计算机辅助工艺设计课件(一)

第七章计算机辅助工艺设计第一节成组技术一、概述成组技术的基本原理是对相似的零件进行识别和分组，相似的零件归入一个零件组或零件族，并在设计和制造中充分利用它们的相似点，以获得所期望的经济效益。成组技术之所以能够如此迅速的应用的原因（1）现代科学技术的发展加快了产品更新换代，产品品种日益多样化，因此多品种中小批量生产已成为当今机械制造业的主流。（2）产品具有更高的可靠性要求，零件具有更高的加工质量。（3）需要加工的零件材料品种更为繁多。（4）要求进一步提高生产率、降低废品率和降低材料消耗。（5）进一步加强设计、制造等所有生产环节的联系。

2．成组技术的基本原理

成组技术的基本原理是对相似的零件进行识别和分组，相似的零件归入一个零件组或零件族，并在设计和制造中充分利用它们的相似点，以获得所期望的经济效益零件的相似性零件的相似性有两类：设计性质（如几何形状和尺寸等）方面的相似性制造性质（如加工工艺）方面的相似性。零件的相似性是零件分族的基础。

3.成组技术的应用（1）成组工艺（2）成组生产单元的组织（3）成组技术在CAD中的应用（4）成组技术在CAPP系统中的应用（5）成组技术在FMS中的应用4.成组技术的优点（1）有利于零件设计标准化，减少设计工作的重复。（2）有利于工艺设计的标准化（3）降低生产成本，简化生产计划，缩短了生产周期。（4）有利于CAD系统与CAM系统连接，实现CAD/CAM系统的集成。二、零件族

零件族是一些零件的集合，这些零件具有相似的几何形状和尺寸或在加工具有相似的加工步骤一般来说形状相似的工件，工艺也相似。解决决成成组组问问题题的的三三个个方方法法（1））人人工工识识别别分分组组法法（（也也称称视视检检法法））。。（2））零零件件分分类类和和编编码码分分组组法法。。（3））生生产产流流程程分分析析（（Productionflowanalysis，，简称称PFA））分组组法法。。三、、零零件件分分类类编编码码系系统统1.零零件分类类编码系系统的基基本类型型零件分类类编码系系统主要要可分为为三类：：

（1）面向向零件设设计特征征的分类类编码系系统。这这类系统统适用于于设计部部门进行行设计检检索和提提高设计计标准化化。（2））面向向零件件制造造特征征的分分类编编码系系统。。这类类系统统适用用于生生产部部门进进行计计算机机辅助助工艺艺规程程设计计、工工装设设计以以及与与生产产有关关的工工作。。（3））面向向零件件设计计和制制造的的分类类编码码系统统。这这类系系统综综合了了以上上两种种系统统的功功能和和优点点，是是一种种独立立的编编码系系统。。2。零零件分分类编编码系系统的的结构构（1））树式式结构构：除除第一一码位位外，，其它它码位位上符符号的的确切切含义义都要要根据据前一一码位位来确确定，，码位位之间间是上上下级级关系系，这这种结结构又又称单单码或或分级级结构构。（2））链式式结构构：每每个码码位上上的符符号的的含义义是固固定的的，与与其它它码位位无关关，也也称为为并列列结构构或矩矩阵结结构。。（3））混合合式结结构：：上述述两种种结构构的组组合，，以其其综合合树式式结构构和链链式结结构的的优点点，更更好地地满足足设计计和制制造的的需要要。3.OPITZ分类类编码码系统统4。JLBM-1零零件分类编编码系统第二节CAPP系统的发展展概况和工工作原理一、工作原原理(1)派生式（Variant）：：根据成组技技术的原理理将零件划划分为相似似零件组，，按零件组组编制出标标准工艺规规程以及相相应的检索索方法与逻逻辑，并以以文件的形形式贮存在在计算机中中。当要为为新零件设设计工艺规规程时，输输入该零件件的成组技技术代码，，由计算机机判别零件件属于哪一一个零件组组，检索出出该零件组组的标准设设计工艺规规程。对标标准工艺规规程进行增增删、修改改以及编辑辑后，形成成该零件具具体的工艺艺规程。通通常调用标标准工艺文文件，确定定加工顺序序，计算切切削参数、、加工时间间或加工费费用都是由由计算机自自动进行的的。