计算机辅助工艺设计

1计算机辅助工艺设计CAPP张群艳2006-2-28一计算机辅助工艺设计概念2全国见习机械设计工程师CAPP考试大纲要求（1）掌握CAPP概念以及与传统工艺设计比较所具有的优势。（2）熟悉CAPP的基本类型及特点。（3）了解计算机辅助工艺设计的步骤及内容。（4）掌握成组技术概念、分类以及内容。（5）掌握半创成式CAPP概念和功能模块组成。（6）熟悉半创成型CAPP的工艺设计准备的步骤及内容。（7）了解人工智能技术和专家系统概念和构成；知识表示方法及其推理。（8）了解网络化CAPP系统的组成。一计算机辅助工艺设计概念3第一节计算机辅助工艺设计概念一计算机辅助工艺设计概念4一、计算机辅助工艺设计的概念概念：计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning,CAPP)是利用计算机技术辅助工艺师完成零件从毛坯到成品的设计和制造过程，是将产品的设计信息转换为制造信息的一种技术。是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（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的过程。一计算机辅助工艺设计概念5CAPP概念示意图成品计算机零件工艺路线工序毛坯工艺师一计算机辅助工艺设计概念6二、工艺设计是生产技术准备工作的第一步，是连接产品设计与产品制造的桥梁。工艺设计的主要任务为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。一计算机辅助工艺设计概念7二、工艺设计工艺设计的主要包括1.根据产品图样，分析产品零件的结构特点以及技术要求；2.了解产品生产纲领及批量；3.选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等；4.安排合理的加工顺序；5.选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差；6.选用合理的切削用量；7.计算时间定额和加工成本；8.编制包含上述所有资料的工艺文件和各类统计汇总卡片。一计算机辅助工艺设计概念8组织生产调度制造部门工装设计物资供应部门成品设备汇总工装汇总工艺规程设计部门产品工艺审查记录单设计图纸工艺总方案工艺部门二、工艺设计•工艺设计的基本流程一计算机辅助工艺设计概念9二、工艺设计传统工艺设计对工艺人员的要求丰富的生产实践经验熟知企业内部各种加工方法及相应设备的使用情况熟知企业内部各种与生产加工有关的规范和规章制度能与各方面保持友好合作。一计算机辅助工艺设计概念10三、CAPP发展背景传统的工艺设计存在的问题1.劳动强度大，效率低2.设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求3.依赖于工艺师的水平4.标准化和最优化差，经验的继承性困难。一计算机辅助工艺设计概念11三、CAPP发展背景工艺在生产制造中的重要地位桥梁、加工依据质量保证、提高生产率降低成本基本工作步骤市场需求CADCAPPCAM产品输出一计算机辅助工艺设计概念12三、CAPP发展背景CAPP技术的特点1.提高了工艺文件的质量,缩短了生产准备周期2.将工艺人员从繁琐、重复的劳动中解放出来3.将有经验的工艺人员的经验总结出来，提高了企业工艺设计的继承性。4.实现了工艺设计的标准化，有利于工艺设计的最优化。5.满足了现代制造业自动化生产的需要，并为实现制造系统信息化创造了条件。一计算机辅助工艺设计概念13三、CAPP发展背景CAPP与传统工艺设计比较工作量效率设计周期继承性标准化最优化信息集成化传统量大、效率低长差差信息无法集成CAPP量轻、效率高短好好有利于实现CIMS一计算机辅助工艺设计概念14四、CAPP发展过程和趋势1965年由挪威人Niebel首次提出CAPP思想1976年推出CAM－I’SAutomatedProcessPlanning.