CAD CAM技术基础.ppt

1、2020/7/9,1,11 计算机辅助工艺过程设计,CAPP（Computer Aided Process Planning）,2020/7/9,2,基本要求： 了解CAPP的基本概念及意义； 了解派生式、创成式、综合式等CAPP系统的基本原理及特点。 教学内容： CAPP概述；派生式CAPP系统；创成式CAPP系统；创成式CAPP系统；CAPP专家系统。 重点与难点： 重点：CAPP系统的功能与基本过程； 派生式CAPP系统的工作原理。 难点：CAPP系统的实施与实例。 学时安排： 讲课3学时。,2020/7/9,3,11.1 CAPP概述,11.1.1 CAPP的基本概念及意义 1、工艺过

2、程设计的任务 工艺过程（规程）设计是工厂工艺部门的一项经常性技术工作，是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计和产品制造的桥梁。 主要任务：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，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。,2020/7/9,4,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,工艺过程设计的主要内容： （1）选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等； （2）安排合理的加工顺序； （3）选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差； （4）选择合理的切削用量； （5）计算时间定额和加工成本； （6）编制包括上述所有资料的工艺文件； 其

3、中，核心内容是选择加工方法和合理安排加工顺序。,2020/7/9,5,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,2、传统工艺过程设计的缺陷 工艺过程设计处于产品设计和制造的接合处，需要分析和处理大量信息。既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料、批量等方面的信息，又要了解制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本、工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。各种信息之间的关系又极为错综复杂，设计工艺过程（规程）时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。,2020/7/9,6,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,2、传统工艺过程设计的缺陷 手工方式进行，存在以下缺陷： （1）对工

4、艺设计人员要求和依赖程度高，设计质量和设计周期难以保证。 （2）工作量大，处理繁琐，易出错，效率低下，影响工艺人员从事创造性的思维和设计工作。 （3）信息不能共享，不能适应现代化生产与管理的需要。,2020/7/9,7,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,3、CAPP的基本概念和意义 1）CAPP的基本概念 狭义：利用计算机技术来辅助完成工艺过程的设计并输出工艺规程。 广义：在CAD/CAM集成系统或CIMS中，特别是CE工作模式下，“PP”不再单纯理解为“Process Planning”，而应含有“Production Planning”的含义。即广义CAPP的一头向生产规划最佳化及作

5、业规划最佳化发展，作为MRP（Manufacturing Resource Planning）的一个重要组成部分；另一头扩展能够生产NC指令。,2020/7/9,8,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,3、CAPP的基本概念和意义 2）实施CAPP的意义 （1）可以大大提高工艺人员的工作效率，加快工艺过程设计的速度，缩短生产准备时间，减少工艺设计费用，降低制造成本，提高产品竞争力。,2020/7/9,9,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,3、CAPP的基本概念和意义 2）实施CAPP的意义,2020/7/9,10,11.1.1 CAPP的基本概念及意义,3、CAPP的基本概念和意义

6、2）实施CAPP的意义 （2）可以集中有丰富经验的工艺人员（专家）的知识、经验和意见，设计出更优秀的工艺过程、设计系统，从而提高了工艺设计的质量，使没有丰富经验的工艺人员也可以设计出较高质量的工艺过程，可以缓解当前有经验工艺设计人员缺乏的矛盾。 （3）可以使工艺设计人员摆脱大量繁琐的重复劳动，将主要精力转向新工艺、新技术等的研究和开发。 （4）可以保证工艺过程设计的一致性，有利于执行工艺规程标准化，提高企业信息化程度，实现生产的计算机集成化。,2020/7/9,11,11.1.2 CAPP的系统的结构组成与功能,1、CAPP系统的结构组成 与其开发环境、产品对象、规模大小有关。 一个比较完整的

7、CAPP系统的结构组成如图示，它大约包括六个模块和若干个库。,2020/7/9,12,11.1.2 CAPP的系统的结构组成与功能,1、CAPP系统的结构组成 （1）控制模块 （2）输入模块 （3）工艺过程生成模块 （4）输出模块 （5）修改模块 （6）存取模块 （7）各类库,2020/7/9,13,11.1.2 CAPP的系统的结构组成与功能,2、CAPP的功能 1）CAPP的功能 一个比较完备的CAPP系统应具备如下功能： （1）能生成或接收输入的零件图上的几何拓扑信息、工艺信息、测量信息等。 （2）能以不同方式（取决于CAPP系统的类型）产生零件的工艺过程，包括工艺流程及工序卡。 （3）