(2)创成式创成式（Generative）：不以原有的的工艺规程程为基础，，在计算机机软件系统统中，收集集了大量的的工艺数据据和加工知知识，并在在此基础上上建立了一一系列的决决策逻辑，，形成了工工艺数据库库和加工知知识库。当当输入新零零件的有关关信息后，，系统可以以模仿工艺艺人员，应应用各种工工艺决策逻逻辑规则，，在没有人人工干预的的条件下，，自动地生生成零件的的工艺规程程。(3)混合合式式混合合式式（（Hybrid））：：有人人将将传传统统派派生生法法、、传传统统创创成成法法与与人人工工智智能能结结合合在在一一起起，，综综合合它它们们的的优优点点，，构构造造了了所所谓谓的的混混合合式式CAPP系统统。。这这种种工工艺艺设设计计系系统统沿沿用用以以派派生生式式为为主主的的检检索索————编编辑辑原原理理，，当当零零件件不不能能归归入入系系统统已已存存在在的的零零件件组组时时，，则则采采用用创创成成式式原原理理进进行行工工艺艺设设计计，，或或在在工工艺艺编编辑辑时时引引入入创创成成式式的的决决策策逻逻辑辑原原理理。。(4)基于于知知识识的的专专家家系系统统(1)基于知识的专专家系统（ExpertSystem）将人工智能（（AI）、专家系统技术术等技术应用用于CAPP系统的研究和和开发，研制制成功了所谓谓基于知识的的CAPP专家系统。二、CAPP系统的基本结结构基本结构都离离不开零件信信息的输入、、工艺规程的的生成、工艺艺数据/知识识库、系统的的控制和管理理与工艺文件件输出/编辑辑等五个部分分。1.零件信信息的输入：：2.工艺规规程的生成：：3.工艺数数据/知识库库：4.系统的的控制和管理理：5.工艺文文件管理与输输出：三、CAPP的功能（1）接收或或生成零件信信息。（2）检索标标准工艺文件件。（3）选择加加工方法。（4）安排加加工路线。（5）选择机机床、刀具和和夹具等。（6）确定切切削用量。（7）计算切切削参数、工工时定额和加加工费用等。。（8）计算工工序尺寸和公公差，确定毛毛坯类型和尺尺寸。（9）绘制工工序图。（10）生成成工艺文件。。（11）刀具路径规规划和NC编程。四、CAPP系统发展趋势势1.集成化趋势2.通用化趋势3.智能化趋势第三节CAPP系统零件信息息描述、输入入和输出一、图纸信信息的描述与与人机交互式式输入1。分类编码码描述法（GT法）与输入2。语言描述述与输入法3。知识表示示描述法4。基于形状状特征或表面面元素的描述述与输入法二、从CAD系统直接输入入零件信息1.特征识识别法2.基于特征征拼装的计算算机绘图与零零件信息的描描述和输入方方法3.基于三维维特征造型的的零件信息描描述与输入方方法4.基于产品品数据交换规规范的产品建建模与信息输输入方法三、图形扫描及识识别技术的输输入方式这种方法就是是用图形扫描描仪将图纸上上的信息扫描描输入到计算算机中，然后后对扫描所得得到的信息进进行一定的分分析与处理，，在计算机上上还原出工程程图纸，并形形成相应的图图形文件，再再将图形文件件进行分析与与识别，抽取取出CAPP系统能识别别的几何形状状信息与加工工信息。四、CAPP系统零件信信息模型用上述方法向向CAPP系系统输入零件件信息后，CAPP系统统内部必须用用一种合理的的数据结构来来组织这些信信息，这就是是CAPP系系统零件信息息模型要解决决的问题。目目前CAPP系统中应用用最广泛的一一种零件信息息建模方法是是基于特征的的零件信息描描述法，即特特征建模法。。五、CAPP系统的输出1）工艺规程程的输出2）工序图的的输出3）NC代码码的输出第四节派派生式CAPP系统派生式CAPP系统的工作原原理是根据成成组技术中相相似性原理，，如果零件的的结构形状相相似，则它们们的工艺规程程也有相似性性。当为一个个新零件设计计工艺规程时时，从计算机机中检索标准准工艺文件，，然后经过一一定的编辑和和修改就可以以得到该零件件的工艺规程程，派生一词词由此得名。。派生式CAPP系统又又称检检索式式或变变异式式、经经验法法或样样件法法CAPP系统。。