经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、开发工具等不同的发展阶段一计算机辅助工艺设计概念15四、CAPP发展过程和趋势我国的CAPP起步于20世纪80年代同济、清华、北航、华中科大、西安交大、上海交大、西北工大等都是较早研究CAPP的。商业化的CAPP系统有：开目CAPP天河CAPP思普CAPP金叶CAPP大天CAPP艾克斯特CAPP天喻CAPPCAXACAPP等。一计算机辅助工艺设计概念16四、CAPP发展过程和趋势CAPP系统发展的热点和趋势1.产品信息模型的生成与获取2.CAPP体系结构研究及CAPP工具系统的开发3.并行工程（CE）模式下的CAPP系统4.基于分布型人工智能技术的分布型CAPP系统5.人工神经网络技术与专家系统在CAPP中的应用6.面向的实用化CAPP系统7.CAPP与自动生产高度系统的集成一计算机辅助工艺设计概念17五、CAPP的基本类型1.检索式CAPP系统2.派生式CAPP系统3.创成式CAPP系统4.半创成式CAPP系统5.广义CAPP系统6.智能型CAPP系统一计算机辅助工艺设计概念18五、CAPP的基本类型1.检索式CAPP系统适用范围：大批量生产模式，工件种类少，零件变化不大且相似程度高。工作原理：事先将设计好的各类零件加工工艺规程存储在计算机中，对已建立的工艺规程进行管理。在编制新零件工艺规程时，检索出同类零件存有的工艺规程，并进行修改。特点：大批量生产模式，工件种类少，零件变化不大且相似程度高。简单实用，易建立，自动决策能力差。一计算机辅助工艺设计概念19五、CAPP的基本类型2.派生式CAPP系统适用范围：广泛，实用型CAPP系统。工作原理：以成组技术为基础，按零件结构和工艺的相似性，将零件分类归组，形成零件族，并给每一族的零件制定优化的加工方案和典型工艺规程。使用时根据零件编码检索出标准工艺，并在此基础上进行编辑修改。特点：建立在成组技术基础上.结构简单,易构建、易开发和维护、有系统性能可靠成熟等优点。一计算机辅助工艺设计概念20五、CAPP的基本类型派生式CAPP系统的工作流程：一计算机辅助工艺设计概念21五、CAPP的基本类型3.创成式CAPP系统适用范围：理想范围很广泛，实际目前应用少工作原理：根据输入的零件信息，通过逻辑推理、公式和算法等，作出工艺决策而自动地生成零件的工艺规程。它需要有一个收集工艺数据的数据库和一个存储工艺专家知识的知识库。特点：不存在标准工艺规程,有一个收集工艺数据的数据库和一个存储工艺专家知识的知识库,以逻辑算法加决策表为其特征.上世纪70年代后期美国普渡大学的Wysk博士提出一计算机辅助工艺设计概念22五、CAPP的基本类型4.半创成式CAPP系统（综合型CAPP系统）适用范围：广泛，以单件、中小批量生产企业为主。工作原理：是派生式和创成式CAPP的综合，采用派生的方法首先生成零件的典型加工顺序，然后再根据零件信息，采用逻辑推理决策的方法生成零件的工序内容，最后再人机交互式地编辑修改工艺规程。特点：是派生式和创成式CAPP的综合,便于结合企业的具体情况进行开发.一计算机辅助工艺设计概念23五、CAPP的基本类型5.广义CAPP系统（多元化CAPP系统）适用范围：适合不同的生产模式。工作原理：将传统CAPP的概念扩充到生产计划编制、车间调度和生产负荷平衡等领域。包括了多种CAPP模式（检索式、派生式、创成式）。特点：包括多种CAPP模式,根据不同的生产情况系统可自动选择适用的模式.一计算机辅助工艺设计概念24五、CAPP的基本类型6.智能CAPP系统工作原理：将人工智能技术应用在CAPP系统。特点：加入推理机制。以人工智能、专家系统技术为基础的CAPP系统。强调工艺设计系统中工艺知识的表达、处理机制以及决策过程的自动化。创成式CAPP：“逻辑算法＋决策表”专家系统CAPP：“逻辑推理＋知识”上世纪80年代法国的Descotte开发第一个利用人工智能技术的CAPP系统－GARI系统一计算机辅助工艺设计概念25CAPP系统工作原理检索式CAPP派生式CAPP创成式CAPP混合式CAPP专家系统CAPP零件类型回转体零件非回转体零件盘套类零件箱体类零件杆件类零件板块类零件工艺类型工艺数据组织形式系统实现技术与其它系统的集成机加工CAPP焊接CAPP。。。。。。