第七章计算机辅助工艺规程设计

1延边大学工学院第七章计算机辅助工艺规程设计’学习目标’学习重点：CAPP的概念及工作原理◆了解CAPP在CAD/CAM中的地位和作用◆掌握CAPP的基本工作原理和工作过程◆学习和理解CAPP中零件信息描述方法◆掌握不同类型CAPP系统的研制过程和关键技术’学习难点：型面特征描述、CAPP专家系统2延边大学工学院学习内容3延边大学工学院’基本概念h利用计算机的信息处理和信息管理优势，采用先进的信息处理技术和智能技术，帮助工艺设计人员完成工艺设计中的各项任务，最后生成产品生产所需的各种工艺文件的过程。概述4延边大学工学院概述◆工艺设计：h生产准备工作第一步，是连接设计与制造的桥梁，工艺设计的结果是完成加工工艺规程。♦工艺规程：’CAPP的基本组成h决定零件加工方法、加工路线，是工装设计制造的主要依据。1）控制模块2）零件信息获取模块3）工艺过程设计模块4）工序决策模块5）工步决策模块6）输出模块7）产品设计数据库8）制造资源数据库9）工艺知识数据库10）典型案例库11）编辑工具库12）制造工艺数据库X按模块分：5延边大学工学院概述◆CAPP系统结构组成6延边大学工学院概述◆检索式h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。’CAPP的类型及其工作原理X类型：检索式、派生式、创成式h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。7延边大学工学院概述◆派生式h利用零件GT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典型工艺。h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，然后检索出该零件组的典型工艺文件。h最后根据该零件的GT代码和其他有关信息对典型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。8延边大学工学院◆创成式h此方法的基本原理与检索式和派生式方法不同，不是直接对相似零件工艺文件的检索与修改，而是根据零件的信息，通过逻辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动地创成一个零件的工艺规程。概述9延边大学工学院’CAPP技术的发展趋势概述◆检索式CAPP→派生式CAPP→创成式CAPP→智能型CAPP◆面向零件CAPP→面向产品CAPP→面向企业CAPP◆PP：加工工艺过程编制（ProcessPlanning）→生产过程编制（ProductionPlanning）10延边大学工学院零件信息的描述和输入X零件信息描述要求h描述应准确、完整，与实际生产要求相一致，适合计算机处理。h应简洁易懂，易于理解和掌握，便于输入操作。h数据结构要合理，利于提高处理效率，便于信息集成。X零件信息描述内容h零件几何信息：包括零件几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑关系。方法：可从零件三维模型进行描述；也可将结构分解，对分解的形体或型面单元分别进行描述。h生产管理信息：加工批量、生产周期等h零件工艺信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、热处理等。11延边大学工学院零件信息的描述和输入’零件分类编码的概念h零件分类编码是指利用成组技术正确抽出零件图纸中为制定工艺过程所需的必要信息。h建立表示零件的编码系统时，应考虑以下几个因素：（1）零件类型（回转体、棱形件等）（2）代码所表示的详细程度（3）码的结构：树式结构、链式结构或混合式结构（4）代码使用的数制12延边大学工学院零件信息的描述和输入’零件成组代码描述◆原理：h适用于派生式CAPP系统。目前CAPP系统很少单独使用该方法。◆特点：◆应用：h简单易行，但零件描述粗糙，无法对零件形状、尺寸、精度进行详细描述，没有足够信息进行决策。h基于成组技术原理，制订或选用一套编码系统，对零件进行编码，通过编码实现对零件几何信息和工艺信息进行描述的目的。13延边大学工学院零件信息的描述和输入’型面特征描述◆应用：在众多CAPP系统中得到了应用。