CAM第2章--计算机辅助工艺过程设计

第二章计算机辅助工艺过程设计CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)CAM弟二章计算机辅助工艺过程设计CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)一、CAPP概述二、CAPP的组成和相关技术三、成组技术GT(GroupTechnology)四、变异式CAPP五、创成式CAPP六、半创成式CAPP七、智能化CAPP八、CAPP的柔性化一、CAPP概述1、工艺设计概述2、工艺设计的任务3、CAPP系统的基本功能★工艺设计是机械制造生产过程中技术准备的重要内容，CAD的结果能否有效地应用于生产实践，NC机床能否充分发挥效益，CAD与CAM是否能真正实现集成，都与工艺设计的自动化有着密切的关系。这说明工艺设计在制造过程中非常重要。★工艺规程的设计是一项经验性很强且影响因素很多的决策工作，要处理大量的信息，各种信息之间的关系错综复杂。以前主要靠工程师多年工作实践总结出来的经验来进行。工艺规程的设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。工艺规程一致性差，不能达到最优方案。传统的工艺设计有这样的一些不足。★工艺设计是机械制造生产过程中技术准备的重要内容，CAD的结果能否有效地应用于生产实践，NC机床能否充分发挥效益，CAD与CAM是否能真正实现集成，都与工艺设计的自动化有着密切的关系。1、概述★由于传统的工艺设计方法不能满足多品种、小批量生产方式的要求，计算机辅助工艺规程设计CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)应运而生，并且受到愈来愈广泛的重视。对CAPP的研究始于60年代中期，1969年挪威发表的第一个CAPP系统AUTOPROS，它是根据成组技术原理，利用零件的相似形去检索和修改标准工艺过程的形式形成相应零件的工艺规程。该系统的出现，引起世界各国的普遍重视。接着于1976年，美国的CAM-I公司也研制了自己的CAPP系统。它是一种可在微机上运行的小型程序系统。工作原理也是基于成组技术原理。关键字：工艺设计、CAPP计算机辅助工艺过程设计(computeraidedprocessplanning，CAPP)是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(图形)和加工工艺信息(材料、热处理、批量等)，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。简言之，计算机辅助工艺过程设计就是利用计算机来制订零件的加工工艺过程，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。2、工艺设计的任务工艺设计确定工件材料类别确定毛坯类别确定外部特征元素确定内部特征元素确定工艺流程的内容选择表面的准备工序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工时成本计算确定毛坯尺寸确定毛坯类型制定工艺流程工序设计确定表面特征元素工序规划机床选择通用工夹量具选择专用工夹量具设计工序图设计工序内容设计选择装夹方式3、CAPP系统的基本功能1)检索标准工艺文件；2)选择加工方法；3)安排加工路线；4)选择机床、刀具、量具、夹具等；5)选择装夹方法和装夹编码；6)优化选择切削用量；7)计算加工时间和加工费用；8)确定工序尺寸和公差及选择毛坯；9)绘制工序图及编写工序卡。有的CAPP系统还具有计算刀具轨迹，自动进行NC编程和进行加工模拟等部分CAM的功能。