3计算机辅助工艺过程设计

计算机辅助设计与制造技术计算机辅助工艺设计制作：彭浩舸计算机辅助设计及制造技术本章学习目标•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的概念及工作原理计算机辅助设计及制造技术1.概述•CAPP的基本概念•CAPP在集成制造系统中的地位和作用•CAPP类型及基本原理•CAPP结构组成及基本技术•CAPP发展趋势计算机辅助工艺过程设计(CAPP)是将产品数据转换成面向制造的指令性数据的重要环节，起着承上(产品设计)启下(加工制造与管理)、连接CAD与CAM及MRP等应用系统的桥梁作用计算机辅助设计及制造技术CAPP基本概念计算机辅助工艺规程设计（CAPP,ComputerAidedProcessPlanning），是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程(即工艺规程)CAPP彻底改变了手工编制工艺文件的方式和对人的依赖，大大提高了编制工效，缩短了生产周期，保证工艺文件的一致性和工艺规程的精确性，避免不必要的差错，为实现工艺过程优化、集成制造创造条件输入设计信息选择工艺路线、决定工序内容及所使用的机床、刀具、夹具…决定切削用量估算工时与成本输出工艺文件…CAPP系统的基本功能：常见工艺流程计算机辅助设计及制造技术CAPP的发展历程•研究派生式CAPP•推出典型系统CAM－I1976年•研究创成式CAPP系统•智能化工艺决策方法•零件信息自动获取60年末～80年代初80年代初～90年代中•深入研究派生式CAPP•CAPP进入实用化•CAPP数据管理与应用提出CAPP•研究新的CAPP系统结构与方法•CAPP性能提高90年代中～本世纪初本世纪初～1965年Niebel首次提出CAPP思想计算机辅助设计及制造技术CAPP的主要内容信息建模工艺决策工艺设计数据管理与输出产品信息建模制造资源建模工艺数据建模数据浏览与查询数据输出加工方法选择切削参数计算加工顺序安排……计算机辅助设计及制造技术CAPP系统工作过程与步骤计算机辅助设计及制造技术CAPP应用意义：•将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，可以从事新产品及新工艺开发等创造性的工作•节省工艺过程编制时间和编制费用，缩短工艺设计周期，降低生产成本，提高产品在市场上的竞争力•有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行集中、总结和继承，提高工艺过程合理化的程度，从而实现计算机优化设计•较少依赖于个人经验，有利于实现工艺过程的标准化，提高相似或相同零件工艺过程的一致性•降低对工艺过程编制人员知识水平和经验水平的要求•减少所需的工装种类，提高企业的适应能力•CAPP是CAD与CAM的桥梁，为实现CIMS创造条件计算机辅助设计及制造技术自动化制造系统•自动化制造系统是指在较少的人工直接或间接干预下，将原材料加工成零件或将零件组装成产品，在加工过程中实现管理过程和工艺过程自动化。管理过程包括产品的优化设计；程序的编制及工艺的生成；设备的组织及协调；材料的计划与分配；环境的监控等。自动化制造系统包括刚性制造和柔性制造系统。CAPP集成制造系统中的地位和作用计算机辅助设计及制造技术管理信息系统•所谓MIS（管理信息系统--ManagementInformationSystem）系统，是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件及其他办公设备进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统，以企业战略竞优、提高收益和效率为目的，支持企业高层决策、中层控制和基层操作。CAPP集成制造系统中的地位和作用计算机辅助设计及制造技术质量保证系统（体系）•质量保证体系（QualityAssuranceSystem/QAS）是指企业以提高和保证产品质量为目标，运用系统方法，依靠必要的组织结构，把组织内各部门、各环节的质量管理活动严密组织起来，将产品研制、设计制造、销售服务和情报反馈的整个过程中影响产品质量的一切因素统统控制起来，形成的一个有明确任务、职责、权限，相互协调、相互促进的质量管理的有机整体。