根据据零件件信息息的描描述与与输入入方法法不同同，派派生式式CAPP系统又又分为为基于于成组组技术术（GT））的派派生生式式与与基基于于特特征征的的派派生生式式CAPP系统统。。派生生式式CAPP系统统的的工工作作流流程程，其其设设计计步步骤骤如如下下：：1)系系统统的的需需求求分分析析。。2)工工艺艺设设计计标标准准化化。。3)系系统统的的功功能能设设计计。。4)系系统统详详细细设设计计。。5)硬硬件件和和软软件件平平台台的的选选择择。。6)人人机机接接口口设设计计。。7)确确定定数数据据结结构构，，建建立立数数据据文文件件或或数数据据库库。。8)编编制制系系统统规规格格说说明明。。9)程程序序编编制制。。10)编编写写程程序序文文档档。。11)程程序序测测试试与与维维护护。。1.零零件件编编码码2.零零件件分分组组3.设设计计零零件件组组的的复复合合零零件件4.标标准准工工艺艺规规程程的的制制订订5.标标准准工工艺艺规规程程的的表表达达与与工工艺艺规规程程筛筛选选方方法法6.建建立立工工艺艺数数据据和和知知识识库库7.软软件件设设计计1)CAPP模块块划划分分：：2)各各模模块块程程序序设设计计3)CAPP系统统总总程程序序的的设设计计和和联联调调：：具体体研研制制过过程程三、、派派生生式式CAPP系统统的的使使用用过过程程（1））按按照照已已选选定定的的零零件件分分类类编编码码系系统统，，给给待待编编工工艺艺过过程程的的新新零零件件编编码码；；（（2））根根据据零零件件编编码码判判断断新新零零件件是是否否包包括括在在系系统统已已有有的的零零件件组组内内；；（（3））如如果果新新零零件件包包括括在在已已有有零零件件组组内内，，则则调调出出该该零零件件组组的的标标准准工工艺艺过过程程；；如如果果不不在在，，则则计计算算机机将将告告知知用用户户，，必必要要时时需需创创建建新新的的零零件件组组；；（（4））计计算算机机根根据据输输入入代代码码和和已已确确定定的的逻逻辑辑，，对对标标准准工工艺艺过过程程进进行行筛筛选选；；（（5））用用户户对对已已选选出出的的工工艺艺过过程程进进行行编编辑辑，，增增删删或或修修改改；；（（6））将将编编号号的的工工艺艺过过程程存存储储起起来来，，并并按按指指定定格格式式打打印印输输出出。。四、TOJICAPP系统简介介第五节创创成成式CAPP系统。创成式式CAPP系统统在原理理上比较较理想，，就是让让计算机机模仿工工艺人员员的逻辑辑能力，，自动进进行各种种决策，，选择零零件的加加工方法法，安排排工艺路路线、选选择机床床、刀具具、夹具具、计算算切削参参数和加加工时间间、加工工成本，，以及对对工艺过过程进行行优化。。人的任任务仅在在于监督督计算机机的工作作，并在在计算机机决策过过程中作作一些简简单问题题的处理理，对中中间结果果进行判判断和评评估等。。二、创成式式CAPP系统设计的的一般过程程1.准准备备阶段具体工作大大体包括下下述内容：：（1）明确确开发的系系统的设计计对象（2）对本本类零件进进行工艺分分析；（3）搜集集和整理各各种加工方方法的加工工能力范围围和经济加加工精度等等数据（4）收集集、整理和和归纳各种种工艺设计计决策逻辑辑或决策法法则,这是是CAPP系统确定零零件加工过过程的关键键和核心。。2.软软件件设计阶段段就创成式CAPP系统工艺决决策的软件件设计而言言，主要任任务就是将将准备阶段段所搜集到到的数据和和决策逻辑辑用计算机机语言来实实现，对于于传统创成成式来说，，就是将各各种工艺设设计决策逻逻辑模型化化和算法化化，对于CAPP专家系统而而言，就是是实现工艺艺系统决策策的推理机机。三、创成式式CAPP系统的工艺艺决策研制CAPP系统是一件件非常复杂杂的问题，，它涉及到到选择、计计算、规划划、绘图、、文件编辑辑以及数据据库管理等等工作。建建立工艺决决策逻辑是是其核心的的问题。从从决策基础础来看，它它又包括逻逻辑决策、、数学计算算和创造性性决策等方方式。有关关尺寸链计计算、工序序尺寸和公公差的计算算、工时定定额等工艺艺设计中的的计算问题题已在机械械制造工艺艺学中作过过详细介绍绍；1.