机械制造技术课程设计指导书.doc

计算机辅助机械制造技术基础课程设计指导书刘 英重庆大学机械工程学院2013年12月前 言为了培养出面向世界、面向未来、面向现代化的高质量工程科技人才，以适应祖国现代化建设的需要，国家教委组织并实施了“面向21世纪教学内容和课程体系改革的研究计划”，重庆大学机械工程学院由此承担了高等工程教育改革机械类专业人才培养方案及教学内容改革的研究与实践这个项目，其主要内容是机械类专业的课程体系、教学内容和教学方法的改革，机械制造技术基础课程就是该改革项目中的内容之一。本指导书是继机械制造技术基础课程之后与之配套使用的教材。本指导书可供高等院校机械类专业的学生学习使用，也可供从事机械制造的工程技术人员参考。本书主要包括以下内容：第一章为课程设计指导，详细介绍了机械制造技术基础课程设计的目的、要求和步骤，最后还列出了本课程设计所需的参考书目。第二章为课程设计的内容和方法，对本课程设计所应完成的工作、所包含的具体内容、设计思想和设计方法等，按设计顺序作了较为详尽的论述。第三章为计算机辅助工艺设计（CAPP）系统，该章首先介绍了计算机辅助工艺设计（CAPP）系统的由来、CAPP的概念及原理，然后详细介绍了本课程设计将使用的CAPP系统软件的功能、原理和主要操作过程。第四章提供了一个本课程设计的实例，以期给学生提供一个符合课程设计要求的格式，其中包括设计说明书、工艺文件和设计图样。在说明书中还附有计算机辅助工艺设计CAPP系统软件的上机操作指南。本书不足之外，恳请读者批评、指正。 编者 2009-12-3第一章 机械制造技术基础课程设计指导一、设计的目的机械制造技术基础是机械类专业学生必修的技术基础课程，其内容涉及面广、实践性很强，为了帮助学生进一步掌握教材内容，我们在机械制造技术基础课程之后安排了机械制造技术基础课程设计实践环节，它要求学生能综合运用所学知识，在计算机辅助下正确分析和合理解决一个简单的机械零件工艺规程的设计，从而使学生得到一个综合性的工程实践训练。设计其目的在于：（1）通过课程设计，使学生能把教材中的理论同以前所学过的知识有机的联系起来，综合应用，面对具体的工程实际问题，能正确的分析处理，从而得到一次工程师基本素质的训练。（2）通过课程设计，使学生加深机械加工工艺设计应遵循的基本原则的理解，即设计的实用性、先进性和经济性的理解。（3）在设计过程中，通过不同工艺方案的分析、对比过程，使学生初步具有优化工艺方案的能力。（4）通过课程设计，使学生熟悉并能运用各种有关技术手册、规范、图表等技术资料的能力。（5）通过计算机辅助工艺设计过程，进一步培养学生计算机的工程应用能力。（6）通过课程设计，进一步培养学生识图、运算和编写技术文件等基本技能。二、设计要求机械制造技术基础课程设计要求学生在计算机辅助工艺设计软件的帮助下，编制一个简单机械零件的机械加工工艺规程，并撰写课程设计说明书。学生应在指导教师指导下，按本指导书的规定，认真、有计划地按时完成设计任务。在设计过程中，学生必须以认真负责的态度对待自己所作出的技术决定、数据和计算结果，要特别注意理论与实践的结合，以使整个设计在技术上是先进的、在经济上是合理的、在生产上是可行的。具体设计内容如下：（1）确定零件的生产类型，对零件进行工艺分析，并用计算机完成零件图的绘制；（2）选择毛坯的种类及制造方法，确定毛坯余量，并用计算机完成毛坯图的绘制；（3）在计算机辅助工艺设计专用软件的支持下，拟订零件的机械加工工艺过程，确定各工序的加工余量、工序尺寸、工时定额，选择各工序的加工设备及工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具）等。（4）撰写设计说明书。三、设计的步骤学生在获得机械制造技术基础课程设计任务书之后，应详细阅读计算机辅助机械制造技术基础课程设计指导书，了解本课程设计的目的、内容和要求以及进行的步骤和方法。计算机辅助机械制造技术基础课程设计的步骤大致如下：1、调查研究和收集资料；2、分析、研究零件图（和实物），进行工艺审查；3、选择毛坯制造方式，画毛坯图；4、拟订零件加工工艺路线；5、选择各工序所用的加工设备和工艺装备（刀具、夹具、量具）；6、确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差；7、计算切削用量并估算工时定额8、编写课程设计说明书。四、课程设计所需参考资料1、机械制造工艺设计手册，王绍俊主编，机械工业出版社，1987。2、机械加工工艺设计手册，张耀晟寰主编，机械工业出版社。3、机械加工工艺设计手册，李洪主编，北京出版社出版，1990。4、机械制造工艺设计手册，第一卷，孟少农主编，机械工业出版社，1991。5、金属机械加工工艺人员手册，赵如福主编，上海科技出版社出版，1991。6、金属切削用量手册。第二章 机械制造技术基础课程设计的内容和方法一、调查研究、收集资料设计能否顺利进行，设计质量的好坏，在很大程度上取决于这一过程的工作是否深入细致。