质量保证体系相应分为内部质量保证体系和外部质量保证体系。CAPP集成制造系统中的地位和作用计算机辅助设计及制造技术CAPP集成制造系统中的地位和作用计算机集成制造系统（CIMS）的关键是系统集成，CAPP系统解决了CAD和CAM的连接问题，真正实现CAD/CAM集成CAD工装CADCAMCAPPMISMASCAQ接受CAD的几何拓扑信息、材料信息以及精度、粗糙度等工艺信息；向CAD反馈产品的机构工艺性评价信息,满足并行产品设计要求向CAM提供零件加工所需的设备、工装、切削参数、装夹参数及反映零件切削过程的刀具轨迹文件；接收CAM反馈的工艺修改意见向工装CAD提供工艺过程文件和工装设计任务书向MIS(管理信息系统)提供各种工艺过程文件和夹具、刀具…信息；接受MIS反馈的工作报告和工艺修改意见向MAS（制造自动化系统）提供各种过程文件和夹具、刀具等信息；接受MAS反馈的工作报告和工艺修改意见向CAQ（质量保证系统）提供工序、设备、工装、检测等工艺数据，以生成质量控制计划和质量检测规程；接收CAQ反馈的控制数据，修改工艺过程计算机辅助设计及制造技术CAPP类型及基本原理CAPP系统按照工艺决策方法主要分为：•检索式CAPP系统•派生式CAPP系统•创成式CAPP系统•综合式CAPP系统由于零件及制造环境的不同，很难用一种通用的CAPP软件来满足各种不同的制造对象将派生式、创成式与人工智能结合综合而成，目的是综合派生式和创成式两者的优势，避免派生式系统的局限性和创成式系统的高难度计算机辅助设计及制造技术检索式CAPP系统检索式CAPP系统是基于成组技术或基于特征的CAPP系统基本原理：按照零件编码或图号将企业现行各类工艺文件存入计算机数据库设计时根据零件编码或图号，在工艺文件库中检索类似零件的工艺文件，由工艺人员采用人机交互方式修改、编辑检索式CAPP系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统，功能较弱、自动决策能力差开发难度小，操作方便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一致，得到很多企业的认可，具有很高的推广价值计算机辅助设计及制造技术派生式CAPP系统基本原理：利用成组技术(GT)代码或企业现行零件图编码，根据结构和工艺相似性将零件进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺（主样件工艺）设计时根据零件的GT代码和其它有关信息，按编码搜索零件族，对典型工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件可看成检索式CAPP系统的发展，又称变异式CAPP系统派生式CAPP系统柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发，可移植性差，不能用于全新结构的零件工艺设计工作原理简单，容易开发，实际投入运行的系统大多是派生式系统计算机辅助设计及制造技术创成式CAPP系统基本原理：与检索式和派生式方法不同，不是直接对相似零件工艺文件进行检索与修改，而是根据零件的信息，通过逻辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动地“创成”一个零件的工艺规程创成式CAPP系统包括：基于传统过程性程序结构与决策形式的CAPP系统、基于知识的CAPP专家系统、基于神经网络的CAPP系统、CAPP工具系统或骨架系统…创成式方法接近人类解决问题的创新思维方式由于大多数工艺过程问题不能建立实用的数学模型和通用算法，工艺规程的知识难以形成程序代码，因此只能处理简单的、特定环境下的某类特定零件计算机辅助设计及制造技术综合式CAPP系统将派生式与创成式结合起来，采取派生与自动决策相结合的工作方式，也称半创成式CAPP系统新零件进行工艺设计时，首先用计算机检索它所属零件族的标准工艺，再根据新零件具体情况，对标准工艺进行删改与选择，工序设计则采用创成式CAPP系统自动决策产生体现了派生式与创成式相结合的优点文件维护辅助编码控制数据准备工艺文件工序设计工序尺寸计算编辑输出分组矩阵标准工艺名称字典机