的信息有两种类型，一种是采用文字方式表达的技术及管理信息，一种是采用图形和数字表达的零件几何信息。前者是显式的，可以直接存储在系统的基础信息库中，并能在CAPP系统需要时提取。后者是作为CAPP系统功能的操作对象出现的，需要经过
11、语义转换才能进行存储。,1.CAPP系统零件信息的描述,2.CAPP系统零件信息的输入,1.CAPP系统零件信息的描述,零件信息包括总体信息（如零件名称、图号、材料等）、几何信息（如结构形状）和工艺信息（尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求）等。,一般意义上讲，零件信息的描述方法是，采用数字、文字或图形对零件的信息进行定义，这种定义实质上是对CAPP系统中的零件进行标识，然后采用链式或树式迭加方法将标识信息组合起来，形成CAPP系统识别的零件信息。,主要方法有：,数字编码描述法,语言文字描述法,特征信息描述法,数字编码描述法,数字编码描述法是在成组技术（GT-Group Technol
12、ogy）的基础上，采用数字对零件各有关特征进行描述和识别，并建立一套特定的规则和依据组成的分类编码系统的方法，按照该分类编码系统的规则描述零件的过程就是对零件进行编码。,JLBM-1系统是原机械工业部颁发的机械零件分类编码系统（JB/Z251-1985），它是由零件名称类别码、形状及加工码、辅助码所组成的15位分类编码系统，每一码位用09十个数字表示不同的特征项 。,码位,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,编码,0,2,1,0,5,1,1,0,1,2,6,0,5,1,3,编码描述信息,回转体类 、 轮盘类,法兰盘,单向台阶,无外部功能要素,双向台阶通孔,有
13、环槽,单一外平面,无内平面,均布轴向孔,普通钢,锻件,无 热处理 ：,最大直径在160mm到400mm之间,最大长度在50mm到120mm之间,内外园与平面为中等精度,图6-3示例零件及其编码,零件名称：法兰盘 零件材料：45钢,回转体类零件,非回转体类零件,零件名称类别粗分,零件名称类别细分,回转体类零件形状及加工码,外部形状及加工,内部形状及加工,平面、曲面加工,辅助加工,基本 形 状,功能要素,基本形状,功能要素,内平面,外平面端面,辅助孔成形刻线,非回转体类零件形状及加工码,外部形状及加工,主孔及 内部加工,辅助加工,平面加工,曲面加工,外形要素,主孔加工,内部加工,辅助孔成形,材 料
14、,毛坯原始形状,热 处 理,精 度,主要尺寸,直径或宽度,长 度,零件类别码,形状及加工码,辅助码,图6-4JLBM-1编码系统的基本结构,语言文字描述法,语言文字描述法是采用语言对零件各有关特征进行描述和识别，并建立一套特定的规则组成的语言描述系统的方法。该方法的关键是开发一种计算机能识别的语言（类似于C语言、AutoLISP语言等）来对零件信息进行描述，或者是建立一个语言描述表，用户采用这种语言规定的词汇、语句和语法对零件信息进行描述，然后由计算机编译系统对描述结果进行编译，形成计算机能够识别的零件信息代码。,采用语言文字对零件的信息进行描述，与分类编码描述方法类似，是一种间接的描述方法，
15、对几何信息的描述只停留在特征的层面上，同时需要工艺设计人员学习并掌握一门专用语言，因此，这种方法逐步被其它方法淘汰。,特征信息描述法,特征信息描述法是采用经过定义的特征（包括几何特征、技术特征等）对零件进行描述，并建立一套主要由图形迭加规则组成的特征描述系统的方法。这种方法的基本思想是按照零件加工过程中所形成的零件型面来定义零件的几何特征，并在这些型面特征中关联相应的工艺信息（包括零件的精度、材料、热处理等技术要求）作为技术特征，以几何特征信息集的形式对零件进行描述。,几何特征是零件几何要素的组合，具有相对独立性,零件的基本特征分为回转件的轴类和盘类、非回转件的箱体类、支架类、块类、板类和杆类
16、计七大类,轴类,盘类,箱体类,支架类,块类,板类,杆类,图6-5 基本特征示意图,特征信息描述法,零件的附加特征由基准线（面）和要素面两部分组成。基准线（面）的形成是工艺规程中首先考虑的工序，要素面的相对位置以基准线（面）为参照系。附加特征有齿、孔、键、螺纹、槽、筋、倒角、滚花、型腔、平面等十大类组成。附加特征的基准线（面）是制订工序的重要依据之一。,齿,孔,键,螺纹,槽,筋,倒角,滚花,型腔,平面,图6-6 附加特征示意图,特征信息描述法,（6-1）,根据上述分类原理，零件的几何特征组成可以表示成为BAS（one Base feature and Affixation featureS）模型，则任何零件均由一个基本特征和若干个附加特征组合而成。即：,式中：,T 零件的几何形状；,Tbi 基本特征；,Taj 附加特征；,j 根据零件中附加特征选取，当零件中存在某一种附加特征时，j=0；当零件中不存在某一种附加特征时，j=1。,