一般通过调查研究，需要收集以下一些原始资料：1、零件工作图及其产品装配图。2、零件的生产纲领或生产类型。3、现场的生产条件（机床设备、工艺装备、工人技术水平、毛坯生产情况等）。4、国内外有关的先进工艺以及今后生产技术的发展方向等。5、有关的工艺手册、技术书刊等资料。二、分析、研究零件图（和实物），进行工艺审查对零件的分析、研究应从以下几个方面进行：1、熟悉零件图，了解零件的性能、用途、工作条件及其所在部件（或整机）中的作用。2、了解零件材料及其力学性能，以便合理选择毛坯种类和制造方法，确定切削用量、加工方法。3、分析零件上各项技术要求制订的依据，确定主要表面和次要表面，找出主要的关键技术问题。4、分析零件结构的工艺性。从选材是否得当，尺寸标注和技术要求是否合理，加工的难易程度，成本高低，是否便于采用先进的、高效率的工艺方法等方面进行分析，对不合理处可提出修改意见。最后应用计算机辅助工艺设计CAPP软件系统在计算机上绘出零件图。三、毛坯的确定1、毛坯选择的依据本课程设计的毛坯选择是指确定毛坯的种类、制造方法、毛坯的余量以及毛坯形状尺寸，并绘制出毛坯图。在进行这一步骤时，应全面考虑下述诸因素的影响。（1）零件的材料及对材料组织性能的要求零件的材料选定后，毛坯的种类一般可大体确定。例如，材料为铸铁与青铜的零件，一般应选择铸件毛坯。至于钢质零件，应考虑零件在工作中的性能的要求，例如，对一些重要的零件，为了保证良好的机械性能，不论结构形状简单或复杂，一般均须选择锻件毛坯，而不能选择棒料毛坯。（2）零件结构形状及外形尺寸毛坯的选择受到零件形状及外形尺寸的影响，例如，常见的各种阶梯轴，若各台阶直径相关不大，可以直接选择圆棒料；若直径相差较大，为了减少材料消耗和机械加工劳动量，则宜选择锻件毛坯。至于一些非回转体的板条形钢质零件，一般多为锻件。尺寸较大的零件，目前只能选取毛坯精度和生产率都比较低的自由锻和砂型铸造；而中小型零件，则可选择模锻、精锻、熔模铸造、压力铸造等先进的毛坯制造方法。（3）零件的生产类型毛坯制造方法还与零件的生产类型有关，比如零件生产类型是大批大量生产，则应采取精度与生产率都比较高的毛坯制造方法，并通过毛坯的精化使毛坯的形状与尺寸尽量与成品零件接近，力求实现少、无切屑加工。又如，零件生产类型是单件小批量生产，可用焊接件代替铸锻件。（4）现有生产条件选择毛坯种类时，要考虑现场毛坯制造的实际工艺水平、生产能力，以及设备情况，否则是不现实的。必要时，应深入毛坯车间，与加工技术人员共同确定毛坯的选择。2、毛坯余量的确定毛坯余量可根据毛坯的制造方式、毛坯的制造精度查阅机械加工工艺手册，用查表法确定各加工表面的总余量及公差。3、毛坯图的绘制（见图2.1）当毛坯选定并确定了毛坯总余量后，便可绘制毛坯图。步骤如下：（1）用计算机绘图时，先用细实线画出简化了次要细节的零件图的主要视图，然后将已确定的各加工表面的加工余量加在各相应的表面上，即可得到零件毛坯的实体轮廓，最后用粗实线将毛坯实体轮廓表示出来，比例1:1。（2）和一般零件图一样，为了将毛坯内部结构表达清楚，可画出必要的毛坯剖视、剖面图，并在剖面图上用交叉线表示加工余量。（3）在毛坯图上要标出毛坯主要尺寸及制造公差，一些次要尺寸可不标注毛坯制造公差。图2.1 毛坯图示例（4）在毛坯图上，还要标注必要的技术条件，如毛坯的制造精度、热处理及硬度、圆角尺寸、拔模斜度、表面要求（气孔、缩孔、夹砂）等。（5）最后将毛坯图中的零件轮廓线改为双点划线。四、拟订零件工艺路线拟订工艺路线是制定零件工艺规程中最为关键的一步，它与定位基准的选择有密切的关系。拟订工艺路线的主要任务是为零件选择各个表面的加工方法、定位基准，确定各个表面的加工顺序，确定工艺过程中工序的数目以及各工序所用机床设备和工艺装备等。（一）定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分。在第一道工序中用毛坯表面所作的定位基准称为粗基准，而在随后的工序中用已经加工过的表面用作的定位基准称为精基准。定位基准选择是否合理将直接影响到零件的加工精度能否得到保证并影响到零件加工顺序的安排和夹具结构的复杂程度等，所以它是制订工艺规程中一个十分重要的问题。一般应设想几种定位方案进行比较。1、精基准的选择选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑，如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使工件装夹可靠。一般应遵循下列原则来选择：（1）尽可能用工序基准（或设计基准）作定位基准基准重合的原则。（2）所选的精基准应能用它来定位，加工绝大多数的表面基准统一的原则。（3）若有的精加工或光整加工工序要求加工余量均匀而小，在加工时应该选择该加工表面本身作精基准自为基准的原则。（4）对某些相互位置精度要求很高的表面，可以采用互为定位基准，反复加工的方法来保证它们的位置精度互为基准的原则。