机械CADCAM技术第六章计算机辅助工艺过程设计1

机械CAD/CAM技术主讲：陈爱华机械工程及自动化学院[e-mail],13609539077第七章计算机辅助工艺过程设计7.1概述7.2工艺设计标准化与成组技术7.3零件信息的描述与输入7.4CAPP系统的基本原理7.5CAPP专家系统7.1概述工艺设计：生产准备工作第一步，是连接设计与制造的桥梁，工艺设计的最终结果是完成产品加工工艺规程。计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning，CAPP）：毛坯设计工艺路线工序设计工时定额工装设计余量分配切削用量工时定额机床刀具选用工序图绘制CAPPCAPP技术产生：CAPP技术起源于20世纪60年代,1969年挪威推出了第一个CAPP系统AUTOPROS，于1973年商品化；美国于1976年由CAM-I公司推出AutomatedProcessPlanning系统。CAPP技术发展：检索CAPP→派生式CAPP→创成式CAPP→综合CAPP面向零件CAPP→面向产品CAPP→面向企业CAPPPP：加工工艺过程编制（ProcessPlanning）→生产过程编制（ProductionPlanning）CAPP作用地位：1）减轻工艺设计人员繁琐、重复的工作量；2）缩短工艺设计周期，提高了企业对市场应能力；3）有助于对工艺设计人员经验的继承和总结；4）便于工艺设计的优化和标准化。5）有利于企业信息的集成（CIM）。CAPP系统结构组成零件信息获取模块有人机交互、由CAD模型转换等方法。工艺决策按预定的决策逻辑，进行比较、推理和决策加工工艺规程。工艺数据库与知识库包含工艺设计所要求的工艺数据和规则。工艺数据：加工方法、加工余量、切削用量、刀夹量具等；规则：决策规则、加工方法选择、工序工步归并规则等、人机交互界面是用户的操作环境。工艺文件管理与输出包括工艺文件格式化显示和打印输出等。CAPP系统结构组成7.2工艺设计标准化与成组技术1、工艺设计标准化标准化目的：将先进的工艺技术和成熟的工艺经验以文件形式统一起来，达到工艺过程的合理化、科学化和最优化，既可防止不必要工艺过程的多样化，又可提高产品的加工效率和加工质量。标准化内容：在相同生产条件下，实现同类型面零件加工工序和工步的标准化，包括加工方法选择、余量分配、加工设备和工夹量具选用、工艺规程和工序图格式的规范化等。标准化工具－成组工艺将相同的加工工艺（工序）归并成组，可有效防止不必要的工艺多样性。二、成组技术基本原理成组技术（GroupTechnology，GT）：是利用相似性原理将工程技术和管理技术集于一体的一种生产组织管理技术，涉及相似性标识、相似性开发和相似性应用几方面问题。相似性标识：用一定的方法手段确定和描述分析对象的相似性特征，常用工具为分类编码系统，如Opitz编码系统、JLBM编码系统等。相似性开发：根据应用目的确定分组准则，对零件进行分类成组，建立相似零件族，构造零件族“主样件”，设计加工工艺设计，进行生产的组织和优化。相似性利用：成组设计、成组工艺、成组生产组织等。相似性零件及成组技术的应用发兰盘零件族及其复合零件三、零件的分类编码系统编码系统：用数字与字母对零件特征进行标识和描述的系统。零件编码：按照零件分类编码系统要求所编制的零件特征代码（GT码）。对分类编码系统要求：每项特征代码应有明确的含义，不能含糊不清；足够信息容量，应覆盖企业所有产品特征，满足产品更新和发展需要；描述的特征应具有永久性，不能因产品更换或条件变化而变得不适用；能满足企业内各部门要求；结构紧凑，便于使用，并能适合计算机处理。确定使用范围不同部门有各自使用目的和要求，在设计或选择零件分类编码系统时，首先应确定使用范围。统计零件特征从零件类型、几何形状、尺寸分布、加工精度、材料性能、表面处理、毛坯形式、工艺要求等零件特征进行统计分析。制定结构方案按照“先主后次”、“先粗后细”、“先外后内”等原则，确定系统结构方案，包括总体结构、码位排列、参数分级等。现场试用和修改定型系统方案需通过试用验证，不断加以修改，最后才能定型并正式投入使用。