第7章计算机辅助工艺规程设计

CAD/CAM原理与应用第7章计算机辅助工艺规程设计ERP系统ERP公共数据库CAPP系统设计信息共享信息PBOM信息ERP基础数据库工程信息管理信息CAM系统管理信息PDM系统工作数据库BOM接口材料定额工时定额标准工艺库ERP管理系统NC代码文件产品数据库CAD-2DCAD-3D数字化技术应用7.1CAPP系统发展概况和工作原理7.1.1工艺设计自动化的重要意义1.工艺规程设计的任务和主要内容工艺规程设计的任务是为被加工零件选择合理的加工方法、加工顺序、工、夹、量具，以及切削条件的计算等，使能按设计要求生产出合格的成品零件。其主要内容有：①选择加工方法和采用的机床、刀具、夹具及其它工装设备；②安排合理加工顺序；③选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差；④选用合理的切削用量；⑤计算时间定额和加工成本；⑥编制包含上述所有资料的工艺文件。其核心内容是选择加工方法和安排合理的加工顺序。CAPP系统的发展概况和工作原理2.传统的工艺规程设计方法传统的工艺规程设计方法存在许多不足之处，表现在以下几点：传统设计方法的设计质量完全取决于工艺人员的术水平和经验；手工编制的工艺规程缺乏一致性，很难得到最佳制造方案。工艺规程设计中存在着大量的重复性和多样性，造成巨大的浪费。3.利用计算机实现CAPP计算机技术为工艺规程设计提供了理想的工具。利用计算机进行辅助工艺规程设计简称CAPP。CAPP是实现工艺设计自动化，把CAD和CAM信息联系起来，实现CAD/CAM一体化，建立集成制造系统的关键性中间环节。7.1.2CAPP发展概况1.国外CAPP的发展概况挪威于1969年正式发表了AUTOPROS系统，这是第一个CAPP系统；美国的CAM-Ⅰ公司也研制出自己的CAPP系统。2.国内CAPP的发展概况最早进行此项研究工作的是同济大学，他们于1982年研制成功TOJICAP系统；北京理工大学也研制出用于回转体零件的BITCAPP系统；北京航空航天大学发表了BHCAPP系统。CAPP发展概况3.CAPP系统的主要功能检索标准工艺文件；选择加工方法，安排工艺路线；选择机床、刀具、夹具；选择切削用量，计算切削参数、加工时间和加工费用；确定工序尺寸和公差、选择毛坯；绘制工序图；给出刀具轨迹，自动进行NC编程，进行加工过程模拟。4.CAPP作用CAPP将产品设计信息转变为制造加工与生产管理信息，是CAD与NCP之间的桥梁与纽带。7.1.3CAPP系统工作原理○成组技术(grouptechnology)揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，以获得最大的经济效益。成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、提高了劳动生产率。成组工艺是把零件的几何信息(形状、尺寸、精度、表面粗糙度等)和工艺信息(材料、热处理、批量等)相近似的零件组成一个个零件族(组)，按零件族进行加工制造，从而减少了品种，扩大了批量，便于采用高效的生产方法，从而提高了劳动生产率和经济效益。零件的相似性是实现成组工艺的基本条件。工艺相似性是指可采用相同的工艺方法进行加工，采用相似的夹具进行装夹，采用相似的量具进行检测等。CAPP系统工作原理派生法(Variant)又叫经验法、样件法，是根据成组技术的原理将零件划分为相似零件组，按零件组编制出标准工艺规程，并以文件的形式贮存在计算机中。创成法(Generative)不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。输入新零件的有关信息，系统模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的条件下，自动地生成零件的工艺规程。7.1.4CAPP系统的经济效益采用CAPP技术优点可以大大提高工艺人员的工作效率，加快工艺规程设计的速度、缩短生产准备时间。