建立工工艺决策逻逻辑的依据据（1）选择择加工方法法（2）工艺艺路线的自自动生成按按照照一定的工工艺路线安安排原则，，将已选择择好的零件件各表面要要素的加工工方法按一一定的先后后顺序排列列，以确定定零件的工工艺路线。。2.一般创创成式CAPP系统的工艺艺决策过程程3.工艺决决策逻辑的的主要形式式(1)决策策表：(2)决策策树：同决策表相相比，决策策树有以下下优点：1)决策树树更容易建建立和维护护，可以直直观、准确确地表达复复杂的逻辑辑关系。而而且决策表表可以转换换为决策树树。图7-15所示示的决策表表可转换为为图7-17的决策策树。2）便于扩扩充和修改改，适合于于工艺规程程设计。3）便于程程序的实现现，其结构构与软件设设计的流程程图相似。。四、创成式式CAPP系统中的工工序设计主要包括工工艺装备的的选择、工工序顺序的的安排、工工序尺寸和和公差的计计算、切削削用量的确确定、工时时定额和工工艺成本的的计算、工工序图的生生成和绘制制、工序卡卡片的编辑辑和输出、、工艺过程程优化以及及材料、工工装等的统统计1.工序内容容的确定和工工步顺序的安安排仍要坚持基面面先行,先面面后孔,初精精分开的原则则1）尽可能以以最大切削深深度进行加工工以减少走刀刀次数；（2）对外表面面以直径最大大或较大的台台阶开始加工工，以保证工工件的刚性；；（3）对内内表面从直径径小的台阶面面开始加工，，以保证工件件的刚度。2.工序尺寸寸和公差的计计算现在已有多种种计算机辅助助求解工艺尺尺寸链的方法法，比如应用用图解跟踪法法的尺寸链原原理编制的计计算机程序，，此外还有图图论求解法和和专家系统求求解法等。3.工序图的的自动绘制工序图的特点点（1）零件由由毛坯到最终终状态的演变变过程中，需需经过一个个个不同的工序序，逐步去掉掉余量而完成成加工。（2）绘制工工序图必须从从CAPP系系统本身获得得每个工序的的图形信息自自动绘制出工工序图，并能能把工序尺寸寸、公差及技技术要求标注注在工序图上上（3）一些局局部视图目前前还无法自动动生成；（4）自动绘绘图方法还不不成熟，参数数化绘图目前前还只能应用用于一些比较较简单的零件件上。工序图绘制的的一般方法（1）图素参参数法（2）特征参参数法第六节CAPP专家系统简介介一、CAPP专家系统的工工作原理CAPP专家系统由零零件信息输入入模块、知识识库、推理库库三部分组成成，其工作原原理如图7-19所示。。其中知识库库和推理库是是相互独立的的。CAPP专家系统不再再象一般的CAPP系统那样，在在程序的运行行中直接生成成工艺规程，，而是根据输输入的零件信信息频繁地去去访问知识库库，并通过推推理机中的控控制策略，从从知识库中搜搜索能够处理理零件当前状状态的规则，，然后执行这这条规则，并并把每一次执执行的规则得得到的结论部部分按照先后后顺序记录下下来，直到零零件加工达到到一个终结状状态，这个记记录就是零件件加工所要求求的工艺规程程。CAPP专家家系系统统以以知知识识结结构构为为核核心心，，按按数数据据、、知知识识、、控控制制三三级级结结构构来来组组织织系系统统，，其其知知识识库库和和推推理理机机相相互互分分离离，，这这就就增增加加了了系系统统的的灵灵活活性性。。当当生生产产环环境境有有变变化化时时，，可可以以通通过过修修改改知知识识库库，，加加进进新新规规则则，，使使之之适适应应新新的的要要求求，，因因而而解解决决问问题题的的能能力力大大大大加加强强。。一般般Capp系统与Capp专家系统统的区别别二、CAPP专家系统统的知识识表达及及知识库库的建立立一般都采采用产生生式规则则来表示示决策知知识，这这是由于于产生式式规则与与人的思思维方式式相近，，为人们们所熟悉悉，也比比较直观观，容易易收集和和组织工工艺专家家的知识识；而且且这种规规则彼此此之间完完全独立立，容易易适应各各种情况况，也容容易检验验、维护护和扩充充；另外外，它还还有描述述不确定定知识的的能力，，易于连连接解释释功能，，从而使使知识库库更适合合于解决决实际问问题。1.