（5）便于工件装夹与加工，并使夹具结构简单。2、粗基准的选择选择粗基准时，应从零件加工的全过程来考虑。一是要考虑如何合理分配各加工表面的余量，二是要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置关系。而这两个要求在生产中常常不能兼顾，因此，选择粗基准时必须首先明确哪个要求是主要的。一般应遵循下列原则来选择。（1）选择的粗基准应能合理的分配各加工表面的加工余量；（2）选择的粗基准应能保证工件加工表面对不加工表面的位置精度要求；（3）选作粗基准的表面应尽可能平整光滑，不能有飞边和浇口、冒口或其他缺陷。（4）粗基准一般只能使用一次，尽量避免重复使用。（二）零件表面加工方法的选择在分析研究零件的加工技术要求基础上，为零件各加工表面选择相应的加工方法。在选择加工方法时，应依次考虑以下几点：1、加工表面的技术要求首先要根据零件各加工表面的技术要求，确定各表面的最终加工方法和分几次加工。在进行这一步骤时，可参考相应的机械加工工艺手册进行。选择最终加工方法时，必须考虑各种加工方法所能达到的经济加工精度和在各种机床上加工时能达到的相互位置及形状的经济精度以及各种加工方法所能达到的表面粗糙度。2、被加工材料的性质选择加工方法时，应考虑工件材料的影响。例如，淬火钢必须用磨削的方法加工，而有色金属则磨削困难，一般都采用金刚镗或高速精密车削的加工方法。3、生产率和经济性加工方法还牵涉到零件的生产率和经济性。在大批大量生产时，应尽可能采用高效率的先进工艺方法。如拉削内孔与平面，同时加工几个表面的组合铣和组合磨削等。而在单件小批生产中，就采用一般的加工方法。4、生产现场的实际情况加工方法的选择应结合生产现场的实际情况进行。（三）零件各表面加工顺序的确定零件各表面加工顺序的安排对保证加工质量、降低加工成本都有重要的作用。在安排零件各表面的加工顺序时应考虑以下一些原则：1、机械加工顺序的安排（1）基准先行作为精基准的表面，一般都安排在第一、二道工序进行加工。例如，轴类零件的车端面，打中心孔；齿轮坯的车端面和内孔加工；成批生产箱体零件时，其顶面和底面或某些内孔加工等，在工艺过程一开始就把这些精基准表面加工出来，以便为后续工序的定位创造条件。（2）先主后次先加工零件上的装配基面、工作表面等主要表面，后加工如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面。（3）先粗后精零件的主要表面应粗、精加工分开，先粗加工，后精加工，光整加工放在最后。（4）先面后孔对于箱体、支架、连杆等类零件（其结构主要是由平面和孔所组成），由于平面的轮廓尺寸较大，用以定位比较稳定可靠，故一般是以平面定位基准来加工孔，所以应该先加工平面，后加工孔。这个原则实质上同“基准先行”原则密切相关的。2、热处理工序的安排热处理工序在工艺路线中的位置安排，主要取决于热处理的目的。一般有：（1）安排在机械加工之前的热处理有退火、正火、人工时效，目的是为了改善工件材料的机械性能和切削性能。（2）安排在粗加工之后，半精加工之前的热处理有调质处理、退火，主要是为了消除工件的内应力。（3）安排在半精加工后，精加工前的热处理有渗碳、整体淬火、高频淬火、冰冷处理、去内应力处理等，主要是为了提高工件表面的硬度，消除内应力。（4）安排在精加工后的热处理有氮化处理、氰化处理，其目的也是为了提高工件表面的硬度。3、辅助工序的安排（1）划线工序常在机械加工之前进行。（2）清洗工序紧接在光整加工（如珩磨、研磨）工序的后面，用汽油洗去工件表面的磨料；在齿轮加工后一般用柴油洗去工件表面的残留切屑，确保零件的装配、使用。还有一些清洗工序安排在表面粗加工后进行，如各种泵体及发动机汽缸等，在其内外表面粗加工后，应安排清洗的工序，即在铲除残留的型砂及浇、冒口后，用水清洗内腔，并进行水压试验，可及早发现漏水而进行修补或报废，避免后续工序的工时浪费。（3）油漆工序主要用于铸造的基体零件，如机床床身、立柱、箱体等，在内外表面粗加工及时效处理后，即可安排清理型砂、毛刺、然后涂红丹、底漆。（4）在各机械加工工序后应适当安排去毛刺、倒棱辅助工序，特别是铣削，刨削工序。（5）发蓝、发黑以及表面镀层等装饰工序应安排在工艺过程最后进行。4、检验工序的安排检验工序应安排在：（1）粗加工全部结束后，精加工之前。（2）零件从一个车间转向另一个车间前后。（3）费工和重要工序之后。（4）零件全部加工结束后。（四）工序的集中与分散工序的集中与分散各有优缺点，在制订工艺路线确定工序数目时，必须根据零件的生产规模、零件的结构特点和技术要求以及现场设备等实际生产条件，进行全面综合的分析。由于工序集中的优点多，现代生产的发展多趋向于工序集中。五、机床及工艺装备的选择1、机床的选择在工艺文件中应写明每道工序所用机床的型号，为此应了解各种机床的主要规格及主要技术性能和价格。选择时可参考工艺手册进行，并应注意结合以下几点原则：（1）机床的规格尺寸应与工件尺寸大小相适应。