可以减少工艺设计费用，降低制造成本。据国外统计，采用CAPP技术后．工艺设计劳动量减少20%-40%，工艺设计费用降低20%-50%，总的制造成本降低9.6%。7.2派生法CAPP系统7.2.1派生法CAPP系统的工作原理利用计算机进行工艺设计，要解决两个主要问题实现零件图样信息代码化，即让计算机能够了解零件的技术要求。把工艺人员的经验和技能系统化、理论化、代码化，即把工艺人员的加工能力知识有规律地贮存起来，需要时可用代码随时调用，让大家共享知识库。派生法CAPP系统的工作原理根据成组技术中相似性原理，如果零件的结构形状相似，则它们的工艺规程也有相似性。对每一个相似零件组，可以采用一个公共的制造方法加工，并作为一个标准工艺贮存在计算机中。在设计新零件的工艺规程时，先从计算机中检索标准工艺文件，然后经编辑和修改即可得到该零件的工艺规程。7.2.2派生法CAPP系统的研制过程1．零件编码首先对已有的零件进行编码。其目的是将零件图上的信息代码化，把零件的属性用数字代码表示，使计算机容易识别。可根据具体情况选用通用的分类系统，如JCBM、Opitz、JLBM、KK系统等。编码方法有手工编码和计算机辅助编码两种方法。手工编码是编码人员根据分类系统的编码法则，对照零件图用人工方式逐一编出各码位的代码。计算机辅助编码以人机对话方式进行，把零件的信息输入计算机，计算机软件进行逻辑判断并自动编出零件的代码，并在终端显示器上显示或打印输出。零件分类是依据零件的各方面特征来进行的，一般按以下3个方面的特征分类。(1)结构特征零件的几何形状、尺寸大小、结构功能和毛坯类型等。(2)工艺特征零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙度、加工方法、材料、定位夹紧方式，选用的机床类型等。(3)生产组织与计划特征加工批量、制造资源状况和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情况。◆零件分类的基本依据派生法CAPP系统的研制过程◆零件编码系统的编码结构零件分类编码大多采用表格形式。派生法CAPP系统的研制过程◆OPITZ零件分类编码系统OPITZ系统是一个十进制的9位代码的混合结构分类编码系统。它是由联邦德国Aachen工业大学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室开发的，随着这一系统的完善而被用于成组技术中，习惯上称为0PITZ系统。该系统广泛应用于机械制造、设计及生产管理。最早的OPITZ系统只有5位代码，也即目前所称的形状码。为了完善自己的系统，Opitz教授在原来5位形状码之后，又增补了4位所谓的辅助码。派生法CAPP系统的研制过程派生法CAPP系统的研制过程分类编码结果派生法CAPP系统的研制过程分类编码结果派生法CAPP系统的研制过程派生法CAPP系统的研制过程2．零件分组零件组的划分建立在零件特征相似性基础上。⑴编码分组法编码分组法是应用较广泛的一种方法，又可分为特征数据法和特征矩阵法。①特征数据法从零件代码中选择几位特征性强，对划分零件组影响较大的码位作为零件分组的主要依据，而忽略那些影响不大的码位。②特征矩阵法根据对零件特征信息的统计分析结果，并考虑到车间加工水平，工装设备条件，设备负荷，管理水平等条件，对每位代码划定一个范围，作为分组的依据，每个特征矩阵对应着一个码域，即一个零件组。特征矩阵法特征矩阵法对零件进行分组的原理：每一个零件的代码均可以用矩阵来表示。下图为特征矩阵，左右分别为单个零件和一组零件的特征矩阵。特征矩阵法为方便计算机识别，可将特征矩阵的每一列作为一个数来处理，如第一列可记为1100000000，第二列可记为1111100000。该特征矩阵最后变成9个十位数。每一个特征矩阵都可以用这样一组数据来表示，并以文件形式贮存在计算机中，称为特征矩阵文件。