计算机辅助工艺设计

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1、基于CAPP技术的柔性工艺路线探讨计算机辅助工艺设计 摘要：计算机的快速发展及其在机械制造业中的广泛应用,使计算机辅助工艺设计成为可能。 计算机辅助工艺设计技术已经成为一门独立的成熟技术 ,在现代制造业中发挥着重要作用, 对现代制造业具有重要的理论意义和广泛的实际需求。论述了在机械制造业实行计算机辅助 工艺设计(CAPP)的必要性，分析了 CAPP系统国内外现状，介绍了计算机辅助工艺的原理、 决策模块及其实际生产活动中的柔性化应用，分析柔性CAPP系统特点和工艺方案，提出了 CAPP 的发展趋势必将向智能化、工具化、集成化以及柔性化方向进一步发展。为研发人员 开发和完善CAPP系统提供了借鉴。

2、关键词：CAPP技术；决策模块；工艺路线；柔性化；发展趋势Abstract: the rapid development of computer and its wide application in machinery manufacturing make computer aided process design possible. Computer aided process planning (CAPP) has become an independent mature technology, playing an important role in modern manufactur

3、ing industry. It has important theoretical significance and broad practical demand for modern manufacturing industry. It discussed the implementation of computer aided process design in mechanical manufacturing industry (CAPP) the necessity, analyzing the present situation of CAPP system at home and

4、 abroad, introducing the flexible application of computer aided technology principle, decision-making module and the actual production activities, analysis of flexible CAPP system characteristic and process, proposing the development trend of CAPP is bound to the intelligent the tool, integrated and

5、 flexible direction for further development. The CAPP system provides a reference for developers to develop and improve.A 1、前言随着计算机技术的发展，计算机技术在越来越多的领域得到广泛应用。多个领域的技术 都实现对计算机技术的利用，在工艺设计领域 ,应用计算机技术后 ,计算机辅助工艺设计 (CAPPCompu ter Aided Process Planning)便应运而生，不但提高了工艺设计水平，而且 发挥了工艺设计的优势，更好的为现代机械制造业服务。工艺设计主要是分析

6、和处理加工信息，进行计算、选择、绘制工艺图，在此基础上编制 工艺文件等。计算机能有效管理大量的数据，进行准确、快速的计算，进行多种形式的比较、 筛选和选择，这些功能完全适应工艺设计的需要。CAPP系统的使用不仅可以极大地提高各 种工艺文件的设计效率和质量，而且能够保证工艺设计的规范化、一致性和资源共享。世界上最早出现的 CAPP 始见于 1969 年,并于 1969 年推出世界上第一个 CAPP 系统 AUTORTOS。1976 年推出的 CAMTs Automated Process Planning 是 CAPP 发展史上具有里 程碑意义的系统1 CAPP能够帮助工艺设计人员减少繁琐大量的

7、重复劳动，把主要精力投向 新产品、新技术和新工艺的研发上面；能够增强工艺产品的继承性，可以实现现有资源利用 的最大化，进而减少生产成本；能够让并没有很多经验的设计师完成出高质量的工艺作品 实现缓解制造业设计任务繁重的目的。目前计算机辅助工艺设计技术已经成为一门独立的技术，在现代制造业中发挥着重要作 用，对现代制造业起到广泛而重要的指导意义。因此，对于CAPP系统的研究和开发是机械 制造业的迫切需要。2、国内外研究现状CAPP系统的开发和研制是从上世纪60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展 是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出 世界

8、上第一个CAPP系统AUT0PR0S,1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。在CAAP发展 史上具有里程碑意义的是CAM- I,即于1976年推出的CAMT s AutomatedProcessPlanning 系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解 释，但把CAPP称为计算机辅助工艺设计已经成为公认的释义。我国对CAPP的研究始于80年代初，迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的CAPP 系统已有50多个，但被工厂和企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的CAPP系统 还不多。通过对国内部分设计院和企业所做的调研，大部分企业对CA

9、PP系统的应用情况并 不令人乐观11。企业应用CAPP系统最具代表性的情况有如下几种：1) 大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式,CAPP的应用仍是空白。较偏远地 区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人 担忧。2) 部分企业在计算机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。 有些企业自己在Word、Excel或AutoCAD上绘制出工艺卡片的 空白表格，在此基础上进行 工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计 ,因此,也可称作 CAPP, 但此类CAP所生成的工艺规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文