即小工件选用小机床，大工件选用大机床，要做到设备的合理使用。（2）机床的精度应与工序要求的加工精度相适应。对于高精度的零件加工，在缺乏精密设备时，也可通过旧设备的改装，以粗干精。（3）机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如单件小批生产时选择通用设备，大批大量生产选择高生产率专用设备。机床选择还应结合现场的实际情况，例如设备的类型、规格及精度状况，设备负荷的平衡状况以及设备的分布排列情况等。2、工艺装备的选择（1）夹具的选择在工艺文件中应写明夹具的名称和代号。夹具选择主要考虑零件的生产类型来进行。对于单件小批生产应选择通用夹具，例如各种卡盘、虎钳和回转工作台等。为了提高生产率应积极推广使用组合夹具。而大批大量生产，则应采用高生产率的气液传动的专用机床夹具。此外，夹具的精度还应与工件的加工精度相适应。（2）刀具的选择刀具的选择包括材料、型号、主要切削参数。在工艺文件中应写明名称及代号。一般采用标准刀具，必要时可采用各种高生产率的复合刀具及其它一些专用刀具。刀具的类型、规格及精度等级应符合加工要求。（3）量具的选择在工艺文件中应写明量具的名称和代号。量具的精度必须与加工精度相适应。单件小批生产应采用通用量具，如游标卡尺、百分表等，大批大量生产应采用各种规格和一些高生产率的专用量具。六、机械加工工序设计（一）确定加工余量毛坯余量（加工总余量）已在画毛坯图时确定，这里主要是确定工序余量（即每道工序的加工余量）。工序余量一般可用计算法、查表法或经验估计法确定。本课程设计可参阅有关的机械加工工艺手册用查表法来确定各工序的加工余量。（二）确定工序尺寸及公差工序尺寸是指某工序加工应达到的尺寸。计算工序尺寸和标注尺寸公差是制订工艺规程的主要工作之一。工序尺寸及其公差要根据已确定的加工余量及定位基准的转换情况来确定，可以归纳为以下两种情况：1、简单的工序尺寸它是指在对某一表面进行多次加工的过程中，各道工序的定位基准相同，并与设计基准重合的情况下所形成的工序尺寸。对于这类简单的工序尺寸，只需根据各工序的加工余量就可以计算出各工序的基本尺寸，其计算的顺序是由最后一道工序开始逐步向前推算。各工序尺寸的公差一般按加工方法的经济加工精度来确定（可查阅机械加工工艺手册），并按“入体原则”标注。例：如图2.2所示，已知某汽车变速器齿轮，其内孔加工要求为F580+0.03mm。加工的工艺方案为扩孔拉孔淬火磨孔。试用查表法确定内孔加工的各道工序的工序尺寸和公差。解：（1）首先按查表法确定各工序的加工余量及毛坯总余量。查工艺手册可得各工序的加工余量及毛坯总余量如下：磨孔的加工余量 0.25mm 扩孔的加工余量 6.7mm拉孔的加工余量 1.05mm 毛坯总余量 8mm图2.2 图2.3（2）计算各工序的基本尺寸。磨削后，孔的直径应该达到图纸规定要求，故磨削的工序尺寸即为图纸上的设计尺寸，即 磨削的工序尺寸 D3=580+0.03mm拉孔后孔的基本尺寸 D2=58 -0.25=57.75mm扩孔后孔的基本尺寸 D1=57.75 -1.05=56.7mm毛坯孔的基本尺寸 D0=56.7 -6.7=50mm（3）按照加工方法能达到的经济加工精度给工序尺寸确定公差。拉孔的经济精度取IT7， 查公差表得T2 =0.030mm(基本尺寸=57.75mm)扩孔的经济精度取IT10，查公差表得T1 =0.120mm(基本尺寸=56.7mm)毛坯公差T0 =3mm计算结果如2.1所示：表2.1 工序名称工序余量/mm工序尺寸mm工序公差/mm工序尺寸及公差/mm磨 孔0.25580.030(IT7)F580+0.03拉 孔1.0558 - 0.25=57.750.030(IT7)F57.750+0.03拉 孔6.757.75-1.05=56.70.120(IT10)F56.70+0.120毛坯孔503F58-1.0+2.0图2.3说明了加工该孔的余量、工序尺寸及公差之间的关系。2、相互联系比较复杂的工序尺寸在零件的加工过程中，当基准转换（改变）时，常需应用尺寸链原理来进行分析计算工序尺寸。本课程设计对此类工序尺寸的计算不作要求，感兴趣的同学可参见机械制造工艺学相关部分。（三）工序卡中工序简图的要求（见图2.4）1、工序简图可按比例缩小，也可以只画出与加工部位有关的局部视图，除加工表面、定位面、夹紧面、主要轮廓外，其余线条均可省略，以必需、明了为度。2、被加工表面用粗实线表示，其余均用细实线表示。3、应标明本工序加工的工序尺寸、公差及粗糙度要求。4、定位、夹紧表面应以规定的符号表明（JB/Z174-82）。图2.4 工序简图示例七、确定各工序的切削用量、工时定额1、确定各工序切削用量选择切削用量的基本原则是保证加工质量，在规定的刀具耐用度条件下，使机动时间少、生产率高。为此，应合理选择刀具，它包括刀具的材料、几何角度等。