二、CAPP的组成和相关技术1、CAPP系统的基本组成模块2、CAPP系统的相关技术1、CAPP系统的基本组成模块零件信息交互输入CAD模型产品数据库零件信息获取模块工艺过程设计模块工序决策模块工步决策模块CAPP系统的基本组成-------------------------------------------数据库工艺文件库规则库编辑工具输出模块工艺过程卡工序卡和工序图工步卡2、CAPP系统的相关技术★CAPP基本技术1、成组技术及零件编码2、产品数据模型和标准4、工艺知识的获取与表示零件信息交互输入CAD模型产品数据库零件信息获取模块工艺过程决策模块工序决策模块工步决策模块-------------------------------------------数据库工艺文件库规则库编辑工具输出模块工艺过程卡工序卡和工序图工步卡3、工艺设计决策机制5、工序图及其他文件的自动生成三、成组技术GT(GroupTechnology)基本概念零件分类编码系统三、成组技术GT(GroupTechnology)▲几种常见的编码系统(1)Opitz编码系统由德国阿亨(Achen)大学的Opitz教授提出，由9位主代码和4位辅助代码组成，9位主代码中前5位为形状代码，用以描述零件的基本特征，后4位为增补代码，用以补充描述零件的其他特征（如材料、毛坯、热处理、精度等）。码位0回转体零件L/D0.510.5L/D32L/D33L/D2带变异4L/D2带变异5特殊件6非回转体零件板类零件7杆状零件8块状零件9特殊件外部形状及要素内部形状及要素平面加工辅助加工内部形状及要素回转加工平面加工辅助加工总体形状主要孔平面加工辅助加工总体形状总体形状0主要尺寸材料及其热处理毛坯原始形状精度123456789123456789零件类别码形状及加工代码（0~9）辅助代码(2)KK-3编码系统1由日本通产省机械技术研究所提出，是一个21位代码的混合结构系统。码位123456789101112131415161718192021分类项目名称材料主要尺寸外廓形状与尺寸比各部分形状与加工精度粗分类细分类粗分类细分类L长度D直径外表面内表面端面辅助孔非切削加工外廓形状同心螺纹功能槽异形部分成形面周期性表面内廓形状内曲面内平面与内周期面规则排列特殊孔回转体零件分类编码系统结构码位123456789101112131415161718192021分类项目名称材料主要尺寸外廓形状与尺寸比各部分形状与加工精度粗分类细分类粗分类细分类A长度B直径弯曲形状外表面主孔主孔以外的内表面辅助孔非切削加工弯曲方向弯曲角度外平面外曲面主成形面周期面与辅助成形面方向与阶梯螺纹与成形面方向形状特殊孔非回转体零件分类编码系统结构(3)JLBM-1编码系统由我国原机械工业部组织编定并在国内推广使用。码位0回转体零件零件名称类别粗分零件名称类别细分12345非回转体零件67890材料毛坯原始形状热处理主要尺寸精度1直径和宽度长度23456789123456789101112131415零件类别码形状及加工代码（0~9）辅助代码回转体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外平面内平面辅助孔成形、刻线非回转体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基本形状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四、变异式CAPP变异式CAPP系统原理、内容变异式CAPP系统流程四、变异式CAPP变异式CAPP系统的工作过程：（1）用编码及零件输入模块，完成对所设计零件的描述和输入。（2）检索及判断新零件是否属于某零件族，如属于则调出，否则返回（3）对标准工艺进行删改，形成所设计零件的工艺规范。（4）对设计结果存储和输出。变异式CAPP的CAPP系统是以成组技术为基础的系统，分类和编码方法由用户决定。标准工艺路线库零件图零件编码工艺路线编辑器零件特征识别工艺路线生成工艺规程设计工艺路线工艺规程编辑器标准工艺规程库工艺设计结果变异式CAPP系统流程CAM-I的CAPP系统CAM-I的CAPP系统流程图零件族矩阵表标准工艺路线文件标准工序文件应用程序文件查找零件族输入表头信息标准加工顺序检索/编辑标准工序检索/编辑工作处理程序零件分类编码工艺规程工艺规程格式工艺规程存储器五、创成式CAPP创成式CAPP系统决策树和决策表1决策树和决策表2决策树和决策表3创成式CAPP系统流程五、创成式CAPP决策树和决策表1决策树与决策表决策树与决策表用以规定条件与结果的关联方法，即表示“If(条件)Then(结果或动作)”；在决策树中，条件放在树枝上，结果放在节点上；在决策表中，条件放在表的上部，动作放在表的下部。