第6章 计算机辅助工艺规程设计.ppt

1、第7章 计算机辅助工艺规程设计,概述 派生法CAPP系统 创成法CAPP系统 CAPP专家系统,第一节 概述,计算机辅助工艺规程设计，即 Computer Aided Process Planning，简称CAPP，是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程，即工艺规程。,一、基本概念,1 狭义的CAPP CAPP的狭义概念是：由计算机辅助完成工艺过程设计，输出工艺规程。即“Process Planning”。 2 广义的CAPP CAPP的广义概念是：一头向生产规划最佳化及作业计划最佳化发展，作为MRPII（制造资源计划）的一个重要组成部分；CAP

2、P向另一头扩展能够生成NC指令。即增加“Production Planning”的涵义。,3.工艺规程设计的任务： 是生产技术准备的第一步，连接产品设计和产品制造的桥梁、 进行工艺装备制造和零件加工的主要依据。对组织生产、保证 产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期、改善劳动 条件都有着直接的影响。 主要任务：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。内容包括： 1）选择加工方法和采用的机床、刀具。夹具及其它工装设备； 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）选用合理的切削用量； 5）计算时间定额和加工成本； 6）编

3、制包含上述所有资料的工艺文件。,二、CAPP的基本组成,CAPP系统的组成与其开发环境、产品对象及其规模大小等有关。,1 CAPP系统的工作过程与步骤,2、CAPP的组成与基本结构,控制模块：协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制产品设计信息获取方式。 零件信息获取模块：用于产品设计信息输入。 工艺过程设计模块：进行加工工艺流程的决策，生成工艺过程卡。 工序决策模块：选定加工设备、定位安装方式、加工要求，生成工序卡。 工步决策模块：选择刀具轨迹、加工参数，确定加工质量要求，生成工步卡及提供形成NC指令所需的刀位文件。 输出模块：输出工艺流程卡、工序和工步卡，工序图等各类文档。 产品设计

4、数据库：存放有CAD系统完成的产品设计信息。 制造资源数据库：存放企业或车间的加工设备、工装工具等制造资源的相关信息。,工艺知识数据库：用于存放产品制造工艺规则、工艺标准、工艺数据手册、工艺信息处理的相关算法和工具等。 典型案例库：存放各零件族典型零件的工艺流程图、工序卡、工步卡、加工参数等数据，供系统参考使用。 编辑工具库：存放工艺流程图、工序卡、工步卡等系统输入输出模板、手工查询工具和系统操作工具集等。 制造工艺数据库：存放由CAPP系统生成的产品制造工艺信息，供输出工艺文件、数控加工编程和生产管理与运行控制系统使用。,从国内外的CAPP系统可以看出，CAPP的主要功能： 检索标准工艺文件

5、； 选择加工方法； 安排工艺路线； 选择机床、刀具、夹具； 选择切削用量； 计算切削参数、加工时间和加工费用； 确定工序尺寸和公差、选择毛坯； 绘制工序图； 给出刀具运动轨迹，自动生成NC编程； 进行加工过程的模拟。,1、检索式CAPP系统 工作原理 检索式CAPP系统是将企业现行各类工艺文件，根据产品和零件图号，存入计算机数据库中。进行工艺设计时，可以根据产品或零件图号，在工艺文件库中检索相类似零件的工艺文件，由工艺人员采用人机交互方式进行修改，最后由计算机按工艺文件要求进行打印输出。,三、CAPP的类型及其工作原理,2、派生法CAPP系统,实现工艺设计自动化，必须要解决两个主要问题: 实现

6、零件图样信息代码化。 要把工艺人员的经验和技能系统化，理论化，代码化。,工作原理 派生法CAPP系统是检索式CAPP系统的发展，是利用零件GT（成组技术）代码，将零件根据结构和工艺相似性进行分组，然后针对每个零件组编制标准工艺。工艺设计时，首先根据零件的GT代码或零件图号，确定该零件所属的零件组，然后检索出该零件的标准工艺文件，最后根据该零件的GT代码和其它有关信息对标准工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件。,3、创成法CAPP系统 工作原理: 依靠系统中的决策逻辑生成。收集了大量的工艺数据和加工知识，并以此规程为基础，在计算机软件基础上建立一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库

7、和加工知识库。在输入新零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的条件下，自动生成零件的工艺规程。,四、CAPP的作用与意义,1 克服传统工艺设计的不足，促进工艺技术的发展 大大提高工艺设计的效率和质量 将工艺设计人员从大量繁琐、重复性的手工劳动中解放出来 提高企业工艺设计的规范化、标准化水平，促进工艺设计水平的提高 能有效的积累和继承工艺设计人员的经验，提高企业工艺设计的继承性,2 为现代制造系统集成提供技术桥梁 与计算机辅助设计（CAD）系统之间的信息交流 与计算机辅助制造（CAM）系统之间的信息交流 与管理信息系统（MIS）之间的信息交流 与制造自动