在选择切削用量时，首先应确定背吃刀量（粗加工时，尽可能等于工序余量）；然后根据表面粗糙度要求选择较大的进给量；最后，根据切削速度与刀具耐用度或机床功率的关系，用计算或查表的方法求出相应的切削速度。本次课程设计可参阅有关的机械加工工艺手册，采用查表法。2、制订工时定额本次设计作为一种对时间定额确定方法的了解，可只确定一个工序的单件时间定额。设计时可采用查表法或计算法确定（参阅有关的机械加工工艺手册）。时间定额是在一定的技术、组织条件下制定出来的完成单件产品（如一个零件）或某项工作（如一个工序）所需的时间。后者称为单件时间定额，它包括下列组成部分：Tp =Tn +Ta +Ts +Tr其中：Tp单件时间。Tn基本时间，即直接改变生产对象的尺寸、形状、位置、表面状态和材料性质等工艺过程所耗费的时间。对切削而言，就是机动时间。该时间通常可用计算法求得，各种加工方法基本时间的计算方法详见有关工艺手册。Ta辅助时间，即在每个工序中为了保证完成基本工艺工作而需要做的辅助动作所耗费的时间。如装夹工件、操作机床、改变切削用量、试切工件和度量工件尺寸等动作所耗费的时间，该时间可由定额表查出，详见工艺手册。基本时间与辅助时间之和称为作业时间。Ts布置工作地时间，它是指为了使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切削、收拾工具等）所耗费的时间。一般按作业时间的a%（约27%）来估算。Tr休息与身体需要时间，它是指工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般按作业时间的b%（约2%）来估算。Tsu准备与终结时间，是指工人在加工一批零件的开始和结束时所需要做的一些时间消耗。如在工作开始时熟悉图纸、工艺文件，领取毛坯，安装刀具夹具等的时间消耗；终结时，需要拆卸和归还工艺装备，发送产品的时间消耗。准备与终结时间对一批零件只需要一次。零件批量越大，则分摊到每个工件上的准备与终结时间越少。故单件时间定额Tc为： Tc = Tp +Tsu / n其中：n零件的生产批量。大量生产时，零件的生产批量很大，Tsu / n可以忽略不计。八、编写课程设计说明书编写课程设计说明书是课程设计最后的一个步骤，要求学生对以上过程进行归纳总结，然后用文字的形式表达出来。说明书要求叙述清楚、层次分明、计算正确、书写工整。第三章 计算机辅助工艺过程设计（CAPP）系统概述一、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）系统概述（一）工艺过程设计的重要性工艺过程设计是工厂工艺部门的一项经常性的技术工作，它是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计和生产制造的重要纽带，起着桥梁的作用。它以文件形式确定下来的工艺规程是零件加工和工艺装备设计制造的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高生产效率、降低成本、缩短生产周期、改善劳动条件都有着直接的影响，可以说，没有正确合理的工艺设计就不可能经济而有效地将设计蓝图变成合格产品，因此工艺过程设计对企业生产影响极大。（二）常规工艺设计存在的问题在工艺设计中，常规设计方法是按人工方式逐件设计企业的自制零件，人工方式和逐件设计是它的两个基本特点。也正是这两个基本特点，给多品种、小批量生产的工艺设计带来两个严重的后果。（1）工艺设计工作的重复性在多品种生产条件下，采用手工方式逐件设计产品自制零件的工艺过程，这是一项繁重的重复劳动，其工作量极大，效率也低。而且，随着产品不断更新和品种不断增加，这种现象还会加剧，使工艺部门的技术人员难于应付这些日益繁重的新产品工艺准备工作。（2）同类零件的工艺多样性同类零件指的是在结构和工艺上特征相似或相同的零件集合，由于它们在结构和工艺上的特征相似或相同，其工艺过程也应该相似或相同的，但在常规的工艺设计中，由于采用手工方式逐件设计产品自制零件的工艺过程，这就造成了即使在相同的生产条件下，同类零件都可能产生多种不同的工艺方案，即同类零件的工艺多样性。最终导致了同类零件所用的工艺装备品种、规格、数量不必要地增多，使生产成本增加，生产周期延长。（三）计算机辅助工艺设计的概念如何解决常规工艺设计存在的问题，随着电子计算机技术的发展和机械制造领域中的广泛应用，为常规工艺过程设计提供了理想的解决方案。工艺过程设计的主要工作是在分析和处理大量信息的基础上进行选择（如选择加工方法、机床、刀具加工顺序等）、计算（如计算加工余量、工序尺寸、公差、切削参数、工量定额等）、绘图（如绘制毛坯图、工序简图）以及编制文件等，而计算机能有效地管理大量的数据，进行快速、准确的计算和各种形式的比较、选择和编制表格文件等，这些功能正好适应工艺过程设计需要，所以，利用计算机来辅助工艺过程设计（CAPP，Computer Aided Process Planning），实现工艺设计的标准化和自动化是解决常规工艺设计存在的问题的有效的途径。