在表中，T表示条件为“真”，F表示条件为“假”，“”表示动作，只有当表中所有条件都满足时，动作才会发生。条件项目条件状态决策项目决策结果条件A条件B条件A1条件A2动作1动作2条件B1条件B2动作4动作3决策树决策表决策树和决策表2例：车削装夹方法的决策逻辑可确定为：1.如果工件的长径比L/D4，则采用卡盘；2.如果工件的长径比4L/D16，则采用卡盘+顶尖；3.如果工件的长径比L/D16，则采用顶尖+跟刀架+尾顶尖；工件的长径比L/D4TFF工件的长径比4L/D16TF卡盘卡盘+顶尖顶尖+跟刀架+尾顶尖车削装夹方法的决策表C1：L/D4C2：L/D4C3：L/D16C4：L/D16A1：卡盘A2：卡盘+顶尖A3：顶尖+跟刀架+尾顶尖车削装夹方法的决策树决策树和决策表3车削装夹方法的决策程序流程图条件1TFF条件2TF动作1动作2动作3开始C1C3A1A2A3YNYN结束决策表的多义性2、创成式CAPP流程创成式CAPP系统流程在创成式CAPP系统中，由计算机模仿工艺人员的逻辑思维能力，以人机交互的方式或自动地进行各种决策和计算。下图为创成式CAPP系统的流程图。创成式CAPP流程图零件图零件几何及工艺信息描述工艺师工艺设计决策系统CAD数据库工艺路线工艺规程工艺决策数据库六、半创成式CAPP半创成式CAPP六、半创成式CAPP从原理上看，半创成式CAPP系统是派生式和创成式CAPP原理的综合。也就是说，这种系统是在派生式CAPP的基础上，增加若干创成功能而形成的系统。这种系统即有派生式可靠成熟、结构简单、便于使用和维护等优点，又具有创成式能够存储、积累、应用工艺专家知识的优点。标准工艺路线库零件图零件编码工艺路线编辑器零件特征识别工艺路线生成工艺规程设计工艺路线工艺规程编辑器标准工艺规程库工艺设计结果检索或创成检索或创成这种系统非常灵活，便于结合企业的具体情况进行开发，是一种实用性很强，很有发展前途的CAPP模式。七、智能化CAPP智能化CAPP系统智能化CAPP系统的组成七、智能化CAPP在利用决策表和决策树的CAPP系统中，工艺知识和决策逻辑都用程序设计语言编制在软件程序中，系统程序一旦编制、调试完毕，其功能就确定下来，很不容易修改。当生成环境变化时，就缺乏足够的柔性适应这些变化。另外，现有的创成式CAPP系统缺乏总结经验，发现问题的自学习能力。由于这些缺陷，促使人们将人工智能、专家系统的原理应用于CAPP系统，开发出柔性高、具有自学习功能，能够真正模拟人类专家进行工艺设计的CAPP系统。智能化CAPP系统也称为CAPP专家系统，与创成式CAPP系统相比，虽然两者都可自动生成工艺规程，但创成式CAPP是以“逻辑算法+决策表”为特征，而CAPP专家系统是以“知识+推理”为特征。下图表示了一个CAPP专家系统的基本组成。CAPP专家系统的组成零件图输入计算机过程解释建立零件模型框架信息处理工艺决策(推理机)规则基知识获取数据库工艺文件编制数控程序NC程序机床环境数据八、CAPP的柔性化目前为止，国内外开发的CAPP系统都是针对某一具体生产环境专门设计的，不具有通用性，也无法实现软件的商品化。。此实例说明，需要提高CAPP系统的柔性，建立一个CAPP开发平台，并提供众多实用性的二次开发工具，使开发平台商品化。用户在购得开发平台后，只需经过并不十分复杂的标准化的二次开发，即可得到符合用户要求的CAPP系统。为了实现通用的CAPP开发平台，应在零件信息描述，工艺决策逻辑归纳等方面进行努力。(1)零件信息描述的标准化和统一化；(2)工艺决策逻辑的统一化，代码化和开放性；(3)软件设计的模块化；(4)统一的工程数据库。实例国外某公司曾与某大学合作，投资几百万美元，试图开发完全通用性的CAPP系统，虽然在某些局部技术上取得一些进展，但最终不得不宣布