8、化系统（MAS）之间的信息交流 与质量保证（CAQ）系统之间的信息交流,第二节 派生法CAPP系统,一、派生法CAPP的研制过程,1、零件编码,目 的: 将零件图上的信息代码化。 编码方法：手工编码和计算机编码。 手工编码:编码人员根据分类系统的编码规则，对照零件图用手工方式编出各码位的代码。手工编码的缺点是效率低，劳动强度大，而且容易出错，不同的编码人员编出的代码往往不一致。 计算机编码:以人机对话方式进行，把零件的信息逐个输入计算机，计算机软件进行逻辑判断后，便自动编出零件的代码，并在终端显示器上显示或打印输出。计算机编码的效率高，出错率低，而且减轻了编码人员的劳动强度，能够避免手工编码人

9、员对编码系统的理解错误或判断错误而造成的编码错误。,实例（零件编码界面）,2、零件分组,分组方法,分组原理,每一个零件的编码均可以用矩阵来表示。例如：代码130213411的零件可以用下图矩阵来表示：,用一个矩阵也可以表示一个零件组。例如：,零件分组流程框图,3、设计零件组的复合零件,设计复合零件时，对于零件品种数不多的零件组，先分析全部零件图，取出形状最复杂的零件作为基础件，再把其它图样上不同的形状特征加到基础件上去，就得到复合零件。对于比较大的零件组，可先分成几个小的零件组，合成一个组合件，然后再由若干个组合件合成整个零件组的复合零件。,实例：（复合零件设计界面）,4、设计标准工艺规程,标

10、准工艺是针对零件组的复合零件生成的标准工艺路线和相应的工序内容，应能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。设计时对零件组内各零件的工艺要进行仔细分析、概括和总结，每一个形状要素都要考虑在内。另外要征求有经验的工艺人员、专家和工人的意见，集中大家的智慧和经验。 有些单位在设计标准工艺规程时采用复合工艺路线法。即在分析零件组中零件的全部工艺路线后，选择其中一个工序最多，加工过程安排合理的零件工艺路线作为基本路线，然后把其它零件持有的，尚未包括在基本路线内的工序，按合理顺序加到基本路线中去，构成代表零件组的复合工艺路线。,5、建立工步代码文件,6、建立切削数据

11、文件,标准工艺规程是由各种加工工序组成的，一个工序又可以分为多个操作工步，所以工步是标准工艺规程中最基本的组成要素。如车外圆、钻孔、铣平面、磨外圆、滚齿、拉花键等。标准工艺规程如何贮存在计算机中，怎样随时调用，又怎样进行筛选，主要依靠工步代码文件。工步代码随所采用的零件编码系统的不同而不同。,加工方法都必须要有切削数据（进给量、切削速度和切削深度），因此必须建立大量的切削数据文件。,7、设计各种功能子程序,8、CAPP系统总程序设计,CAPP需要用一个主程序和界面把所有子程序连接起来，每一个单元功能可以采用模块结构形式，把各个功能模块组合起来，就构成CAPP的总程序。,由于CAPP系统中要应用

12、各种计算方法，为此需要先将各种计算公式和求解方法编成各种功能子程序。 如切削参数的计算、加工余量、工序尺寸公差的计算、切削时间和加工费用的计算等。,第三节 创成法CAPP系统,工作原理： 让计算机模仿工艺人员的逻辑思维能力，自主进行各种决 策，选择零件的加工方法，安排工艺路线、选择机床等，对 工艺过程进行优化。人的任务仅在于监督计算机的工作，并 在决策中处理一些简单问题，判断评估结果。 必须解决的三个关键问题： 零件图样上的各种信息要完全准确的描述还存在困难； 工艺知识是一种经验型知识，如何建立完善的工艺决策模 型，使计算机能够识别、处理还有待进一步解决； 3. 工艺过程的优化理论还不完善，没

13、有严格的理论和数学模 型。,本节主要内容： 零件描述方法 工艺决策逻辑 工艺决策过程 工序设计,零件描述的主要方法 ： 柔性编码法 体元素描述法 型面描述法 特征描述法 从CAD系统的数据库中直接获得零件信息,建立真正的创成法CAPP系统，不仅投资多、时间长，并且设计任何零件的工艺规程都要从零开始，限制工作效率的提高。因此半创成式CAPP系统可能更为使用。,1、柔性编码法,把零件看成由若干基本型面按一定规则组合而成，每一种型面都可以用一组特征参数给予描述，型面种类、它的特征参数以及型面之间的关系都可以用代码来表示。,柔性编码系统是指码位和每一码位所含的信息都可以根据描述对象的复杂程度柔性变化，