8、能产生机床文件，刀具文件及工艺装备清单等其他文件。,2020/7/9,14,11.1.2 CAPP的系统的结构组成与功能,2、CAPP的功能 1）CAPP的功能 （4）能计算工序尺寸及绘制工序图。 （5）可进行工艺过程的优化及多工序、单工序切削用量的优化计算。 （6）能生成工序中的工步细节，从而产生NC加工指令。 （7）能模拟加工过程，显示刀具运动轨迹。 （8）进行工时估算并计算资源需求。,2020/7/9,15,11.1.2 CAPP的系统的结构组成与功能,2、CAPP的功能 2）CAPP与其他系统的关系 在CAD/CAPP/CAM集成系统中，CAPP是连接CAD与CAM的桥梁和纽带。,20

9、20/7/9,16,11.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,1、采用手工设计工艺过程的大致步骤 （1）收集分析原始资料：实质是工艺人员充分了解工艺过程设计的目标、外部约束条件以及可供使用的资源，即工艺设计三要素。 （2）编制工艺过程：工艺人员应用大脑思维能力和掌握的知识，设计出满足约束条件、合理利用资源、能达到目标要求的工艺过程。 （3）填写工艺文件：手工填写工艺过程卡、工序卡、工步卡等一系列表格，包括绘制工序简图。,2020/7/9,17,11.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,2、CAPP的基本过程和基本问题 采用计算机辅助工艺设计，也基本是按以上三个步骤进行的： 第一步：

10、要将原始信息输入计算机。通常要将原始资料以计算机能够接受的信息数据形式进行描述，然后以约定的数据结构由计算机读入和存贮。其中关于被加工零件的描述（几何形状及加工要求）还存在很多困难核心问题。,2020/7/9,18,11.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,2、CAPP的基本过程和基本问题 第二步：计算机要能模拟工艺人员解决工艺课题的思维过程，设计出在一定约束条件和有限资源下，达到要求的目标的工艺过程。为此针对不同类型的工艺课题，计算机应有的算法程序。 工艺课题按性质可分为三类：解析型、逻辑型和模糊型。,2020/7/9,19,11.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,2、CAPP

11、的基本过程和基本问题 a）解析型：可以用数学计算解决的课题，如加工余量、切削用量、工序尺寸等都可以用有关公式进行计算易用通用程序来解决，关键是建立数学模型。 b）逻辑型：可以用逻辑推理、逻辑判断来解决的课题。如加工方法的选择，加工余量的划分，工序的生成及顺序的安排等很多课题，工艺人员都是凭知识进行逻辑判断来解决的。,2020/7/9,20,11.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,2、CAPP的基本过程和基本问题 b）逻辑型： 知识： 有一些是经总结研究形成理论工艺原则； 有一些是常识（事实知识）逻辑关系是显然的； 这两者都可以通过编程解决。 还有很多属于工艺人员（专家）的个人经验，属于

12、感性知识，其隐含的逻辑模型还有待于研究和建立。,2020/7/9,21,11.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,2、CAPP的基本过程和基本问题 c）模糊型：问题的求解是模棱两可的，主要靠工艺人员的经验。而且这种经验一时还不能表达为明确的逻辑形式，求解带有很大的主观性。这类问题用传统的计算机程序很难求解，这时CAPP系统就得求助于操作人员给予帮助（决策），这样的CAPP系统就称为交互式系统，但是人工干预降低了系统的自动化程度。因此人们一方面力图将其转化逻辑型和解析课题，另一方面则希望能建立模糊型课题求解算法。模糊数学的研究、AI技术的发展，为此开辟了前景。,2020/7/9,22,11

13、.1.3 CAPP系统的基本过程和基本问题,2、CAPP的基本过程和基本问题 第三步：利用计算机的外部设备，代替手工抄写、绘图和输出工艺文件。目前在工序图的输出，特别是较多复杂零件工序图的输出方面尚存在一些困难。,2020/7/9,23,11.1.4 CAPP系统的基本类型,各种不同CAPP系统的区别主要在上述第二步中逻辑型和模糊型工艺课题的算法上。解题时，计算机要进行两种类型操作：检索与规划。 检索把符合约束条件的存在计算机中的答案（问题的解）取出来。解可以是局部工艺问题的解，也可以是整个工艺过程的解。这类操作比较简单。 规划对检索出来的一系列局部解进行处理，包括增删、归纳、排序等等。这一类

14、操作比较复杂，要有一定的智能。,2020/7/9,24,11.1.4 CAPP系统的基本类型,1、检索式CAPP系统 最简单的CAPP系统。根据输入信息，直接检索整个工艺过程的解，为此，要预先存入一系列标准工艺过程，不需要规划操作。（较为简单） 2、派生式CAPP系统 检索典型工艺过程修改（订），也称为样件式、修订式、变异式CAPP系统。（常用形式） 3、创成式CAPP系统 从本质上也是一种检索操作，不过它不是直接检索工艺过程及其组成，而是搜索决策规划加以运用。（较难实现）,2020/7/9,25,11.1.4 CAPP系统的基本类型,4、综合式（半创成式）CAPP系统 也称为半创成（或局部创