床加工余量经济精度成族编码编码操作输入图样数据工艺文件报告计算机辅助设计及制造技术CAPP的结构组成及基本技术CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关存放CAD系统完成的产品设计信息存放企业加工设备、工装工具等制造资源的相关信息存放产品制造工艺规则、工艺标准、工艺数据手册、工艺信息处理的相关算法和工具…存放零件族典型零件的工序卡、工步卡、工艺流程图、加工参数…，供系统参考使用存放CAPP系统生成的产品制造工艺信息，供输出工艺文件、数控加工编程和生产管理与运行控制系统使用存放工艺流程图、工序卡、工步卡等系统输入输出模板、手工查询工具和系统操作工具集…计算机辅助设计及制造技术CAPP的结构组成及基本技术CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关控制模块：协调各模块的运行，实现人机间信息交流，控制产品设计信息获取方式零件信息获取模块：产品设计信息输入工艺路线设计模块：加工工艺流程决策，生成工艺过程卡工序决策模块：选定加工设备、定位安装方式、加工要求，生成工序卡输出模块：输出工艺流程卡、工序和工步卡，工序图…工步决策模块：选择刀具轨迹、加工参数，确定加工质量要求，生成工步卡及提供形成NC指令所需的刀位文件计算机辅助设计及制造技术CAPP发展趋势（1）集成化趋势（2）工具化趋势（3）智能化趋势计算机辅助设计及制造技术（1）集成化趋势集成化系统优势：与CAD系统集成从根本上解决CAPP系统的零件信息输入问题集成化系统采用统一的数据规范便于对各种数据的统一处理集成化是CAPP系统的一个重要发展趋势CADCAPPCAM零件的几何工艺特征集成化指CAD/CAPP/CAM的局部集成计算机辅助设计及制造技术（2）实用化趋势•工艺设计的共性与个性分开处理•工艺决策方式多样化•具有功能强大、使用方便和统一标准的数据与知识库管理平台•智能化输出实用化思想主要表现：共性主要包括：推理控制策略和一些公共算法以及通用的、标准化的工艺数据与工艺决策知识个性主要包括：与特定加工环境相关的工艺数据及工艺决策知识具有友好统一的人机工作界面具有功能强大、便利的数据与知识库管理系统，便于用户对各种工艺数据与知识的获取、表达、管理与维护系统可按标准格式输出各种工艺文件，还可输出由用户自定义的工艺文件单一的推理控制策略不能满足用户的需要，系统应能给用户提供多种工艺设计方法计算机辅助设计及制造技术（3）智能化趋势依靠传统的过程性软件设计技术，如利用决策表或决策树进行工艺决策软件的设计等，已不能满足工程实际对CAPP的需要专家系统技术以及其它人工智能技术在获取、表达和处理各种知识的灵活性和有效性给CAPP系统的发展带来生机。人工智能技术已越来越广泛地应用于各种类型的CAPP系统之中基于人工神经元网络的CAPP系统基于实例与知识的CAPP系统ANN（人工神经网络，ArtificialNeuralNetwork）理论是近年来得到迅速发展的一个国际前沿领域，也为解决现有CAPP系统存在的问题开辟了新的途径基本原理：通过系统本身的工艺设计实例来“自我”总结、组织、学习和更新工艺设计“经验”，当经验积累到一定程度时，系统将成为一个“聪明的设计者”计算机辅助设计及制造技术2.成组技术成组技术（GT）被公认为是提高多品种、中小批量生产企业经济效益的有效途径，是发展柔性制造技术和计算机集成制造系统的重要基础成组技术是一门生产技术科学，即研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用事物的相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益机械制造中的成组技术是将多种零件按其相似性归类成组，并以这些组为基础组织生产，从而实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化20世纪50年代起，成组技术由苏联学者斯•帕•米特洛凡诺夫总结并在机械工业中推广应用成组技术的发展：成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产系统计算机辅助设计及制造技术GT存在的理由：1）批量法则：中小