h该方法可以对零件信息进行详细描述，能将零件的所有设计信息都输入计算机中，并能与加工方法等相对应，使CAPP系统取得零件全部与精度定量的输入数据，为工艺决策提供可靠依据。◆原理：h将零件型面特征按顺序输入计算机，按设定的数据结构进行组织，形成供CAPP调用的零件信息模型。◆优点：h零件特征与加工方法相对应，便于推导加工工艺h零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息，为工序设计、尺寸链计算、工艺路线的安排提供了方便。14延边大学工学院零件信息的描述和输入’从CAD系统直接输入零件信息h直接从CAD的图形数据库中提取用于CAPP所需要的零件信息，是实现CAD和CAPP信息集成的理想方法。h通过分析CAD系统（一般是二维图形系统）所提供的结构化数据文件，按一定的算法识别，提供CAPP系统能识别的工艺信息。◆特征识别法h可以省去人机交互信息输入的工作，大大提高系统的运行效率，减少人工信息转换与输入可能出现的差错，有助于保证数据的一致性。15延边大学工学院◆基于产品数据交换规范（STEP)的产品建模与信息输入方法h该方法是采用参数化的几何形体或特征体素，零件的定义是各种特征体素的拼装，并赋予各特征体素有关的尺寸、公差、表面粗糙度等工艺信息。◆基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法X在众多零件信息描述中，适合轴类零件的方法较多，箱体类等复杂零件信息描述仍是一个薄弱环节。零件信息的描述和输入16延边大学工学院CAPP系统’派生式CAPP系统◆基本原理：h用零件的GT编码，检索出相应的零件组，进而检索出相应的标准加工工艺文件即主样件工艺，然后进行编辑修改而生成零件的工艺。17延边大学工学院CAPP系统X零件组的划分h零件组概念：对工艺相似、结构形状相似和尺寸相似的一些零件，划为一个零件加工组。♦零件组的划分方法：h直接观察法、分类编码法和工艺流程法♦直接观察法h由有经验的工艺人员分析观察所有零件图，按尺寸大小、结构形状、材料、精度以及工艺形似性等划分零件组。18延边大学工学院h一个零件的编码全部落在某零件族的特征码位码域中，表示这个零件属于该零件组。CAPP系统◆分类编码法h根据所采用的分类编码系统，确定有代表性的几个码位作为划分零件组的特征码位，再进一步确定各特征码位属于该零件组的码域，即码值。♦工艺规程分析法h该方法是把工艺过程相似的零件划分为一个零件组。19延边大学工学院CAPP系统X典型工艺过程设计◆设计原则h典型工艺过程应能满足零件组内所有零件的加工要求。h典型工艺过程应是符合企业具体生产条件的最佳工艺方案，即是能保证优质、高效和低成本的优化方案。◆典型工艺的设计方法h复合零件法：●复合零件是组内有代表性、最复杂的零件，可能是实际存在的某个零件，但更多的是将组内零件的所有特征进行合理组合而形成的假想零件。●主样件：将零件组内所有型面特征复合在一起的零件。20延边大学工学院CAPP系统h复合工艺法●基本工艺过程与组内其他零件的加工工艺相比较，把其它零件有的、而基本工艺过程没有的工序按合理顺序一一添入，便可最终得到一个工序齐全、安排合理、能满足全组零件要求的复合工艺，作为该零件组的典型工艺。●在同组零件中选择结构最复杂、工序最多、安排合理、有代表性的工艺过程作为加工该组零件的基本工艺过程。21延边大学工学院CAPP系统X系统的设计过程◆选择零件分类编码系统◆零件分组◆样件的设计h首先要选择或制订合适的零件分类编码系统（即GT码）。h为了合理制订样件，必须对零件分组。一个相似零件组就是一个零件族，一个零件组一般包含了若干个相似零件，可以把每个相似零件组或零件族用一个样件来代表。h样件是一个零件组或零件族的抽象，可见样件是一个复合零件，也可以说一个零件族矩阵就是一个样件。22延边大学工学院CAPP系统◆设计标准工艺规程◆标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法◆建立切削数据文件h标准工艺规程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。hCAPP所要处理的数据，其种类和数量都非常大，而且其中许多数据是和其它系统共享的。h因此必须建立大量的切削数据文件，为了生成工艺规程，还必须要建立各种工艺数据文件。