第六章计算机辅助工艺规程设计

CHAPTER6（第六章）ComputerAidedProcessPlanning计算机辅助工艺规程设计6.1系统的发展概况和工作原理6.1.1工艺设计自动化的重要意义1.工艺规程设计的任务和主要内容工艺规程设计的任务是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，使能按设计要求生产出合格的成品零件。其主要内容有：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计算时间定额和切削用量；⑥编制包含上述所有资料的工艺文件。其核心内容是选择加工方法和安排合理的加工顺序。6.1系统的发展概况和工作原理2.传统的工艺规程设计方法传统的工艺规程设计方法存在许多不足之处，表现在以下几点：传统设计方法的设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验；手工编制的工艺规程缺乏一致性，很难得到最佳制造方案。工艺规程设计中存在着大量的重复性和多样性，造成巨大的浪费。传统的工艺设计方法已不适应当前的生产形式，必须寻找新的工艺规程设计方法，以提高设计效率。利用计算机实现CAPP3.利用计算机实现CAPP计算机技术为工艺规程设计提供了理想的工具，出现了计算机辅助工艺规程设计(ComputerAidedProcessPlanning)，简称CAPP。CAPP是实现工艺设计自动化，把CAD和CAM的信息联系起来，实现CAD/CAM一体化，建立集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem-CIMS)的关键性中间环节。6.1.2CAPP的发展概况1.国外CAPP的发展概况挪威于1969年正式发表了AUTOPROS系统，这是第一个CAPP系统；美国的CAM-Ⅰ公司也研制出自己的CAPP系统。2.国内CAPP的发展概况最早进行此项研究工作的是同济大学，他们于1982年研制成功TOJICAP系统；随后北京理工大学也研制出用于回转体零件的BITCAPP系统；北京航空航天大学发表了BHCAPP系统。CAPP系统的主要功能3.CAPP系统的主要功能检索标准工艺文件；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；给出刀具轨迹，自动进行NC编程；进行加工过程的模拟。并非所有CAPP系统都具备上述功能，现在也只有少数CAPP系统能和CAD、CAM系统连接。6.1.3CAPP系统的工作原理派生法(Variant)：又叫经验法、样件法，是根据成组技术的原理将零件划分为相似零件组，按零件组编制出标准工艺规程，并以文件的形式贮存在计算机中。创成法(Generative)：不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。输入新零件的有关信息，系统模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的条件下，自动地生成零件的工艺规程。6.1.4CAPP系统的经济效益采用CAPP技术后：可以大大提高工艺人员的工作效率，加快工艺规程设计的速度、缩短生产准备间。可以减少工艺设计费用，降低制造成本。据国外统计，采用CAPP技术后．工艺设计劳动量减少20%-40%，工艺设计费用降低20%-50%，总的制造成本降低9.6%。6.2派生法CAPP系统6.2.1派生法CAPP系统的工作原理利用计算机进行工艺设计，要解决两个主要问题：实现零件图样信息代码化，即让计算机能够了解零件的技术要求。把工艺人员的经验和技能系统化、理论化、代码化，即把工艺人员的加工能力知识有规律地贮存起来，需要时可用代码随时调用，让大家共享知识库。派生法CAPP系统的工作原理：是根据成组技术中相似性原理，如果零件的结构形状相似，则它们的工艺规程也有相似性。6.2.2派生法CAPP系统的研制过程1．零件编码：首先对已有的零件进行编码。编码方法有手工编码和计算机辅助编码两种方法。手工编码是编码人员根据分类系统的编码法则，对照零件图用人工方式逐一编出各码位的代码。计算机辅助编码以人机对话方式进行，把零件的信息输入给计算机，计算机软件进行逻辑判断并自动编出零件的代码，并在终端显示器上显示或打印输出。零件分组2．零件分组⑴编码分组法是应用较广泛的一种方法，又可分为特征数据法和特征矩阵法。①特征数据法是从零件代码中选择几位特征性强，对划分零件组影响较大的码位作为零件分组的主要依据，而忽略那些影响不大的码位。②特征矩阵法是根据对零件特征信息的统计分析结果，并考虑到车间加工水平，工装设备条件，设备负荷，管理水平等条件，对每位代码划定一个范围，作为分组的依据，每个持征矩阵对应着一个码域，即一个零件组。特征矩阵法采用特征矩阵法对零件进行分组的原理如下：每一个零件的代码均可以用矩阵来表示。下图为分组程序的流程框图。左右分别为单个零件和一组零件的特征矩阵。生产流程分析法⑵生产流程分析法生产流程分析法是通过分析全部零件的工艺流程，主要根据零件的加工方法和所用设备来分组，而不是依据零件图样代码。它划分零件组后还可得到加工该零件组的机床组。零件分组程序流程框图步骤①对每一列计算它们的总权：②把它们按升序次序排列。③对每—行计算它们的总权：④把它们按升序次序排列。再重复进行上述步骤，直到自然处于升序状态，就可以确定相似零件组。MijinijW12MijinjiW12研制过程3．设计零件分组的复合零件复合零件又叫主样件，它包含一组零件的全部形状要素，有一定的尺寸范围，可以是实际存在的，也可以是假想的。以它作为样板零件，设计适用于全组的通用工艺规程。4．设计标准工艺规程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。5．建立工步代码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。