CAD到CAM过程中CAPP的研究

1CAD到CAM过程中CAPP的研究1、概述工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。当前，机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用，传统的工艺设计方法远不能适应当前机械制造行业发展的要求。随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求，计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessDesign，CAPP）也就应运而生。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。CAPP属于工程分析与设计的范畴，是重要的生产准备工作之一。由于制造系统[1]的出现，CAPP向上与计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)相接，向下与计算机辅助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)相连，它是设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺过程设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现信息和功能的集成。2、CAPP系统2.1基本构成视CAPP系统的工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差异。CAPP系统基本的构成模块如图1所示，包括：1)控制模块。控制模块的主要任务是协调各模块的运行，是人机交互的窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式；2)零件信息输入模块。当零件信息不能从CAD系统直接获取时，用此模块实现零件信息的输入；3)工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用；4)工序决策模块。工序决策模块的主要任务是生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图；25)工步决策模块。工步决策模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件；6)NC加工指令生成模块。NC加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令；7)输出模块。输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改得到所需的工艺文件；8)加工过程动态仿真。加工过程动态仿真对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。图1CAPP系统基本构成框图2.2内容CAPP的内容主要有：毛坯的选择及毛坯图的生成；定位基准与夹紧方案的选择；加工方法的选择；加工顺序的安排；通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备的选择；工艺参数的计算；专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案的提出；工艺文件的输出。2.3步骤CAPP的步骤如图2所示，共分为5步：1）输入产品图纸信息；2）拟定工艺路线和工序内容；3）确定加工设备和工艺装备；4）计算工艺参数；5）输出工艺文件。3图2CAPP流程图2.4分类系统按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式[2]等。检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计算机中，当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。派生式工艺过程设计就是利用零件有相似性，相似的零件有相似的工艺过程这一原理，通过检索相似典型零件的工艺过程，加以增删或编辑而派生一个新零件的工艺过程。创成式工艺过程设计系统和派生式系统不同，它是根据输入的零件信息，依靠系统中的工程数据和决策方法自动生成零件的工艺过程。2.5CAPP的基础技术CAPP的基础技术包括：1）成组技术（GroupTechnology）。成组工艺是把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个个零件族[3]，如图3所示，按零件族制定工艺进行生产制造，这样就扩大了批量，减少了品种，便于采用高效率的生产方式从而提高了劳动生产率，为多品种、小批量生产提高经济效益开辟了一条途径。4图3成组技术示例图零件在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性。以基本相似性为基础，在制造、装配的生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。因此，二次相似性是基本相似性的发展，具有重要的理论意义和实用价值。成组工艺的基本原理表明，零件的相似性是实现成组工艺的基本条件。成组技术就是揭示和利用基本相似性和二次相似性，是工业企业得到统一的数据和信息，获得经济效益，并为建立集成信息系统打下基础。2）零件信息的描述与获取；输入零件信息是进行计算机辅助工艺过程设计的第一步，零件信息描述是CAPP的关键，其技术难度大、工作量大，是影响整个工艺设计效率的重要因素。零件信息描述的准确性、科学性和完整性将直接影响所设计的工艺过程的质量、可靠性和效率。因此，对零件的信息描述应满足以下要求：⑴信息描述要准确、完整。所谓完整是指要能够满足在进行计算机辅助工艺设计时的需要，而不是要描述全部信息；⑵信息描述要易于被计算机接受和处理，界面友好，使用方便，工效高；⑶信息描述要易于被工程技术人员理解和掌握，便于被操作人员运用；⑷由于是计算机辅助工艺设计，信息描述系统（模块或软件）应考虑计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助检测等多方面的要求，以便能够信息共享。3）工艺设计决策机制；4）工艺知识的获取及表示；5）工序图及其它文档的自动生成；56）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。3、CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用20世纪80年代中后期，CAD、CAM的单元技术日趋成熟。随着机械制造业向CIMS[4]（ComputerIntegratedManufacturingSystem）和IMS[4]（IntelligentManufacturingSystem）方向的发展，CAD/CAM的集成化要求是亟待解决的问题。