计算机辅助工艺设计是指在产品制造过程中，应用计算机作辅助手段，来制订规范化的零件工艺过程。其任务是根据零件的设计信息，生成零件的制造加工信息，并通过这些信息来控制和操作零件的整个生产过程。由于计算机集成制造系统（CIMS-computer integrated manufacturing system）的出现，计算机辅助工艺设计上与计算机辅助设计（CAD-computer aided design）相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，产品设计也只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。计算机辅助工艺设计CAPP作为计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造的CAM的中间环节，它接受来自CAD系统的零件信息（几何信息、工艺信息、制造信息等），然后通过工艺人员的参与，运用其工艺设计知识，在工程数据库和相关软件的支持下，设计合理的加工路线，优化选择加工的参数以及设备，最终生成规范化的零件工艺规程。机械产品CAPP的主要功能有：毛坯设计加工方法选择工艺路线拟订工序设计工时定额计算（四）计算机辅助工艺设计（CAPP）系统的主要类型及原理CAPP系统就其原理和方法上来看，可归纳两种基本类型：1、派生法的CAPP系统派生法CAPP系统的基本原理是利用零件的相似性。如果零件的结构形状相似，则它们的工艺过程也是具有相似性。所以一个新零件的工艺过程，可以通过检索相似零件的工艺过程，并加以编辑修订而成, 其工作原理如图3.1所示。产品零件分类成组多个零件组成组工艺贮存零件组矩阵文件标准工艺路线文件标准加工工序文件零件组矩阵文件应用程序标准工艺输入零件GT代码检索零件组标准工艺检索/编辑标准工序检索/编辑加工参数处理计算工艺规程存储器工艺规程格式生成工艺文件输出图3.1 派生式CAPP系统的基本原理相似零件的集合称为零件族，图3.1中的标准工艺就是能被一个零件族使用的标准工艺过程及工序。派生法CAPP系统的效率和质量在很大程度上取决于零件族的划分和标准工艺的整理。这种标准工艺应该是符合企业生产条件下的最优工艺方案，它应尽可能采纳现有工艺的新成就以及经过实践证明是成熟的和先进的工艺，可以说它是集工艺专家、工艺人员的集体智慧和多年的实践经验制订出来的。如图3.1所示，当要为新零件设计工艺规程时，首先输入该零件的成组技术代码，由计算机判别该零件属于哪一个零件族，然后检索出该零件族的标准工艺规程，再根据零件的结构形状特点、尺寸公差，进行编辑修改，就可以获得该零件的工艺规程。目前派生法CAPP生成工艺规程的方法已经比较成熟，应用十分广泛，现有的大部分CAPP系统都属于这种类型。2、生成法的CAPP系统生成法CAPP系统的工作原理和派生法系统不同，它在系统中没有预先存入的标准工艺，而是依靠输入零件图形及其有关的加工要求等信息，并通过预先存入计算机系统数据库或知识库中的一系列与设计零件工艺有关的诸如确定毛坯类型、定位夹紧方式、表面加工方法、工序顺序安排、选择工艺装备等工艺决策规则，再利用计算机的逻辑判断功能，自动生成全新的、优化的零件工艺规程。其工作原理如图3.2所示。制造数据库机床数据零件信息输入模块决策逻辑程序夹具数据刀具工具数据据切削数据零件加工顺序生成模块机床选择模块夹具选择模块刀具工具选择模块切削数据选择模块工艺生成及输出模块图3.2 创成式CAPP系统的原理图 由于工艺问题的解决十分复杂，要想完全自动地生成零件工艺规程而不依靠人的干预，从目前的科学水平来看还很难实现，所以至今生成法CAPP还只是处在研制阶段中，而尚未实用化。目前国内外已有将派生法和生成法两种系统结合起来，取其之长，避其之短而形成的系统并且已研制成功，这种综合系统虽然沿用派生法系统的检索编辑原理，但在编辑时却引入了生成法系统的决策逻辑原理。这种系统又称半生成法CAPP系统，现在世界各国研制出的、号称创成法的CAPP系统，实际都属于这种类型，它具有很高的应用价值。（五）计算机辅助工艺（CAPP）的经济效益计算机辅助工艺设计（CAPP）在以下几个方面取得较好的社会经济效益：首先，CAPP系统使原来人类通过长期生产实践所积累的宝贵经验和知识，得以继承和运用，使这些宝贵的经验和知识不至于由于有经验的工艺人员退休而失传。也正因如此，实践经验少的工艺人员也能应用CAPP系统设计出较好的工艺过程，这样不仅可以弥补有经验的高级工艺师的不足，而且能使大量有经验的工艺师从目前繁琐的重复劳动中解放出来，去从事研究新工艺和改进现有工艺的工作，促使工厂技术进步，提高生产率。其次，由于将工艺专家的集体智慧融合在CAPP系统中，采用CAPP系统可以保证获得高质量、优化的工艺规程，并且还能有效的保持同类零件的工艺一致性。第三，采用CAPP系统不仅可以减轻工艺人员的重复劳动，而且能显著地提高工艺设计工作的效率，加快工艺规程设计的速度，缩短生产准备时间。