10、本文件，企 业无法对工艺数据进行有效地管理。3) 部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的CAPP系统，但由 于企业对CAPP的认识还存在一些误区，选用软件产品功能受限，生成的数据信息还没有完 全数据库化、网络化、共享化。因此，CAPP的应用还不尽人意。目前，国内商品化的CAPP系统也有不少，经调查了解有:深圳乔纳森的“超级工程师”、 武汉的“开目CAPP”、上海的“思普CAPP”、陕西金叶的“ CAPPFramework”、北京艾克 斯特的“艾克斯特工艺信息管理系统(XTCAPP)”、武汉的“天喻计算机辅助工艺规划系统 Int eCAPP”、众望的“ZoomCAPP”、无锡

11、的“利星CAPP”、山东的“华特CAPP”等软件系 统。他们按其功能原理大致可分为以下几类 :1) 简单工艺卡片式。使用Word、Excel、AutoCAD或再开发的CAPP系统。它能帮助工艺人员快速地利用通 用软件生成以文本形式存在的工艺卡片。此类CAPP系统所生成的工艺文件，无法生成工艺 数据，对工艺数据进行管理也存在困难。2) 常规数据库式。使用了常规的数据库管理系统，工艺设计信息可以保存在数据库中，工艺卡片使用 Form Report或在AutoCAD上绘制而成。此类CAPP系统工艺数据的调用和工艺卡片的生成是由程 序设计完成的，工艺卡片的填写无法实现所见所得，如果企业的生产状况或卡片

12、形式发生变 化的话就需要更改原程序。3) 专用工艺设计式。此类CAPP系统一般有数据化的工艺设计系统和工艺卡片设计系统，通过定义工艺卡片 中表格与数据库之间的属性关系后，生成所需的工艺卡。部分工艺信息保存在了大型数据库 中，工艺数据是分散在各个工艺卡片当中的，对工艺数据的集中管理有一定困难。注重卡片 的生成，但工艺数据的管理功能较弱。4) 集成工艺管理式。采用“所见即所得”的交互式填表方式+工艺数据管理、集成的综合式CAPP系统。此类 CAPP 系统的填表方式更符合工艺设计人员的工作习惯，工艺设计的全部信息都以数据形式 保存在数据库中，能方便地与企业的PDM系统集成，管理产品的工艺数据，并为M

13、RPII、MIS 等系统提供有效的生产和管理用的工艺数据。3、CAPP 技术的基本原理传统工艺都是手工方式进行工艺设计，手工进行工艺设计时，通常要经过如下过程：根 据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求，了解产品生产的具体要求和批量。根 据实际情况进行工艺决策，确定加工方法和工艺路线。按企业的设备和人员等实际情况，具 体确定机床设备、工艺装备、切削用量。按照规定格式生成正式工艺规程。计算机辅助工艺 设计(CAPP)的基本原理正是基于人工设计的过程和需要解决的问题而提出的。1) 应该充分利用产品零件的数据信息, 并建立零件信息的数据库。2) CA PP系统必须保证充分利用和共享工艺设计人

14、员的工艺经验、工艺知识。3) 制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源库和工艺参数库。4) 充分利用典型(标准)工艺生成新的相关工艺文件。CAPP 系统的应用可以缩短生产准备周期，提高工艺设计质量，提高工作效率，可以充 分共享工艺设计人员的知识和经验，积累老工艺师的经验。计算机辅助工艺设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会(CIRP)提 出了计算机辅助规划(CAP-compu ter aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称，CAPP 一词强调了工艺过程自动设 计。实际上

15、国外常用的一些，如制造规划(manufac turing planning)、材料处理(ma terial processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在 很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的 生产准备工作之一。由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现， 计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计(CAD-compu ter aided design)相接，下与计算机 辅助制造(CAM-comp

16、uter aided manufacturing)相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设 计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和 信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。4、CAPP/计算机辅助制造(CAM)的集成CAPP/CAM的集成实现了从工艺设计到制造的一体化。其过程是应用UG软件中的UG /CAM 模块读取CAPP中零件每个工步的刀具和切削参数文件及特征文件，以提供合理的加工方法 和加工参数。通过UG/Postprocessing模块的通用后置处理器(GPM)和加工数据文件生成器 (MDFG)生成NC代码。该过程采用C函数库编写API实现。CAPP/CAM集成框架参见文献。5、CAPP 工艺决策模块工艺决策模块是CAPP的核心部分之一，它可以根据工艺设计人员输入的零件信息、工 艺数据库和知识库中的数据、知识及规则，通过推理机和各种算