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统。CAPP从CAD系统中获得零件的几何拓扑信息、工艺信息，并从工程数据库中获得企业的生产条件、资源情况及企业工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起纽带作用。为达到此目的，在集成系统中必须解决下列几方面问题：1）CAPP模块能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替零件信息描述的输入；2）CAD模块的几何建模系统，除提供几何形状及拓扑信息外，还必须提供零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等；3）须适应多种数控系统NC加工控制指令的生成。4、CAPP今后的发展趋势随着CAD、CAPP、CAM单元技术日益成熟，同时又由于CIMS及IMS的提出和发展，促使CAPP向智能化、集成化和实用化方向发展。当前，研究开发CAPP系统的热点问题有：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）并行工程模式下的CAPP系统；4）基于分布型人工智能技术的分布型CAPP专机系统；5）人工神经网络技术与专家系统在CAPP中的综合应用；6）面向企业的实用化CAPP系统；7）CAPP与自动生产调度系统的集成。5、结论计算机辅助工艺设计的重要意义在于：可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中；可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力；可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作；能够适应当前日趋自动化现代制造环节的需要，并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。参考文献：6[1]许建新,孔宪光等.知识基综合智能化工艺设计技术研究[J].西北工业大学学报,200220(1):132-136.[2]许建新.邹明政.孔宪光.贾晓亮.现代CAPP技术及其发展研究[J].制造业自动化,200426(9):48-52.[3]史明华,肖放,温书鸿等.装配型企业CAPP与工艺管理系统的实现[J].组合机床与自动化加工技术,2004.01.计算机辅助工艺设计概述工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。当前，机械产品市场是多品种小批量生产起主导作用，传统的工艺设计方法远不能适应当前机械制造行业发展的要求，其主要表现为：（1）传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大，效率低，是一项繁琐的重复性工作；（2）设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求；（3）工艺设计是经验性很强的工作，它是随产品技术要求、生产环境、资源条件、工人技术水平、企业及社会的技术经济要求而多变，甚至完全相同的零件，在不同的企业，其工艺也可能不一样，即使在同一企业，也因工艺设计人员的不同而异。工艺设计质量依赖于工艺设计人员的水平；（4）工艺设计最优化、标准化较差，工艺设计经验的继承性也较困难。随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求，计算机辅助工艺设计（ComputerAidedProcessDesign，CAPP）也就应运而生。计算机辅助工艺设计的重要意义在于：（1）可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具有创造性的工作中；（2）可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力；（3）可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作；（4）能够适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要，并为实现计算机集成制造系统创造必要的技术基础。CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用20世纪80年代中后期，CAD、CAM的单元技术日趋成熟。随着机械制造业向CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）或IMS（IntelligentManufacturingSystem）发展，CAD/CAM的集成化要求是亟待解决的问题。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统。CAPP从CAD系统中获得零件的几何拓扑信息、工艺信息，并从工程数据库中获得企业的生产条件、资源情况及企业工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD、CAM中起纽带作用。为达到此目的，在集成系统中必须解决下列几方面问题：（1）CAPP模块能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替零件信息描述的输入；（2）CAD模块的几何建模系统，除提供几何形状及拓扑信息外，还必须提供零件的工艺信息、检测信息、组织信息及结构分析信息等；（3）须适应多种数控系统NC加工控制指令的生成。7基本构成CAPP系统的构成，视其工作原理、产品对象、规模大小不同而有较大的差异。CAPP系统基本的构成模块包括：（1）控制模块。控制模块的主要任务是协调各模块的运行，使人机交互的窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息的获取方式；（2）零件信息输入模块。当零件信息不能从CAD系统直接获取时，用此模块实现零件信息的输入；（3）工艺过程设计模块。工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用；（4）工序决策模块。工序决策模块的主要任务是生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图；（5）工步决策模块。工步决策模块对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件；（6）NC加工指令生成模块。NC加工指令生成模块依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用NC指令代码系统，产生NC加工控制指令；（7）输出模块。输出模块可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用