加工工方法的的选择CAPP系统一般般都采用用逆向编编程原理理，即首首先以零零件的最最终状态态作为前前提，确确定能达达到质量量要求的的各个加加工表面面的最终终加工方方法，然然后再确确定其它它的准备备加工工工序。例如：IF（（加工表面面为孔））（直径9～245mm）（直径公差差≥0.007㎜））（表面粗粗糙度Ra>1.6µm）（直线度≥0.005mm）（圆度≥0.007mm）（平行度≥0.012mm）（位置度≥0.002mm）（长径比≤10）THEN（（推荐采用用精镗工工序）（切削余余量0.05mm）（要求预加加工表面面的公差差为±0.05mm，表面粗糙糙度Ra=12.5µm）2.工艺艺路线的的确定工艺路线线的制定定一般都都是以划划分加工工阶段为为依据，，如粗加加工、半半精加工工、精加加工和超超精加工工等，并并遵循工工序顺序序安排原原则，如如先基准准后其它它、先面面后孔、、先主后后次、先先粗后精精的原则则。划分分了加工工阶段后后，就可可根据安安装方式式将同一一加工阶阶段中各各加工表表面的加加工按所所使用机机床组合合成若干干工序，，每个工工序又由由若干工工步组成成。切削削工步的的加工顺顺序和内内容也有有一定的的先后关关系，这这都可用用产生式式规则描描述。例如：IF（（加工表面面为平面面和平面面上的孔孔）（平面和和孔的精精度要求求一般））（平面和和孔有一一定垂直直度要求求）THEN（先加工平平面，再再以平面面为基准准加工孔孔）其它见教教材三、推理理机的控控制策略略推理机是是专家系系统的控控制结构构，它规规定了如如何从知知识库中中选用适适当的规规则来进进行工艺艺规程设设计，只只有在一一定的控控制策略略下，规规则才能能被启用用。一般策略略（1）采采用分阶阶段或分分级推理理（2）知知识库中中的规则则可按照照它们所所适用的的子任务务进行分分组，按按类存贮贮（3）搜搜索策略略采用逆逆向搜索索（从从零件最最终要求求开始到到毛坯））9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。20:50:1920:50:1920:5012/29/20228:50:19PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2220:50:1920:50Dec-2229-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。20:50:1920:50:1920:50Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2220:50:1920:50:19December29,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。29十二二月20228:50:19下下午20:50:1912月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月228:50下下午午12月月-2220:50December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2920:50:1920:50:1929December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。8:50:19下下午午8:50下下午午20:50:1912月月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。20:50:1920:50:1920:5012/29/20228:50:19PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2220:50:1920:50Dec-2229-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。20:50:2020:50:2020:50Thur