据一些工厂统计，采用CAPP系统进行工艺设计一般可将工艺设计时间缩短到原来的1/71/10, 工艺设计的劳动量可以减少2040%，工艺设计费用降低2050%，总的制造成本降低9.6%。二、开目CAPP计算机辅助工艺设计系统（一）开目CAPP系统概述1、开目CAPP的发展历程开目CAPP的开发始于1996年并于1997年正式推出商品化的系统开目CAPP for DOS 1.0版。1.0版的CAPP系统继承了开目CAD很多优秀的功能，具有绘制工序简图、编制工艺流程、工艺表格模板定义、打印输出、工艺装备汇总等功能。1997年底，开目CAPP开始由DOS平台向Windows平台转换，并在1998年4月提出开目CAPP for DOS 2.0版。2.0版对1.0版作出很多有益的功能扩充。它综合了很多企业的需求和建议，对系统的适用性和实用性进行了提高。在功能模块上，包括表格定义、工艺规程配置、工艺规程设计等，都集成在Windows平台下，构成了CAPP系统的基本框架。1998年8月，开目CAPP系统得到国家863CIMS主题目标产品的资助，取得了突飞猛进的发展。在此后的一年多时间内，开目CAPP由2.0版发展到现在的3.0版新增了很多功能模块，开发了很多功能接口，这包括提供了db三、access、sql_server等数据库接口，DLL、OCX等开发接口，而且还应用了COM（component object model）技术、公式求解、自然语言表达与理解等新技术、新方法，不仅提高了系统的可扩充性，还提高了系统的先进性，有些功能甚至是独一无二。开目公司即将推出开目CAPP4.0版，它会增加更多的开发接口，增强对网络、数据库的支持，并且还会推出开目CAPP智能开发工具系统。2、开目CAPP的思路从使用的角度考虑：l 强调工艺系统的实用性和商品化程度，减少工艺设计和管理的工作量，确保工艺文档的完整性、一致性、正确性。l 向企业推荐和引进国家标准的工艺设计和工艺管理规范。l 提供CAPP工具系统，兼顾大多数企业原有的工艺习惯，使企业容易扩展和推广应用。软件本身要具有良好的适应性。从集成性的角度考虑：l 基于网络和数据库平台，满足企业信息集成的要求，确保数据的集中、安全、统一。l 支持多部门、不同角色的工艺设计。支持工艺文档的设计、审核、批准、标准化等工作流程。l 强调与企业其它计算机应用系统，如CAD、PDM、ERP等集成，真正起到工艺桥梁的作用。l 提高CAPP系统的适应能力，使之不仅能与开目系统产品集成，而且能够和其它CAD、PDM等系统集成。开目CAPP还可以读取其它CAD软件生成的图形信息并提供数据库读写接口，与其它PDM系统集成。开目CAPP提供标准的动态连接库和控件，使其它系统能够管理开目CAPP生成的工艺文件等。图3.3 KMCAPP系统的功能结构图表格定义工艺规程类型管理工艺规程设计通用技术文件管理KMCAPP系统（二）开目CAPP系统的功能模块开目CAPP系统具有表格定义、工艺规程类型管理、开目CAPP、通用技术文件填写等四大功能模块，如图3.3所示。1、表格定义模块在工程实际应用中，工艺信息大多是表格形式的工艺文件，如工艺过程卡片、工序卡片以及工装卡片等，这些工艺文件的表格形式和填写内容，具体到每一个企业都是不同的，为此，开目CAPP系统专门开发了表格定义功能，它可以让用户自己定义工艺表格中不同区域的填写内容和填写格式，从而使开目CAPP系统具有很高的工程适用性。2、工艺规程类型管理模块通常，企业生产要用到的工艺文件，不仅仅是机加工工艺，可能还有热加工、焊接、装配等其他工艺。开目CAPP系统的工艺类型管理模块可以为多种工艺规程配置相应的工艺过程卡片和工序卡片，以便使系统应用时能自动调出所用的工艺过程卡和工序卡片。3、工艺规程设计模块工艺规程设计模块主要用于生成工艺过程卡片和工序卡片，绘制工序简图等。开目CAPP在编制工艺卡片时，模拟了工艺人员编制工艺的习惯和过程，先由工艺路线开始，确定好加工顺序后，再具体指定工序的内容，如切削参数的选定、工艺装备的选择、工序简图的绘制等。具体来讲，该模块为工艺人员提供了如下功能：拟定工艺路线、生成工艺过程卡片；生成工艺卡片附页；在工艺路线中，允许申请工序卡片，并把工艺过程卡片中的内容自动填写到工序卡片中去；生成工序卡片附页；在填写工艺表格时，可以查询工艺数据库；绘制工艺附图；更改工序卡片格式；具有开目独特的角色签字功能；灵活的工艺文件输出方式。4、通用技术文件填写模块该模块专门用于文档类技术文件的填写，如设计任务书、更改文件通知单、验证书等通用技术文件的填写。（三）应用开目CAPP系统编制零件的工艺规程1、应用开目CAPP系统编制零件工艺规程的一般步骤一般地，一个零件完整的工艺规程内容包括工艺过程卡和工序卡。