15、成）式CAPP系统。它是将派生式和创成式结合起来，或保留一部分派生功能，或不是在最基本单元（细胞）基础上创成，而是在中间解（肢体）基础上创成。（很有前途） 5、交互式CAPP系统 以人机交互为主工作方式，操作人员在系统的提示引导下，回答工艺设计中的问题，对工艺过程进行决策。设计质量对人的依赖性很大。（较为实用） 6、智能式CAPP系统（CAPP专家系统） 应用AI、ES技术，采用“推理知识”。（发展初期）,2020/7/9,26,11.2 派生式CAPP系统,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理 零件具有相似性，相似的零件具有相似的工艺过程。派生式CAPP系统就是根据企业欲加工零件的特点

16、，利用成组技术（Group Technology：GT）原理，采用一个成组编码系统，对零件进行成组编码，将零件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型样件（主样件）；根据此样件建立加工工艺文件，即典型工艺规程，存入典型工艺规程库中。,2020/7/9,27,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理,当需要设计一个新的零件工艺规程时，根据其成组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族的典型工艺规程；再根据零件当前的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到所需的工艺规程。派生式CAPP系统又可称作样件式、修订式、变异式CAPP系统，或基于GT的CAPP系统。,2020/7/9,2

17、8,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理,2020/7/9,29,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理,成组技术（GT） ： 是一门生产技术科学。利用事物相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优化方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。 在生产系统中，GT可以应用于不同领域，在零件设计、加工中发挥着重要作用。,2020/7/9,30,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理,典型样件（主样件）： 是人为地综合而成的假象零件，它集中了全族的所有功能要素。一般可从零件族中选择一个结构复杂的零件为基础，把没有包括同族其它零件的功能要素逐个叠加上去，即形成该族

18、的假想的零件。,2020/7/9,31,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理,2020/7/9,32,11.2.1 派生式CAPP系统的工作原理,一组轴类零件的复合零件和标准工艺过程：,2020/7/9,33,11.2.2 零件分类编码系统,实施基于GT的CAPP系统的第一步是确定零件分类编码系统，著名的零件分类编码有Optiz（原西德）、KK-3系统（日本）等，我国亦有已颁布的JLBM-1等系统。 1、Opitz编码系统 是一个十进制9位代码的混合结构，每一码位包括10项特征码09，其中前5位数（15位）称为形状代码，用于描述零件基本设计特征；后4位（69位）构成增补代码，用于描述对制

19、造有用的特征（尺寸、原材料、毛坯形状和精度）。,2020/7/9,34,2020/7/9,35,2020/7/9,36,11.2.2 零件分类编码系统,2、JLBM-1系统 是一个十进制15位代码的混合结构，每一码位包括10项特征码09，其中前9位数（19）称为形状代码，用于描述零件基本设计特征；后6位（1015）构成增补代码，用于描述对制造有用的特征（尺寸、原材料、毛坯形状和精度）。,2020/7/9,37,2020/7/9,38,11.2.2 零件分类编码系统,3、柔性编码系统简介 Opitz，KK-3，JLBM-1等是刚性分类编码系统。 柔性编码系统：横向码位长度可以根据描述对象的复杂程

20、度而变化，即： 柔性编码固定码柔性码 固定码用于描述零件的综合信息，如类别、总体尺寸、材料等。 柔性码主要描述零件各部分详细信息，如：形面的尺寸，精度、形位公差等。 目前，柔性编码系统尚在研究之中，没有形成标准。 此外，还有计算机自动柔性编码系统。,2020/7/9,39,11.2.3 派生式CAPP系统的研制步骤,1、零件编码 2、零件分组（族） （1）视检（目测）法 （2）特征码位分组法 （3）码域矩阵法 （4）特征码位域矩阵法 （5）生产流程分析（PFA）法 3、设计零件组（族）的复合零件（主样件）,2020/7/9,40,11.2.3 派生式CAPP系统的研制步骤,4、设计标准工艺过程

21、 应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、确定标准化工艺过程的表达筛选方法 6、建立工艺数据库 大量的切削数据文件，各种工艺数据文件（如机床文件、刀具文件、夹具文件、加工余量文件），中间数据文件、工序图文件、最终工艺过程。 7、软件设计,2020/7/9,41,TOJICAP系统,2020/7/9,42,一个齿轮零件的工艺规程部分实例,2020/7/9,43,11.3 创成式CAPP系统,11.3.1 创成式CAPP系统的工作原理及特点 1、工作原理 创成式与派生式的最根本的差别：系统事先不存有零件组的标准工艺。 基本思路：一个零件是由若干待加工的