14、没有固定的码位和码位含义。 柔性编码系统的结构由固定码和柔性码两部分组成，固定码主要用于两件分类、检索和描述零件的整体信息；柔性码详细地描述零件各部分结构特征和工艺信息，用于加工、检索等环节。,2、型面描述法,3、体元素描述法,把零件看成由若干种基本几何体按一定位置关系组合而成。,4、特征描述法,定 义:,特征描述法不是按传统的用纯几何体素来描述零件，而是根据零件特征，以具有明显工程意义的实体来描述零件。,特 征 :,具有一定拓扑关系的一组几何元素构成的形状实体，它对应零件上的一个或多个功能，可通过特定的加工方式来生成。特征还可以进一步分为基本特征和组合特征。,基本特征:,在特定的加工条件下，

15、一次走刀所形成的几何实体。,组合特征,: 在特定的加工条件下，需要多次走刀或需要更换刀具多次走刀才能形成的几何实体。,从上述定义可以看到，特征描述法不仅含有零件结构和几何信息，同时也包含零件制造信息，如尺寸精度、公差、材料、表面粗糙度等。这就使设计与制造相互之间易于实现信息的交换和共享。,5、从CAD系统的数据库中直接获得零件信息,利用中间接口或其它的传输手段，将零件的设计信息，直接从CAD系统的数据库中提取出来，用于对零件进行工艺规程设计。,二、创成法CAPP系统的工艺决策逻辑,1、建立工艺决策逻辑的依据,工艺设计的基本原理、工厂生产实践经验的总结、以及对具体生产条件的分析研究，并集中有关专

16、家、工艺人员的智慧及工艺设计中常用的、并行之有效的原则。,2、工艺决策逻辑的主要形式,（1）决策表,定 义：将一组用语言表达的决策逻辑关系，用一个表格来表达，从而可以方便地用计算机语言来表达该决策逻辑的方法。,（2）决策树,是一种树状样的图形，它由树根、节点和分支组成，树根和分支间都用数值互相联系，通常用来描述事物状态转换的可能性以及转换过程和转换结果，分支上的数值表示向一种状态转换的可能性或条件。当条件满足时，则继续沿分支向前传递，以实现逻辑与“AND”的关系；当条件不满足时则转向出发点的另一支，以实现逻辑或“OR”的关系，在每一分支的终端列出了应采用的动作。 从树根到终端的一条路径就可以表

17、示一条类似于决策表中的决策规则。,优 点 :1) 容易建立和维护，可以直观、准确、紧凑地表达复杂的逻辑关系。2) 便于程序实现，其结构与软件设计的流程图很相似，便于扩充和修改，适合于工艺过程设计。 3）便于扩展和修改,1,1,2,2,三、一般创成式CAPP系统的工艺决策过程,1、工艺决策过程流程图,2、基本步骤,选择加工方法:,在输入零件信息以后，首先要根据零件各种几何表面特征（基本的或辅助的）的加工要求，确定各种表面特征的加工方法，这是生成工艺路线的基础。,工艺规程主干生成 :,按照一定的工艺路线安排原则，将已选好的零件各表面要素的加工方法按一定的先后顺序排列，以确定零件的工艺路线。,四、创

18、成式CAPP系统的工序设计,工序设计的主要内容是机床、刀具和夹具的选择，工步顺序的安排，工序尺寸和公差的计算，切削用量的确定，工时定额和加工成本的计算，工序图的生成和绘制，工序卡片的编辑和输出等工作。其中很多任务与工艺过程设计是一样的，需要采用各种逻辑决策、数学计算、计算机绘图和文件编辑等手段来完成。这里仅简单介绍其中一些重要内容。,在安排零件的工艺路线时，一般都分层次、分阶段地考虑各个工序的加工顺序。例如划分粗、细、精、超精等不同加工阶段，整个加工过程要符合先加工基准、后加工一般的原则。在具体安排时常常把主要表面的加工工序作为基本工艺路线，把一般表面和辅助表面的加工工序按合理的顺序安排到基本