对零件分组时，先将零件代码与特征矩阵进行比较，如果与零件代码各个位的数值相对应的矩阵位置上都是1，则认为该零件与此特征矩阵相匹配，该零件就分入这个组。零件分组流程框图生产流程分析法⑵生产流程分析法生产流程分析法通过分析全部零件的工艺流程，并根据零件的加工方法和所用设备来分组，而不是依据零件图样代码。它划分零件组后还可得到加工该零件组的机床组。生产流程分析法的目标是将那些需要一组相同或相似加工工序的零件归并成组。可采用排序聚类分析算法划分零件组。①对每一列计算它们的总权：②把它们按升序次序排列。③对每一行计算它们的总权：④把它们按升序次序排列。再重复进行上述步骤，直到自然处于升序状态，就可以确定相似零件组。聚类分析法是用一些数学方法来定量确定零件之间的相似程度，进行聚类成组。由于所用数学方法不同，有多种不同的聚类分析法：●单链聚类分析法通过计算零件之间的相似系数进行聚类。●循序聚类分析法对应用零件间的相似性进行聚合，需要计算每一对零件之间的相似系数，据此建立一个原始相似系数矩阵。●排序聚类分析法将零件-机床矩阵按行列交替排序聚合，最后得到零件分类成组。聚类分析法生产流程分析法矩阵排序聚类分析法算法排序聚类分析法算法排序聚类分析法算法排序聚类分析法算法排序聚类分析法算法排序聚类分析法算法在得到最后的矩阵之后，我们可以确定零件A123，A120，A131，A432，A45l，A112形成一个零件组，它们要求SAW01，LATHE01，LATHE02和GNND05等加工工序；而零件A115，A212，A230，A510形成另外一个零件组，它们要求DRL01，MILL02，MILL05和GRIND06等加工工序。然后可以根据每一个零件组中各零件代码建成零件组矩阵。用这种方法形成的零件组及其标准工艺文件，在为每个零件编制工艺规程时，只需要对标准工艺文件作少量修改。但这种方法仅对少数零件和少量工序时计算比较方便，若零件数量多，工件加工流程长，应用效果较差。派生法CAPP系统的研制过程3．设计零件组的复合零件复合零件又叫主样件，它包含一组零件的全部形状要素，有一定的尺寸范围，可以是实际存在的，也可以是假想的。以它作为样板零件，设计适用于全组的通用工艺规程。派生法CAPP系统的研制过程4．设计标准工艺规程标准工艺规程应能满足该零件组所有零件的加工要求，并能反映工厂实际工艺水平，尽可能是合理可行的。5．建立工步代码文件标准工艺规程是由各种加工工序组成的，一个工序又可以分为多个工步，所以工步是标准工艺规程中最基本的组成要素。如车外圆、钻孔、铣平面、磨外圆、滚齿、拉花键等。6．建立切削数据文件所有的加工方法都必须要有切削数据(进给量、切削速度、切削深度)，为此必须建立大量的切削数据文件。派生法CAPP系统的研制过程7．设计各种功能子程序由于CAPP系统需要应用各种计算方法，为此需预先将各种计算公式和求解方法编成各种功能子程序，如切削参数的计算，加工余量、工序尺寸公差的计算，切削时间及加工费用的计算等。8．CAPP系统总程序设计上述各项准备工作完成以后，用一个主程序和界面把所有子程序连接起来，每一个单元功能可以采用模块结构形式，可以单独调试和修改，再把各个功能模块组合起来，就构成CAPP系统的总程序。7.2.3派生法CAPP系统实例1.TOJICAP系统该系统用于生成回转体零件的工艺规程。工艺规程内容详细完整，系统采用BASIC语言编程。2.WLCAPP系统WLCAPP系统是北京理工大学为航天部某卫星制造厂开发的派生CAPP系统，采用FOXBASE为主要开发工具，运行环境为各类微机。整个系统有计算机辅助编码子系统和计算机辅助工艺设计子系统组成，通过分级下拉式菜单驱动各模块的运行。7.3创成法CAPP系统7.3.1创成法CAPP系统的工作原理创成法CAPP系统不以对标准工艺规程的检索和修改为基础，而是由计算机软件系统，根据加工能力知识库和工艺数据库中加工工艺信息和各种工艺决策逻辑，自动设计出零件的工艺规程。创成法CAPP系统是让计算机模仿工艺人员的逻