23延边大学工学院CAPP系统◆设计各种功能子程序◆CAPP系统总程序设计h由于CAPP系统中要应用各种计算方法，为此需预先将各种计算公式和求解方法编成各种功能子程序。h上述各项准备工作完成以后，用一个主程序和界面把所有子程序连接起来，就构成CAPP系统的总程序。h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，工艺尺寸链的求解，切削用量的优化和工艺方案的优化等。24延边大学工学院CAPP系统X派生式CAPP特点◆以成组技术为基础，理论上比较成熟。◆应用范围比较广泛，有较好的实用性。◆适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件。◆继承企业较成熟的传统工艺，但系统柔性度较差。◆对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。25延边大学工学院派生式CAPP系统工作流程（美国计算机辅助制造公司）26延边大学工学院CAPP系统’创成式CAPP系统◆工作原理h根据零件模型和工艺信息，应用决策逻辑，模拟工艺人员决策过程，自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和工艺过程优化。27延边大学工学院CAPP系统h创成式系统的工艺规程是根据程序中所反映的决策逻辑和制造工程数据信息生成的。h这些信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象、各种设备及刀具的适用范围等一系列的基本知识。h工艺决策中的各种决策逻辑或者植入程序代码，或者以规则的形式存入相对独立的工艺知识库，供主控程序调用。h现有的创成式CAPP系统都是针对某一产品或某一工厂专门设计的。到目前为止还没有一种创成式CAPP系统宣称能适用于所有类型的零件，也没有一种系统能全部自动化。h创成式CAPP系统主要要解决两个方面的问题，即零件工艺路线的确定（也叫工艺决策）与工序设计。28延边大学工学院CAPP系统◆准备阶段X创成式CAPP系统的一般设计过程h包括准备阶段和软件编程阶段。h准备阶段可以说是基础性工作阶段，需要大量的调查研究和仔细的分析归纳、具体工作大体包括下述内容:●明确所开发的系统的设计对象。●对本类零件进行工艺分析，确认该类零件由哪些基本表面或形状特征构成，每种基本表面的加工方法是什么。●搜集和整理各种加工方法的加工能力范围和加工精度等数据。●收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻辑或决策法则。◆软件设计阶段：主要任务就是将准备阶段所收集整理到的数据和决策逻辑用计算机语言来实现。29延边大学工学院CAPP系统◆通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程，无需人为干预。X创成式CAPP特点◆具有较高的柔性，适应范围广。◆便于与CAD和CAM系统的集成。◆系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。hSIP系统结构组成：由制造资源模块、零件特征定义模块、工艺决策以及主控模块组成，其中工艺决策模块是系统核心，零件信息是决策对象，制造资源信息是决策约束。X创成式CAPP举例（上海交大SIP系统）30延边大学工学院CAPP系统31延边大学工学院CAPP系统◆概念’CAPP专家系统h一种求解问题的智能软件系统，它把人类专家的经验和知识表示成计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家的推理和控制策略，处理和解决只有专家才能解决的问题。●通常软件系统＝数据＋算法●专家系统＝知识＋推理◆专家系统特点h启发性：能使用判别性知识以及已确定的理论知识进行推理。h透明性：能解释其推理过程。h灵活性：能把新知识不断加入已有知识库，使其逐步完善和精练。32延边大学工学院CAPP专家系统组成33延边大学工学院h用户接口模块：将专家和用户输入的信息转换为系统可以接受的形式，同时把系统的推理结论转换为人类易于理解的形式。CAPP专家系统组成h知识库：专家系统核心，包含常识性知识和启发性知识。启发性知识是专家系统逻辑推理的主要知识源。h数据库：用于存储用户输入的原始数据（事实）和推理过程的动态数据。h推理机：是一种具有推理能力的计算机软