装配CAPP文件型CAPP数据库型CAPP文件与数据库混合型CAPP基于结构化技术的CAPP基于面向对象技术的CAPP基于组件技术的CAPP单元CAPP集成化的CAPP五、CAPP的基本类型一计算机辅助工艺设计概念26六、CAPP的基本构成CAPP包含的技术：1.成组技术（GroupTechnology)2.零件信息的描述与获取3.工艺设计决策机制4.工艺知识的获取及表示5.工序图及其他文档的生成6.NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真7.工艺数据库的建立一计算机辅助工艺设计概念27六、CAPP的基本构成基本构成模块1.控制模块：协调各模块的运行2.零件信息输入模块：实现零件信息的输入3.工艺过程设计模块：形成加工工艺流程和工艺过程卡4.工序决策模块：生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图5.工步决策模块：确定切削用量，形成NC加工控制指令所需的刀位文件6.NC加工指令生成模块：调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令7.输出模块：输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其他文档8.加工过程动态仿真：对加工过程进行动态模拟仿真二计算机辅助工艺设计的步骤28第二节计算机辅助工艺设计的步骤二计算机辅助工艺设计的步骤29一、计算机辅助工艺设计的步骤产品图样信息输入加工设备和工艺装备的确定工艺参数计算输出工艺文件工艺路线和工序内容的拟定二计算机辅助工艺设计的步骤301、产品图样信息输入内容产品零件图几何信息：待加工表面的形状、尺寸、几何坐标及与其它表面的相互关系工艺信息：尽寸公差、形位公差、表面粗糙度材料：材料类型、性质、热处理等辅助信息：零件名称、编号、专用工具、加工车间等要求信息要完整易于计算机接受和处理易于被工艺师理解和掌握：直观、明了利用零件的相似性，减少信息量便于实现信息共享二计算机辅助工艺设计的步骤312、工艺路线和工序内容的拟定内容定位和夹紧方案的选择加工方法的选择加工顺序的安排CAPP的关键，工作量大多采用人工智能、模糊决策方法二计算机辅助工艺设计的步骤323、加工设备和工艺装备的确定内容加工设备的选择工艺装备确定：夹具、刀具、辅助工具等4、工艺参数计算内容切削用量加工余量时间定额工序尺寸公差其他二计算机辅助工艺设计的步骤335、输出工艺文件内容工艺流程卡工序卡工步卡工序图其他文档二计算机辅助工艺设计的步骤34工艺资源工艺规程制定工艺设计阶段零件信息CAD零件几何和工艺信息产品零件图纸毛坯形式规格毛坯选择和设计零件信息输入毛坯信息认定材料工具和夹具加工方法机床刀具量具切削用量加工余量时间定额成本核算整理文件定位和夹紧方案选择加工方法选择加工顺序安排通用加工设备选择专用设计切削用量确定加工余量工序尺寸及公差计算时间定额计算技术经济方案分析工艺文件输出通用工艺装备选择专用设计工艺路线和工序内容拟定加工设备和工艺装备的确定工艺参数计算工艺方案确定工艺文件输出计算机辅助工艺设计的详细步骤三成组技术35第三节成组技术三成组技术36一、成组技术的概念广义概念成组技术(GT-GroupTechnology)是一门生产技术科学和管理科学，它是识别、开发和利用生产系统的相似性，以优化生产过程，取得最佳经济效益的技术。狭义概念成组技术(GT-GroupTechnology)是机械制造过程中一种先进的科学的生产和组织管理方法，它旨在识别和开发机械制造过程中各环节诸种信息间的相似性，采取适当的组织形式和先进技术，实现其工作的合理化、科学化，使多品种、中小批和单件生产的企业获得较好的经济和社会效益。以相似性为理论基础，以成组工艺为其核心，与计算机技术、数控技术、相似论、方法论、系统论等相结合，形成了成组技术。三成组技术37一、成组技术的概念相似性基本相似性：几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等。派生相似性：在制造、装配的生产、