19、路线中去，有些还要作适当的合并。 在工序设计中，主要根据零件形状特征选择加工基准，确定装夹方式、安装次数以及安排各个表面的加工顺序等。上述工作都可以像工艺过程设计那样，采用各种逻辑决策和数学计算等方法来解决，但必须按不同的零件形状和不同的工序分别设计。,1、工序内容的确定和工步顺序的安排,2、工序尺寸和公差的计算,零件在加工过程中，各工序的加工尺寸和公差是根据反向编程原理进行计算的。以零件图上的最终技术要求为前提，首先确定最终工序的尺寸及公差，然后再按选定的加工余量推算出前道工序的尺寸，其公差则按该工序加工方法可达到的经济精度来确定。这样按加工顺序相反的方向，逐步计算出所有工序的尺寸和公差。

20、当工序设计中遇到定位基准与设计基准不重合的情况时，就要进行工序尺寸换算，对于位置尺寸关系比较复杂的零件，这种换算就比较复杂，必须采用工艺尺寸链求解的方法来解决。现在CAPP系统中已有多种计算机辅助求解工艺尺寸链的方法，例如工序尺寸图解法、尺寸跟踪法、尺寸树法等。这些方法都可以作为一种通用的功能子程序，需要时可以随时调用。,3、工序图的自动绘制,工序图的自动绘制是创成法CAPP系统中的难点。由于图形语言直观、简洁，适合工厂使用，特别是目前我国大多数工厂中还使用附有工序图的工序卡片，所以CAPP系统若能自动绘制出工序图，则可大大提高它的实用价值。,为了使CAPP系统能自动生成和绘制工序图，必须对C

21、APP系统的零件信息描述和输入方法提出更高的要求:,首先，对零件信息的描述必须完整，对零件的几何形状和技术要求信息必须详细输入；,其次，零件信息输入时，除了必需的数据和符号以外，还必须完整地输入零件的图形信息，并在计算机内生成零件图形，贮存在图形文件中。因为没有图形信息，也就不可能生成工序图；,另外，为了适应零件从毛坯到成品，其形状不断变化的特点，为图形的数据结构设计一个动态链表。这个动态链表能记录工件在每个加工工序中的形状、尺寸、公差和其它技术要求。当要绘制某一工序图时，只要把动态链表中某一工序的记录内容输入绘图子程序，就可以自动绘制出需要的工序图，并能把该工序的工序尺寸、公差及其它技术要求

22、标注在工序图上。,创成法CAPP系统主要解决两方面的问题：,创成式CAPP系统的设计阶段,第四节 CAPP专家系统,一、定 义,CAPP专家系统是将人工智能技术应用于CAPP系统中所形成的专家系统。以“推理+知识”为特征，包括知识库和推理机。其中，知识库是由零件设计信息和表达工艺决策的规划集组成，而推理机是根据当前事实，通过激活知识库的规则集，而得到工艺设计结果。,二、CAPP专家系统的工作原理,CAPP专家系统的结构与一般CAPP系统是不同的，如下图所示：,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，其中知识库和推理机是互相独立的。CAPP专家系统根据输入的零件信息频繁地去

23、访问知识库，并通过推理机中的控制策略，在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，并把每一次执行规则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态，这个记录就是零件加工所要求的工艺规程。,三、CAPP专家系统的零件信息描述,应用初始图形数据交换标准IGES(Initial Graphics Exchange Specification),采用基于特征建模技术的数据接口文件,特征模型面向整个产品的设计和制造过程，能够完整地、全面地描述零件生产过程各个环节所需要的信息以及这些信息之间的关系。特征建模与几何建模相比，是在更高层次上表达产品功能和形状信息，它是基于并行

24、工程的策略，即在设计阶段就充分考虑加工的要求，因此它可以有效地支持CAD/CAPP/CAM的集成。,四、工艺知识库的建立,工艺知识在专家系统中属于过程性知识，它包括选择决策逻辑（如加工方法选择、工艺装备选择、切削用量选择等)，排序决策逻辑(如安排加工路线、确定工序中的加工步骤等)，以及加工方法知识(如加工能力、预加工要求、表面处理要求等)。一般都采用产生式规则来表示工艺决策知识。,工艺知识库是一个完整的规则集，它可以划分为若干个规则子集。根据需要每个规则子集还可以划分成若干个规则组。,1.加工方法的选择,CAPP系统一般都采用逆向编程原理，首先确定能达到质量要求的各个加工表面的最终加工方法，然后再确定其它的准备加工工序。下面分别列举了加工外表面、内表面和其它特征元素的规则.,2.工艺路线的确定 工艺路线的制定一般都是以划分加工阶段为依据，如基准加工、粗加工、细加工、精加工、表面处理、超精加工、检验等。并遵循先基准后其它、先粗后精等原则。划分了加工阶段以后，就可将同一加工阶段中的各加工表面的加工，根据安装方式、使用机床组合成若干工序，每个工序可以由若干个工步所组成。切削工步的加工顺序和内容也有一定的加工先后关系，都可用产生式规则描