在编制工艺规程时，应先制订工艺过程卡，然后在工艺过程卡的基础上，申请工序卡，步骤如下：1）打开欲编制工艺的零件的零件图（后缀为*KMG）2）工艺过程卡的编制a）进入工艺过程卡的表中区，填写工艺路线；b）如有附图，可申请附页，然后进行绘制；c）在工艺过程卡中可调整工序，包括增加、删除、插入交换工序等；3）如需要工序卡，可按以下步骤编制工序卡a）在工艺过程卡片的表中区内，对带有工序号的行申请工序卡；b）由表中区的某一行直接进入该行对应的工序卡；c）若有需要，可更改当前工序卡的格式，然后填写工序卡的内容；d）绘制工序简图；4）存储工艺文件注：若事先没有零件图或者无绘制工序简图的要求，对上述过程中的步骤1可以跳过。 图3.42、如何进入开目CAPP系统单击Window98的“开始”按钮，然后选择“程序”项，再找到“开目CAPP”程序组，用鼠标左键单击“开目CAPP”，会弹出图3.4所示的对话框，点击新建工艺规程，进入KMCAPP系统界面，如图3.5所示。 图3.5 KMCAPP系统界面3、如何新建、保存工艺过程卡片通过选择菜单上“文件”的“新建”命令即可新建一个零件的工艺规程，如图3.5所示。单击“文件”中菜单中的“保存”命令，可以保存当前正在编辑的文档。如果文件已有名字，则直接保存；如果文件还未取名字，系统将提示输入正确的路径和文件名，被保存文件的后缀名为GXK。4、零件工艺规程的编制建立了零件工艺过程卡片后，在“过程卡”菜单中就可以完成工艺路线的编制、工艺卡片中零件总体信息的填写、为工艺过程卡申请附页等工作。1）如何输入零件的总体信息点击“过程卡”菜单的“表头区”或用鼠标点击“切换至过程卡”按钮，系统将自动调出工艺过程卡，如图3.6所示，可直接填写零件有关的总体信息，如零件名称、零件图号、产品类型等，这些表头信息是公共信息，它们可以直接传送到各工序卡里，并且在编辑工序卡时，若修改了这些公共信息，工艺过程卡的表头也将被更改。图3.6 机械加工工艺过程卡界面2）如何进入零件工艺路线编辑窗口点击“表中区”，屏幕上会弹出工艺路线编辑窗口，如图3.7所示，即可时入工艺过程卡进行工艺路线的编制。图3.7 拟定工艺路线的表中区编辑界面3）工序卡的申请与删除当表中区逐条填写了工艺路线后，下一步就可为工艺路线中每道工序申请工序卡了。将光标移到某工序行上，单击“分配一张工序卡”按钮，即可向系统申请一个页面，生成一张工序卡。一旦在某道工序上申请了工序卡，则在这一行上申请工序卡的按钮自动无效，也就是说这一道工序不能再申请工序卡了。若想取消已申请的工序卡，可单击相应的“取消工序卡”按钮，即可取消已申请的工序卡。若想由工艺过程卡直接进入某道工序卡，可将光标移至该工序对应的行，然后单击“进入当前行对应的工序卡”按钮，即可进入到该行对应的工序卡中。5、工序简图的绘制工序简图通常只需要给出零件的外部轮廓或局部视图，若简图里只需要零件的外部轮廓，可按以下步骤进行。1）用绘图工具条中的“组”菜单，选“增”里的“仅框内”按钮；2）按住鼠标左键定义两个角点，在零件图中，系统将自动识别外轮廓线；3）利用工具条进入需要简图的页面；4）按Alt 或Alt ，可 放大、缩小零件外部轮廓，或利用鼠标右键弹出菜单，选择“比例”放大、缩小外部轮廓，比例和位置适当后，按回车或鼠标左键确定。若需往简图里补充一些局部结构，用组选中后利用工具翻页进入相应的页面，该局部结构会自动映射到该页面已有的简图上。当然也可直接利用开目CAPP的绘图工具按钮来绘制工序简图。（四）开目CAPP系统的绘图功能实例介绍下面以实例来介绍开目CAPP系统的绘图功能。绘制如图3.8所示的零件图操作步骤如下：图3.8 图3.91）用黄光标画水平点划线；2）上点划线，点右键菜单“定义对称线”，定义后点划线为红色；3）利用智能导航，将光标放在点划线上的01点，此时点划线变为青色；4）敲入“30”，光标垂直朝下移动30mm，回车确定起点，敲入“60”，光标朝上移动60mm的直线，回车确定，画出直线AB；5）按“30”，回车确定，画直线BC；6）按“20”，回车确定，画直线CD；7）按“30”，回车确定，画直线DE；8）利用对称导航，将光标往下拖动到“F”，单击左键，画EF；9）再利用智能导航依次画FG、GH、HA；10）将光标切换为红光标，上到01点；11）按“20” ，光标移到I点，按回车确定；12）按“60”，回车确定，画直线IJ；13）利用智能导航，将光标下移动L点，画直线LK；14）将光标放在任意位置，点鼠标右键菜单“擦除”，会弹出子菜单，单击其中的“擦除多余线”，系统可将超出图形太长的点划线剪切成符合规范。零件标注尺寸如图3.9所示，其操作步骤如下：15）单击“画”的子按钮栏的按钮“圆角”，然后单击“设置工具条”中“设置半径栏”，输入“3”，将圆角半径调整为“3mm”；16）把圆角光标放在需做圆角的两个图素附近，单击左键，系统会提示“是否擦除加亮段”，并在图上加亮多余段，单击对话框中的“是”，即可画出所需圆角；17）单击“画”的子按钮栏中的 “倒角”或“轴孔倒角”按钮，然后同作圆角一样的方法画出所需倒角；18）单击主按钮中的按钮“剖”，在其子按钮栏中单击