零件分类编码系统的设计或选择步骤Opitz编码系统（9位）主码：1-5位，描述零件基本形状，回转体还是非回转体、外部形状、内部形状、平面加工和辅助加工等；辅码：表示零件主要尺寸、材料及热处理、毛坯形状和精度要求。特点：结构简单、码位少、功能范围广、编排科学、使用方便。不足：非回转体描述粗糙，尺寸和工艺特征信息较少。JLBM-1编码系统(15位）1-2位－零件类别2－9位－主码10－15位－辅码四、零件分类成组技术⑴编码分类法利用零件代码形成零件族。•特征码位法将对某应用领域影响较大的码位作为特征码来划分零件族，如可将opitz系统中第1、2、6、7位相同零件码归并为同一零件族。•码域法以各码位数值规定一个范围作为零件分组的依据；•特征位码域法由特征码位法与码域法结合而成的一种分组方法。⑵生产流程分析法以生产工艺过程对零件分类成组，步骤：•工厂流程分析，建立车间与零件的对应关系；•车间流程分析，建立制造单元与加工零件的关系；•单元流程分析，建立加工设备与零件的关系；•单台设备流程分析，建立工艺装备与零件的关系。据此，编制最佳作业顺序，得到各设备组与对应的零件族。（3）计算机辅助零件分类法在计算机内建立各零件族特征矩阵库，若某零件编码与某一特征矩阵相匹配，就说明该零件属于该零件族。111111111111111111111111111111基于Opitz编码系统的零件族特征矩阵五、基于成组技术的工艺设计成组工艺设计：利用待加工零件的几何相似性与工艺相似性选择最为接近的工艺路线，经过修改、编辑而形成所需的工艺路线。主样件法：主样件是拥有同组零件全部待加工型面特征的零件。首先构建零件族的主样件；设计主样件加工工艺规程；对主样件工艺规程编辑修改，删去不必要的工序或工步，即可满足同组内所有零件的加工要求。基于主样件的成组工艺设计C1-车一端外圆、倒角C2-车另端外圆、螺纹、倒角XJ-铣键槽Z-钻径向孔复合路线法：选择同组零件中工序最多、最有代表性的某零件工艺路线作为基本工艺路线，再添加其它零件所特有的工序，最终获得工序齐全、安排合理、满足全组零件加工要求的成组工艺。X1-铣一面X2-铣另一面Z-预钻待铣槽孔或钻孔C-车端面X-铣槽基于复合路线法的成组工艺设计零件信息描述要求：①描述应准确、完整，与实际生产要求相一致，适合计算机处理；②应简洁易懂，易于理解和掌握，便于输入操作；③数据结构要合理，利于提高处理效率，便于信息集成。零件信息描述内容：①零件几何信息：包括零件几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑关系。②零件工艺信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、热处理等。③生产管理信息：加工批量、生产周期等。7.3零件信息的描述与输入CAPP零件信息描述基本方法1）零件分类编码描述法原理：基于成组技术原理，制订或选用一套编码系统，对零件进行编码，通过编码实现对零件几何信息和工艺信息进行描述的目的。特点：简单易行，但零件描述粗糙，无法对零件形状、尺寸、精度进行详细描述，没有足够信息进行决策。应用：适用于派生式CAPP系统。目前CAPP系统很少单独使用该方法。2）形状特征描述法原理：将零件形状特征按顺序输入计算机，按设定的数据结构进行组织，形成供CAPP调用的零件信息模型。优点：①零件特征与加工方法相对应，便于推导加工工艺；②零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息，为工序设计、尺寸链计算、工艺路线的安排提供了方便。应用：在众多CAPP系统中得到了应用。回转体零件加工二叉树结构表示3）知识表示描述法用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息，包括人工智能框架表示法、产生式规则法和谓词逻辑表示法等。4）直接将CAD作业结果作为CAPP的输入将CAPP系统与CAD系统直接相连，使CAPP操作所需的各种工艺信息直接来源于CAD系统，避免繁杂和枯燥的手工信息输入。在众多零件信息描述方法中，适合轴类零件的方法较多，因其信息量较小，信息描述方法相对简单；而箱体类零件结构复杂、型面参数多、信息量大，这类复杂零件的信息描述仍是一个薄弱环节，寻求有效的信息描述方法，是CAPP技术亟待解决的技术问题。