研制过程6．建立切削数据文件CAPP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。所有的加工方法都必须要有切削数据(进给量、切削速度、切削深度)，为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。7．设计各种功能子程序由于CAPP系统需要应用各种计算方法，为此需预先将各种计算公式和求解力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，切削时间相加工费用的计算等。研制过程8．CAPP系统总程序设计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，每一个单元功能可以来用模块结构形式，可以单独调试和修改，再把各个功能模块组合起来，就构成CAPP系统的总程序。6.2.3派生法CAPP系统实例1.TOJICAP系统：该系统用于生成回转体零件的工艺规程。工艺规程内容详细完整，系统采用BASIC语言编程。2.WLCAPP系统：WLCAPP系统是北京理工大学为航天部某卫星制造厂开发的派生CAPP系统，采用FOXBASE为主要开发工具，运行环境为各类微机。整个系统有计算机辅助编码子系统和计算机辅助工艺设计子系统组成，通过分级下拉式菜单驱动各模块的运行。6.3创成法CAPP系统6.3.1创成法CAPP系统的工作原理创成法CAPP系统不以对标准工艺规程的检索和修改为基础，而是由计算机软件系统，根据加工能力知识库和工艺数据库中加工工艺信息和各种工艺决策逻辑，自动设计出零件的工艺规程。创成法CAPP系统能很方便地设计出新零件的工艺规程，有很大的柔性，还可以和CAD系统以及自动化的加工系统相连接，实现CAD/CAM的一体化。6.3.1创成法CAPP系统的工作原理实现完全创成法CAPP要解决的关键问题零件的信息必须要用计算机能识别的形式完全准确地描述。收集大量的工艺设计知识相工艺规程决策逻辑，并以计算机能识别的方式贮存。工艺规程的设计逻辑和零件信息的描述必须收集在统一的工艺数据库中。创成法CAPP系统的工作原理目前技术上存在的困难零件图样上的各种信息要完全难确地描述还有在困难，持别是对复杂零件的三维模型的建立也还没有完全解决。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。工艺过程的优化理论还不完善，没有严格的理论和数学模型。6.3.2零件信息描述零件信息描述是设计创成法CAPP系统首先要解决的问题。1．柔性编码法柔性编码系统是指其码位长度和每一码位所含的信息量都可以根据描述村象的复杂程度柔性变化，没有固定的码位设置和码位含义。2．型面描述法这种方法把零件看成是由苦干种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拥述，型面种类、它的持征参数以及型面之间的关系都可以用代码来表示。零件信息描述3．体元素描述法体元素是零件可分解的最基本的三维几何体，如圆柱体、圆锥体、六面体、圆环体、球体等。体元素描述法把零件看成是由若干基本几何体按一定位置关系组合而成。4．特征描述法特征描述法不是按传统的用纯几何体素来描述零件，而是根据零件特点，以具有明显工程意义的文体来描述零件。5．从CAD系统的数据库中直接获得零件信息该方法是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，用于对零件进行工艺规程设计。6.3.3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建立工艺决策逻辑应根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，如各表面加工方法的选择，粗、细、精、超精加工阶段的划分，装夹方法的选择，机床、刀具类型规格的选择，切削用量的选择，工艺方案的选择等，结合各种零件的结构特征，建立起相应的工艺设计逻辑。还要广泛收集各种加工方法的加工能力范围和所能达到的经济精度以及各种特征表面的典型工艺方法等数据，作为文件贮存在计算机内。创成法CAPP系统的工艺决策逻辑2．工艺决策逻辑的主要形式现在有很多种工艺决策逻辑用于创成法CAPP系统中、其中最常用的是决策表和决策树。近来也有采用专家系统相人工智能中的其它决策技术。(1)决策表决策表是将一类不易用语言表达清楚的工艺逻辑关系，用一个表格形式来表达的方法，它是计算机软件设计的基本工具。在决策表中，当某一条件是真实的，则取值为T(TRUE)或Y(YES)，当条件是假的，则取值为F(FALSE)或N(NO)。条件状态也可用空格表示，它表示这条件是真是假与该规则无关，或无所谓。条件项目也可用具体数值或数值范围表示，决策行动可以是无序的决策行动，用X表示，也可以是有序的决策行动，并给予一定序号。工艺决策逻辑(2)决策树工艺决策树是一个同决策表功能相似的工艺逻辑设计工具，是—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可能性或条件。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节点的另一分支，以实现逻辑或“OR”的关系．在每一分支的终端列出了应采取的动作。所以，从树根到终端的一条路径就可以表示一条类似于决策表中的决策规则。工艺决策逻辑比较同决策表相比，决策树具有下列优点：决策树比决策表更容易建立和维护，而且比较直观，可以把决策表转换成决策树。便于扩展和修改。适合于工艺规程设计。便于编程，其结构与软件设计的流程图很相似。工艺决策逻辑比较决策表转换成树，左表为一决策表，可转换为下面的决策树：6.3.4创成法CAPP系统的逆向编程原理在创成法CAPP系统中，工艺规程设计有两种方法：正向编程：从零件毛坯开始进行分析，选择一定的加工方法和顺序，直到能