22、形面特征组成的。每个形面特征及其相关属性（形状、尺寸和精度）在很大程度上决定了它的加工工艺方法。零件的加工工艺过程是根据输入的零件信息，通过一定的规则、逻辑推理、公式和算法等作出工艺决策，自动地“创成”一个新的优化的工艺过程。,2020/7/9,44,11.3 创成式CAPP系统,11.3.1 创成式CAPP系统的工作原理及特点,2020/7/9,45,11.3 创成式CAPP系统,11.3.1 创成式CAPP系统的工作原理及特点,2020/7/9,46,11.3.1 创成式CAPP系统的工作原理及特点,2、特点 创成式的自动化和智能程度高于派生式，具有较多的自动决策功能，克服了派生式不能适应

23、全新零件的缺点。其特点如下： （1）通过数学模型决策、逻辑推理决策和智能思维决策等方式和制造资源库自动生成零件的工艺，运行时一般不需要人的技术性干预，是一种比较理想的方法。 （2）具有较高的柔性，适应范围广。 （3）便于CAD与CAM的集成。 （4）由于工艺过程设计的复杂性、智能性和实用性，目前尚难建造自动化程度高、功能完全的创成式系统，大多数的创成式系统只能说基本上是创成的。,2020/7/9,47,11.3.2 零件信息描述,1、柔性编码法 2、型面编码法 3、体元素描述性 4、特征描述性 5、从CAD系统的数据库中直接获取零件信息。,2020/7/9,48,11.4 综合式CAPP系统,

24、也称为半创成、局部创成式CAPP系统 将派生式与创成式综合起来，即采取派生与自动决策想结合的工作方式。如需对一个新零件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属零件族的标准工艺，然后根据零件的具体情况，对标准工艺进行修改，工序设计则采用自动决策产生。,2020/7/9,49,2020/7/9,50,11.5 CAPP专家系统,11.5.1 工作原理 与创成式一样，也是以自动方式生成工艺规程，但与一般的CAPP系统的工作原理不同，结构上也有很大差别。 一般的CAPP系统在结构上主要由零件信息输入模块和工艺规程生成模块组成，创成式以“逻辑算法决策表”为特征。当使用环境有变化时，就必须修改系统程序，适应

25、性差 。,2020/7/9,51,11.5.1 工作原理,CAPP专家系统由零件信息输入模块、知识库、推理机三部分组成。以“推理机知识”为特征。其中知识库和推理机是相互独立的，这样就增加了系统的灵活性。当生产环境有改变时，可以通过修改知识库，加进新规则，使之适应新的要求。,2020/7/9,52,11.5.1 工作原理,CAPP专家系统不再像一般的CAPP系统那样，在程序的运行中直接生成工艺规程，而是根据输入的零件信息频繁地访问知识库，并通过推理中的控制策略，从知识库中搜索能够处理零件当前状态的规则，然后执行这条规则，并把每一次执行得到的结论部分按照先后顺序记录下来，直到零件加工达到一个终结状

26、态，这个记录就是零件加工所要求的工艺规程。,2020/7/9,53,2020/7/9,54,11.5.2 CAPP专家系统中的零件信息描述,大多考虑了与CAD系统相连的问题，要实现自动从CAD系统中获得零件有关信息，还有很大难度。据国内外报道，大致有： （1）应用IGES； （2）基于特征建模技术的数据接口文件； （3）轮廓线法，外轮廓、内轮廓、附加形状信息。,2020/7/9,55,11.6 CAPP的发展趋势,当前研究开发CAPP系统的热点问题有： 产品信息模型的生成与获取； CAPP体系结构研究及CAPP工具系统的开发； 面向并行工程的CAPP系统； 基于分布式人工智能技术的分布式CAPP专家系统； 人工神经网络技术与专家系统在CAPP种综合应用； 面向企业的实用化的CAPP系统； CAPP与自动生产调度系统的集成； 基于Web技术的CAPP系统。,2020/7/9,56,11.6 CAPP的发展趋势,CAPP的主要发展趋势： 1、集成化CAPP （1）信息的集成，即CAD/CAPP的集成； （2）功能的集成，即CAD/PPS的集成；（PPS：Process Planning Scheduling）; （3）信息与功能的综合集成，即CAD、CAPP、CAM、PPS同时考虑并行的CAPP； （4）多领域规划的集成，即分布式C