7.4CAPP系统的基本原理1、派生式CAPP工作原理：利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先对零件编码，根据编码确定所属零件族，调用该族零件标准工艺，经过编辑修改，最终获得零件工艺规程。派生式CAPP工作原理零件族与主样件零件族特征矩阵库派生式CAPP开发过程1)根据产品特点与生产情况，确定编码系统；2)进行零件编码；3)对零件分类，形成若干零件族，建立零件族特征矩阵库；4)对各零件族构造“典型零件”；5)编制“典型零件”标准工艺和相应的工序内容；6)建立工艺数据库，存储常用工艺数据和规范；7)编制系统程序，实现各功能模块。派生式CAPP特点1)以成组技术为基础，理论上比较成熟；2)继承企业较成熟的传统工艺，有较好的实用性；3)适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件；4)系统柔性度较差，对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。派生式CAPP举例CAM－I派生式CAPP系统工作流程（美国计算机辅助制造公司）2、创成式CAPP工作原理：根据零件模型和工艺知识，应用决策逻辑，模拟工艺人员决策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。创成式CAPP系统工作原理创成式CAPP开发过程1)确定系统对象范围，是针对回转体零件还是非回转体零件；2)确定零件描述方法，是型面单元描述还是体素组合语言描述；3)确定和建立工艺决策模型，用决策表还是决策树；4)建立加工资源数据库，包括机床、夹具、刀具、切削用量等；5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。创成式CAPP特点1)通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预；2)具有较高的柔性，适应范围广；3)便于与CAD和CAM系统的集成；4)系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。工艺决策知识的表示决策表决策树SIP系统结构组成：由制造资源模块、零件特征定义模块、工艺决策以及主控模块组成，其中工艺决策模块是系统核心，零件信息是决策对象，制造资源信息是决策约束。创成式CAPP举例（上海交大SIP系统）制造资源的构成•车间层资源包括粗加工、精加工、热处理、装配等生产车间。•设备层资源包括不同的机床和工艺装备。•知识层资源包括决策规则、切削参数、加工余量和工时定额等工艺数据。3、综合式CAPP原理：综合派生式CAPP采取派生与创成相结合的方法生成工艺规程，即工艺设计采用派生法，工序设计则采用创成决策方法产生。特点：综合派生式与创成式CAPP两者优点，具有系统简洁、快捷、灵活、实用性强的特点。7.5CAPP专家系统CAPP专家系统：将工艺专家的经验和知识进行整理，采用工艺专家的推理和控制策略，处理和解决工艺设计领域内只有工艺专家才能解决的工艺问题，是一种智能软件系统。CAPP专家系统组成：•工艺决策知识库－存放工艺专家的经验和知识。常识性工艺知识－公认的工艺知识与常识；启发性工艺知识－需推理判断的工艺知识。•工艺推理机-具有工艺推理能力，用来控制和协调整个CAPP专家系统运行的的计算机软件模块。工艺推理过程与工艺专家的思维过程相类似，按工艺专家解决问题的方法进行工作。•解释模块-对工艺推理结果作出必要解释的软件程序，使用户接受所推理的结果。•工艺数据库（动态工艺数据库）-用于存储用户输入的原始工艺数据以及工艺推理过程中的动态工艺数据。•工艺知识获取模块-为建立、修改和扩充工艺知识库提供了一种工具和手段，包括对领域专家知识进行整理、组织和验证功能，以及根据系统运行结果归纳工艺新知识功能。•用户接口模块-接受工艺专家和用户的输入信息，将系统推理结论转换为用户易于理解的结果。专家系统特点：①启发性-使用判